iv PERNYATAAN KEASLIAN DAN PERSYARATAN PUBLIKASI - Fabrikasi dan Analisis Biochemical FIber Sensor Berbasis Medan Evanescent Menggunakan Glass Optical FIber - UNS Institutional Repository

  

PERNYATAAN KEASLIAN DAN PERSYARATAN PUBLIKASI

  Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa: 1.

  Tesis yang berjudul: “FABRIKASI DAN ANALISIS BIOCHEMICAL FIBER

  SENSOR BERBASIS MEDAN EVANESCENT MENGGUNAKAN GLASS OPTICAL FIBER

  ini adalah karya penelitian saya sendiri dan tidak terdapat karya

  ”

  ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dengan acuan yang disebutkan sumbernya, baik dalam naskah karangan dan daftar pustaka. Apabila ternyata di dalam naskah tesis ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur plagiasi, maka saya bersedia menerima sangsi, baik Tesis beserta gelar magister saya dibatalkan serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku.

  2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah harus menyertakan tim promotor sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.

  Surakarta, Mei 2017 Mahasiswa,

  Edi Prasetyo S911508005

  BIODATA

Fiber Sensor Tipe Modulasi Intensitas Untuk

  2014 3.

  2016

  Model of Bridge Structural Health Monitoring Elsevier Procedia Engineering, Engineering Physics International Conference, EPIC 2016

  2014 5.

  XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014

  Prosiding Pertemuan Ilmiah

  2014 4. Studi Awal Sensor Putaran Berbasis Fiber Optik

  XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014

  Keluardari Fiber Optik Terbengkokkan Prosiding Pertemuan Ilmiah

  XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014

  a. Nama : EDI PRASETYO, S.Si

  Prosiding Pertemuan Ilmiah

  

  Skripsi FMIPA UNS 2014

  Aplikasi Pengukuran Beban Kendaraan Berjalan (Weigh In Motion ): Fabrikasi Dan Analisis Sinyal Optik

   Daftar Karya Ilmiah (dimulai dari yang terakhir)*: No. Judul Penerbit/Forum Ilmiah Tahun 1.

  1. Universitas Sebelas Maret Fisika 2010 S.Si g.

  Tel. : 08567663043 Fax. : - e-mail : ediprasetyo19@student.uns.ac.id

  d. Alamat kantor : - Tel. : - Fax. : - e-mail : e. Alamat rumah : Ngembal kulon, Rt 03/Rw 04, Jati, Kudus

  c. Profesi/jabatan : -

  b. Tempat, tanggal lahir : Kudus 27 Agustus 1992

Analisis Pengukuran Perubahan Profil Cahaya yang

Vibration Measurement of Mathematical Pendulum based on Macrobending-Fiber Optic Sensor as a

  6. IOP Publishing, 2017

Biochemical fiber sensor based on evanescent field for detection persistent organic pollutants (POPs)

  International Conference on Science and Applied Science (Engineering and Educational Science) 2016 7.

  IOP Publishing, 2017 Study of Evanescence Wave Absorption in Lindane

  International Conference on Food Science and Engineering 2016 8.

  IOP Publishing, 2017

Spectroscopic study of Green Tea (camellia Sinensis)

  Leaves Extraction International Conference on Food Science and Engineering 2016

  Surakarta, Mei 2017 Edi Prasetyo

  

MOTTO

Kadang kita harus berlari untuk bisa berjalan

  (cuplikan dialog film “Iron man”)

The Real Warrior never quit.

  (Cuplikan dialog film “kugfu panda”)

  

Ketika kita bergerak semakin cepat, waktu akan bergerak samakin lambat, tetapi jika kita

bergerak semakin lambat waktu akan bergerak semakin cepat.

  (Einstein)

  

Penderitaan ada karena keinginan ada

Waktu bagiku bukan sekedar hitungan angka yang tidak berguna, melainkan banyaknya

cerita pengalaman yang sudah dilalui.

  

Mangesti luhur ambangun nagara

  

PERSEMBAHAN

Dengan segenap penuh rasa syukur kepada Allah SWT Kupersembahkan karya indah ini

kepada:

  

Orang yang menyakini bahwa ilmu pengetahuan bisa mengubah segalanya

Almarhum Bapak Santoso, Ibu Sutipah

dan

Untuk Bangsaku Indonesia Puji syukur kehadirat ALLAH SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, inayah dan segala kenikmatan luar biasa banyaknya. Sholawat serta salam semoga selalu tercurahkan kepada Nabi kita Muhammad SAW, keluarganya, para sahabatnya dan umatnya yang selalu istiqomah dijalan kebenaran.

  Tesis yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar sarjana sains ini penulis beri judul “Fabrikasi Dan Analisis Biochemical Fiber Sensor Berbasis

  Medan Evanescent Menggunakan Glass Optical Fiber

  ”. Terselesaikannya Tesis ini adalah suatu kebanggaan tersendiri bagi saya. Setelah sekitar lebih dari satu semester penulis harus berjuang untuk bisa menyelesaikan Tesis. Dengan segala suka dan dukanya, pada akhirnya Tesis ini terselesaikan juga. Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan Tesis ini penulis ucapkan terima kasih. Atas bantuannya yang sangat besar selama proses pengerjaan Tesis ini, ucapan terima kasih secara khusus penulis sampaikan kepada:

   Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D selaku pembimbing satu yang banyak mencurahkan waktu, tenaga dan pikiran beliau dalam menyelesaikan karya indah ini.

   Ibu Venty Suryanti, S.Si., M.Phil., Ph.D. selaku pembimbing dua yang banyak mendukung dalam menyelesaikan karya indah ini.  Keluarga tercinta Ibu Sutipah, Mbak Isma dan Mas Heri, atas semua kasih sayang dan perhatian yang luar biasa kepada penulis.  Bapak dan Ibu dosen serta Staff di Prodi Ilmu Fisika PPS UNS yang telah banyak memberikan ilmu tidak ternilai besarnya bagi penulis.  Hibah Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat Dana PNBP Universitas Sebelas Maret Surakarta tahun 2015 no: 632/UN27.21/LT/2016 yang telah mendanai penelitian ini.

   Sahabat- sahabat di Laboratorium Optics & Photonics yang banyak memberikan bantuan dan inspirasi bagi penulis.

   Sahabat – sahabat penulis di Ilmu Fisika PPS yang selama ini selalu menemani dan memberikan motivasi bagi penulis.  Sahabat – sahabat terbaik penulis di Inersia 2010 Semoga amal baik mereka mendapat balasan dari ALLAH SWT dengan berlipat ganda

  Perlu disadari bahwa dengan segala keterbatasan, dalam penulisan Tesis ini masih jauh dari sempurna, sehingga masukan dan kritikan yang membangun sangat penulis harapkan demi kedepan yang lebih baik dan semoga karya ini bermanfaat

  Surakarta, Mei 2017 Penulis

  

FABRIKASI DAN ANALISIS BIOCHEMICAL FIBER SENSOR BERBASIS

MEDAN EVANESCENT MENGGUNAKAN GLASS OPTICAL FIBER

  Edi Prasetyo Program Studi Ilmu Fisika, Program Pasca Sarjana,

  Universitas Sebelas Maret

  

ABSTRAK

  Kesehatan merupakan suatu hal yang sangat penting dalam kelangsungan sebuah kehidupan mahluk hidup. Makanan dan minuman yang dikonsumsi manusia hendaknya sehat dan mengandung berbagai zat atau senyawa kimia yang berguna untuk tubuh. Faktor yang menyebabkan makanan dan minuman menjadi tidak sehat yaitu kandungan senyawa kimia yang ada tidak bermanfaat dan bahkan membahayakan untuk dikonsumsi. Berbagai metode dilakukan untuk mendeteksi keberadaan senyawa kimia. Dalam penelitian ini dibuat

  

biochemical fiber sensor dengan menggunakan serat optik sebagai sensing element. Prinsip

  kerja biochemical fiber sensor adalah dengan memanfaatkan fenomena serapan evanescent dalam serat optik untuk mendeteksi senyawa kimia berdasarkan spektrum serapan khas. Penelitian ini membuat biochemical fiber sensor untuk mendeteksi senyawa kimia dengan cara menghilangkan cladding dan sebagian core serat optik dengan di-polish. Sampel yang digunakan adalah lindane dan ekstrak khloroform teh hijau. Hasil yang diperoleh menunjukkan puncak panjang gelombang spektrum serapan khas senyawa lindane yang diukur adalah 920 nm dan 1004 nm. Puncak panjang gelombang spektrum serapan khas ekstrak khloroform teh hijau ditemukan pada 630 nm. Hubungan konsentrasi senyawa lindane dan teh hijau adalah sebanding dengan absorbansi evanescent. Kata kunci : Spektrofotometry, biochemical fiber sensor, Evanescent, Lindane dan Teh hijau

  

FABRICATION AND ANALYSIS OF BIOCHEMICAL FIBER SENSOR BASED ON

EVANESCENT FIELD USING GLASS OPTICAL FIBER

  Edi Prasetyo Physical Department of Post Graduate Program

  Sebelas Maret University

  

ABSTRACT

  Health is a very important thing in the continuity of living creatures. Food and beverages for human consumption should be healthy and containing various substances or chemical compounds that are useful for the body. Some factors that cause food and drink become unhealthy is chemical compounds that contained were useless and even harmful for consumption. Various methods performed to detect the presence of chemical compounds. In this study, biochemical fiber sensors using optical fiber as the sensing element. Principle of biochemical fiber sensor is to utilize the evanescent absorption phenomena in fiber optics to detect chemical compounds based on the characteristic absorption spectrum. In this study, biochemical fiber sensor for detecting chemical compounds was fabricated by removing cladding and polishing some of core optical fiber. The samples that used are lindane and extract chloroform green tea. The results showed that the wavelength characteristics of absorption spectrum of lindane compounds that measured was 920 nm and 1004 nm. Wavelength characteristic of absorption spectrum extract chloroform green tea was found at 630 nm. Compound concentrations of lindane and green tea was proportional to evanescent absorbance. Keywords: Spectrophotometry, Biochemical Fiber Sensor, Evanescent, Lindane and Green Tea

  

DAFTAR ISI

  11 c. Apertur Numerik (NA) .......................................................................

  25 C. Hipotesis .......................................................................................................

  25 B. Kerangka Berpikir ........................................................................................

  24 b. Katekin ................................................................................................

  24 a. Kafein ..................................................................................................

  22 6. Teh (camellia Sinensis) ...........................................................................

  20 5. Senyawa POPs ........................................................................................

  20 4. Sensor kimia berbasis Optik ...................................................................

  16 b. Spektrum Emisi .................................................................................

  15 a. Absorption Atom dan Molekul ..........................................................

  14 3. Spektroskopi Radiasi ..............................................................................

  14 2. Medan Evanescent ..................................................................................

  13 d. Modus Serat Optik ..............................................................................

  6 b. Pengungkungan Cahaya di dalam Serat Optik ...................................

  Halaman

  6 a. Pemantulan dan Pembiasan Cahaya ....................................................

  6 1. Teori Dasar Serat Optik ...........................................................................

  6 A. Tinjauan Pustaka ..........................................................................................

  5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................

  5 1.5. Manfaat Penelitian ....................................................................................

  4 1.4. Batasan Masalah .......................................................................................

  4 1.3. Tujuan Penelitian ......................................................................................

  1 1.2. Rumusan Masalah .....................................................................................

  1 1.1. Latar Belakang Masalah ...........................................................................

  HALAMAN PERYATAAN ....................................................................................... iv HALAMAN BIODATA ............................................................................................. v

HALAMAN MOTTO ................................................................................................. vii

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................................. viii

KATA PENGANTAR ................................................................................................ ix HALAMAN ABSTRAK ............................................................................................. xi

HALAMAN ABSTRACT .......................................................................................... xii

DAFTAR ISI ............................................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ....................................................................................................... xvi

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. xvii

DAFTAR SIMBOL .................................................................................................... xx

BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................................

  iii

  HALAMAN JUDUL ................................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................

  27

  BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................

  28 A. Tempat Penelitian .......................................................................................

  28 B. Waktu Penelitian .........................................................................................

  28 C. Tatalaksana Penelitian .................................................................................

  28

  1. Alat

• – alat Peneltian ............................................................................... 29 a. Sumber Cahaya ...................................................................................

  29 b. Spektrofotometer ................................................................................

  30

  c. Personal Computer (PC) .................................................................... 31 d. UV- Vis Lamda 25 .............................................................................

  31 e. Polishing Machine..............................................................................

  31 f. Alat Kimia ..........................................................................................

  32 1) Seperangkat Alat Buchner Vacuum Filtration ..............................

  32 2) Rotary Vacuum Evaporator ...........................................................

  32

  2. Bahan

• – bahan Penelitian ...................................................................... 32 a. Serat Optik .........................................................................................

  32 b. Senyawa Lindane ...............................................................................

  32 c. Daun Teh Hijau kering ......................................................................

  33 d. Larutan Kimia ....................................................................................

  33 3. Software yang Digunakan ......................................................................

  33 a. Origin .................................................................................................

  33 b. Ocean View .......................................................................................

  33 c. Excel ..................................................................................................

  33 D. Metode Penelitian ......................................................................................

  33

  1. Persiapan ............................................................................................... 35

  2. Pembuatan Biochemical Fiber Sensor .................................................. 35

  3. Pembuatan Larutan Teh Hijau .............................................................. 35

  4. Pembuatan larutan Lindane .................................................................. 37 5. Proses Pengambilan Data .....................................................................

  37 a. Data Spektrum Biochemical fiber Sensor .........................................

  37

  b. Data Biochemical Fiber Sensor Ketika Dikenai Larutan Kimia ................................................................................................

  37

  6. Analisis ................................................................................................. 37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................

  38

  1. Penyesuaian Spektrum Panjang Gelombang Spektrofotometer Ocean Optics dengan Kaca Nd................................................................................

  38 2. Biochemical Fiber Sensor ...........................................................................

  40

  3. Absorbsi Medan Evanescent Biochemial Fiber sensor pada Lindane dan teh Hijau .......................................................................................................

  43

  a. Perambatan Cahaya Pada Biochemical Fiber Sensor dan Medan Evanescent ..............................................................................................

  50 4. Repeatability biochemical Fiber Sensor.......................................................

  54

  5. Perbandingan Pengujian Biochemial Fiber Sensor dengan Pengujian UV- Vis ................................................................................................................

  56

  a. Perbandingan pengujian Biochemical Fiber Sensor dengan Pengujian UV-Vis pada Lindane ...............................................................................

  58

  b. Perbandingan pengujian Biochemical Fiber Sensor dengan Pengujian UV-Vis pada Ekstrak Khloroform Teh Hijau ...........................................

  59 BAB V PENUTUP ......................................................................................................

  60 5.1. Kesimpulan ..............................................................................................

  60 5.2. Saran ........................................................................................................

  60 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................

  61 LAMPIRAN ................................................................................................................

  64

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 3.1. Rincian tahap

• – tahap Penlitian .......................................................... 28 Tabel 4.1. Nilai absorbtivitas dan koefisien absorbansi evanescent lindane. .....

  49 Tabel 4.2. Nilai absorbtivitas dan koefisien absorbansi evanescent teh hijau. ...

  49 Tabel 4.3. Nilai indeks bias lindane.. ..................................................................

  51 Tabel 4.4. Nilai indeks bias ekstrak khloroform teh hijau.. ................................

  51

  DAFTAR GAMBAR

  18 Gambar 2.16. Diagram tingkat energi molekul .......................................................

  34 Gambar 3.5. Skema biochemical fiber sensor .........................................................

  31 Gambar 3.4. Diagram alur penelitian ......................................................................

  30 Gambar 3.3. Skema spektrometer cahaya ...............................................................

  29 Gambar 3.2. Proses difraksi pada celah banyak ......................................................

  25 Gambar 3.1. Skema perangkat alat penelitian ........................................................

  25 Gambar 2.23. Rumus molekul katekin ....................................................................

  23 Gambar 2.22. Rumus molekul kafein ......................................................................

  22 Gambar 2.21. Rumus struktur lindane ....................................................................

  21 Gambar 2.20. Grafik absorbansi evanescent lindane ..............................................

  20 Gambar 2.19. (a) skema fiber sensor (b) fiber sensor ............................................

  19 Gambar 2.18. Proses emisi atom melepaskan energi cahaya. .................................

  18 Gambar 2.17. Skema Lambert-Beer ........................................................................

  17 Gambar 2.15. Model pegas pada ikatan kimia ........................................................

  Halaman Gambar 2.1. Prinsip pemantulan cahaya .................................................................

  16 Gambar 2.14. Absorbsi atom ...................................................................................

  15 Gambar 2.13. Tingkatan energi sub kulit elekron ...................................................

  15 Gambar 2.12. Distribusi Energi Evanescent ............................................................

  13 Gambar 2.11. Fenomena Evanescent di dalam Serat Optik ....................................

  13 Gambar 2.10. Sudut penerimaan di dalam serat optik .............................................

  12 Gambar 2.9. Perambatan cahaya di dalam serat optik .............................................

  11 Gambar 2.8. Pemantulan internal sempurna ............................................................

  10 Gambar 2.7. Pemantulan dan pembiasan cahaya ....................................................

  9 Gambar 2.6. Grafik Transmitansi TE dan TM ........................................................

  8 Gambar 2.5. Mekanisme pembiasan cahaya ...........................................................

  8 Gambar 2.4. Perubahan kecepatan cahaya ..............................................................

  7 Gambar 2.3. Muka gelombang cahaya bergerak maju ............................................

  6 Gambar 2.2. Grafik reflektansi TE dan TM ............................................................

  35

Gambar 4.1. Hasil pengukuran kalibrasi panjang gelombang kaca Nd .................

  48 Gambar 4.11. Grafik absorbansi evanescent sebagai fungsi konsentrasi ekstrak khloroform teh hijau pada panjang gelombang 640 nm ..................

  55 Gambar 4.17. Grafik absorbansi sebagai fungsi panjang gelombang yang diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada larutan lindane dengan 5 variasi konsentrasi ............................................................

  55 Gambar 4.16. Grafik repeatability hasil absorbansi evanescent lindane dengan 3 kali perulangan.pada panjang gelombang: (a) 910 nm, (b) 1002 nm dan (c) 600nm ............................................................................

  54 Gambar 4.15. Grafik repeatability hasil absorbansi evanescent teh hijau dengan 3 kali perulangan pada panjang gelombang: (a) 640 nm dan (b) 500 nm .............................................................................................

  53 Gambar 4.14. Grafik perhitungan nilai d p sebagai fungsi sudut datang ..................

  p sebagai fungsi panjang gelombang .......

  52 Gambar 4.13. Grafik perhitungan nilai d

  48 Gambar 4.12. Profil Indeks bias serat optik kaca infinicor300 ..............................

  46 Gambar 4.10. Grafik absorbansi evanescent sebagai fungsi konsentrasi lindane pada panjang gelombang 600, 910, dan1002 nm ............................

  39 Gambar 4.2. (a). sketsa Biochemical fiber sensor, (b) biochemical fiber sensor yang berhasil dibuat. .........................................................................

  46 Gambar 4.9. Grafik absorbansi ekstrak khloroform teh hijau ...............................

  45 Gambar 4.8. Grafik absorbsi evanescent senyawa lindane ....................................

  44 Gambar 4.7. Grafik spektrum keluaran biochemical fiber sensor pada senyawa teh hijau .............................................................................................

  43 Gambar 4.6. Grafik spektrum keluaran biochemical fiber sensor senyawa lindane ...............................................................................................

  42 Gambar 4.5. Distribusi energi foton yang merambat di dalam biochemical fiber sensor ................................................................................................

  42 Gambar 4.4. Spektrum absorbsi silica ...................................................................

  41 Gambar 4.3. Spektrum keluaran serat optik Ocean .............................................. .

  57

Gambar 4.18. Grafik absorbansi sebagai fungsi panjang gelombang yang diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada teh hijau dengan 5

  variasi konsentrasi .............................................................................

  57 Gambar 4.19. Perbandingan pengujian biochemical fiber sensor dengan pengujian uv-vis pada lindane ..........................................................

  58 Gambar 4.20. Perbandingan pengujian biochemical fiber sensor dengan pengujian uv-vis pada ekstrak khloroform teh hijau .........................

  59 Satuan _{2 = Indeks bias medium kedua 1} = Indeks bias medium pertama ₁ = Sudut sinar datang dengan garis normal _{2 = Sudut sinar bias dengan garis normal Radian Atau Derajat} Radian Atau Derajat = Sudut kritis Radian atau Derajat

  N m = Jumlah modus

  = Panjang gelombang nm = 3,14

  d core = Diameter core fiber m

  = Numerical aperture = Sudut maksimum Radian Atau Derajat = Indeks bias = Indeks bias core = Indeks bias cladding = Parameter fiber optik = Medan gelombang pada sumbu z J = Medan gelombang awal J = Jarak penjalaran gelombang cahaya m = Depth penetration nm = Intensitas sinar masuk = Intensitas sinar yang diteruskan = Transmitansi % = Koefisien absorbsi

  t = Ketebalan bahan cm

  = Decibel / rugi-rugi fiber optik = Daya referensi = Daya modulasi

  L = Panjang zona sensing fiber cm Daya yang ditransmisikan pada media

  = penyerapan Daya yang ditransmisikan tanpa adanya

  = media penyerapan = Koefisien absorbsi evanescent

  γ = Total daya cladding rata-rata = Absorbansi = Konsentrasi dari sampel M = Pola terang ke (....-2, -1, 0, 1, 2,...) = Lebar celah m

  Sudut pola interferensi terhadap terang sin =

  Radian Atau Derajat pusat

  = Jarak media penyerapan cm = Slope

  M = Jumlah mode

  Intensitas gelombang evanescent dalam =

  P clad cladding

  Total intensitas cahaya pada core dan P tot =

  cladding