Rancang bangun spektrometer fotoakustik dan spektrometer modulasi panjang gelombang laser :: Kajian deteksi gas bio-marker C2H4, C3H6O, NH3, NO2 dan NO dalam bidang kedokteran

MITRAYANA, Promotor Dr. M. Ali Joko Wasono

2008 | Disertasi |

Telah berhasil dirancang dan dibangun tiga buah spektrometer detektor gas kelumit, masing-masing adalah spektrometer fotoakustik (SFA) laser berkonfigurasi intrakavitas dengan sumber radiasi laser CO2, SFA dengan sumber radiasi laser diode violet dan spektromter modulasi panjang gelombang (SMPG) dengan sumber radiasi laser quantum cascade. Spektrometer fotoakustik laser konfigurasi intrakavitas bersumber laser CO2 memiliki batas deteksi terkecil (148 ± 16 ) pptv untuk gas etilen (C2H4), (420 ± 40) pptv untuk gas aseton (C3H6O) dan (172 ± 18) pptv untuk gas amonia (NH3). Spektrometer fotoakustik laser bersumber laser diode violet memiliki batas deteksi terkecil sebesar (10 ± 1) ppbv untuk gas NO2. Spektrometer modulasi panjang gelombang bersumber laser quantum cascade memiliki batas deteksi terkecil sebesar (0,8 ± 0,1) ppbv untuk gas NO. Spektrometer fotoakustik dengan sumber laser CO2 telah digunakan untuk mendeteksi konsentrasi tiga gas biomarker (etilen, aseton dan amonia) yang diemisikan melalui gas pernafasan oleh relawan. Dari besar konsentrasi rerata gas yang diemisikan dapat dibedakan kondisi relawan yaitu relawan sehat usia muda (< 30 tahun), relawan sehat usia tua (> 50 tahun) dan relawan sakit. Telah ditemukan pula korelasi positif antara besar konsentrasi etilen, aseton dan amonia dari emisi pernafasan masing-masing terhadap besar kolesterol total, glukosa puasa dan SGOT dalam darah. Spektrometer fotoakustik dengan sumber radiasi laser diode daerah violet telah diterapkan untuk menguji efek disosiasi gas NO2 standar akibat radiasi foton dan mengukur konsentrasi gas NO2 dari polusi udara sekitar jalan raya kampus Radboud University of Nijmegen the Netherlands. Spektrometer modulasi panjang gelombang dengan sumber radiasi laser quantum cascade telah berhasil diterapakan untuk mengukur konsentrasi gas NO pernafasan dari beberapa relawan dan konsentrasi gas NO dari polusi udara. Terdapat korelasi positif hasil pengukuran gas NO dari pernasan oleh spektrometer terhadap hasil pengukuran alat standar chemical luminescence.

Three trace gas detector was designed and built, i.e., CO2 laser based photoacoustic spectrometer (PAS), violet diode laser based photoacoustic spectrometer (PAS) and quantum cascade laser based wavelength modulation spectrometer (WMS). CO2 laser based PAS with intracavity configuration had the lowest concentration limit (148 ± 16 ) part per trillion volume (pptv) for Ethylene gas, (420 ± 40) pptv for acetone gas, and (172 ± 18) pptv for ammonia gas. Violet diode laser based PAS had the lowest concentration limit (10 ± 1) part per billion volume (ppbv) for NO2 gas. Quantum cascade laser based WMS had the lowest concentration limit (0,8 ± 0,1) ppbv. The CO2 laser based PAS with intracavity configuration was used to detect three biomarkers gases i.e., ethylene, acetone and ammonia, emitted by volunteers via breathing. We observed differences of concentration of the gases emitted by the young and adult volunteers also by healthy and sick volunteers. We found linear positive correlation between ethylene, acetone and ammonia to the total cholesterol, fasting glucose and SGOT, respectively. Violet diode laser based PAS was used to detect the dissociation effect of NO2 gas due to photon radiation and also we used that detector to measure the NO2 concentration from air pollution. Quantum cascde laser based WMS was used to detect the NO gas from human and air pollution.

Kata Kunci : Rancang bangun spektrometer,Fotoakustik,Spektrometer modulasi,Radiasi laser CO2,Kuantum cascade