pemanfaatan teknik analisis nuklir dalam...

Pemanfaatan teknik analisis nuklir dalam karakterisasi, ... (Dr. Muhayatun, M. T.)

PEMANFAATAN TEKNIK ANALISIS NUKLIRDALAM KARAKTERISASI, IDENTIFIKASI SUMBER

DAN TRANS-BOUNDARYPENCEMAR PARTIKULAT UDARA UNTUKKASUS BANDUNG DAN LEMBANG

Muhayatun SantosoPusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiornetri, BATAN, Bandung

e-mail: [email protected]

ABSTRAK

PEMANFAATAN TEKNIK ANALISIS NUKLIR DALAM KARAKTERISASI, IDENTIFIKASISUMBER DAN TRANS-BOUNDARY PENCEMAR PARTIKULAT UDARA UNTUK KASUS BANDUNGDAN LEMBANG. Kualitas udara perkotaan di Indonesia menunjukkan kecenderungan menurun dalamdua dekade ini, akibat meningkatnya urbanisasi dan berbagai aktivitas ekonomi. Hal ini terjadi kerenasumber pencemar antropogenik telah melampaui daya dukung lingkungan. Partikulat udara halus PM2.S(berukuran < 2,5 Ilm) merupakan parameter utama pencemaran udara, memiliki dampak signifikanpad a kesehatan karena dapat terpenetrasi dan menembus bagian terdalam dari paru-paru dan sistemjantung. Pada makalah ini akan dibahas berbagai kegiatan monitoring dan studi komprehensif yangtelah dilakukan di kota Bandung dan Lembang secara kontinu sejak tahun 2000. Pengambilan sampelpartikulat udara halus dan kasar di dua lokasi dilakukan dari Januari 2000 sampai Desember 2007.Sampel diambil menggunakan Gent stacked filter unit sampler dengan dua jenis ukuran filter Nuclepore<2,5~m (halus) dan ukuran 2,5 - 10 ~m (kasar). Selanjutnya analisis sampel dilakukan menggunakanmetode analisis aktivasi neutron instrumental (AANI) dan proton-induced X-ray emission (PIXE). Blackcarbon ditentukan menggunakan alat EEL smoke stain ref/ectometer. Selanjutnya, data set yangdiperoleh dianalisis menggunakan metode positive matrix factorization untuk identifikasi sumberpartikulat udara halus dan kasar di kedua lokasi sampling. Hasil analisis unsur cuplikan partikulat udarapad a umumnya dapat terdeteksi 20 hingga 30 unsur. Sumber cemaran partikulat halus kota Bandungteridentifikasi 7 faktor yaitu biomass burning, tanah, emisi kendaraan bermotor, secondary sulfur, twostroke engine, garam laut dan debu jalan. Hasil analisis PMF menunjukkan bahwa lebih dari 50% darimassa partikulat kasar di ke dua lokasi sampling berasal dari tanah dan debu jalan, sedang faktorbiomass burning memberikan kontribusi sekitar 40% untuk PM2,Suntuk lokasi Lembang dan sekitar 20%untuk lokasi Bandung. Pada tahap selanjutnya, hasil analisis yang diperoleh diharapkan dapatdikorelasikan dengan data meteorologi untuk menentukan lokasi sumber pencemar baik yang berasaldari lokal maupun dari lokasi yang jauh (transboundary).

Kata kunci: pencemaran, partikulat udara, analisis aktivasi neutron, positive matrix factorization,transboundary

ABSTRACT

THE USE OF NUCLEAR ANALITICAL TECHNIQUES ON CHARACTERIZATION, SOURCEIDENTIFICATION AND TRANS-BOUNDARY POLLUTION OF AIR PARTICULATE FOR STUDY

CASE IN BANDUNG AND LEMBANG. Air quality in several cities in Indonesia has degraded in the lasttwo decades, due to the increasing of urbanization and economic activities. The degradation of airquality occurs because of the anthropogenic source pollutant has exceed the environmental burdencapacity. Fine particulate matter PM2.S (particulate with aerodynamic diameter less than 2.5 Ilm) is amain parameter that has significant impact on human health since it can penetrate deep into the lungand heart system. In this paper, the monitoring activities and comprehensive studies carried outcontinuously since 2000 in Bandung and Lembang are reported. Samples of fine and coarse fractions ofairborne particulate matter were collected at both sites from January 2000 to December 2007. Thesamples were collected using a Gent stacked filter sampler in two size fractions of 2.5 ~m (fine) and 2.5to 10 ~m (coarse). The samples were analyzed for elemental concentrations by instrumental neutronactivation analysis (NAA) and proton-induced X-ray emission (PIXE). Black carbon was determinedusing an EEL smoke stain reflectometer. The data sets were then analyzed using positive matrixfactorization to identify the possible sources of fine and coarse atmospheric aerosols in both areas. NAAor PIXE technique determined 20 to 30 different elements in airborne particulate matter samples. Thepollutant sources identified were seven sources, they are biomass burning, soil, motor vehicle emission,secondary sulfur, two stroke engine, sea salts and windblown soil. The PMF results showed that more

447

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti ISSN 2087-8079

than 50% of the PM2.5-10 mass at both sites comes from soil dust and road dust. The biomass burningfactor contributes about 40% of the PM25 mass in case of suburban Lembang and about 20% in urbanBandung. In further step analysis, the results will be correlated with meteorological data to identify thesource location, from local and regional (transboundary).

Key words: pollution, particulate matter, neutron activation analysis, positive matrix factorization,transboundary pollution

BABI PENDAHULUAN

Meningkatnya urbanisasi dan berbagai aktivitas ekonomi seperti transportasi telahmengakibatkan pencemaran udara sehingga berdampak pada menurunnya kualitas udara dibeberapa kota di Indonesia. Hal tersebut terjadi karena sumber pencemar telah melampauidaya dukung lingkungan sehingga secara alami tidak dapat dinetralkan. Pencemaran udaraini memiliki dampak yang cukup signifikan pada gangguan kesehatan manusia, ekosistem,perubahan iklim dan pemanasan global. Risiko kesehatan yang dikaitkan denganpencemaran udara di perkotaan, banyak menarik perhatian dalam beberapa dekadebelakangan ini. Pencemaran udara sudah menjadi masalah yang serius di kota-kota besar diIndonesia termasuk Bandung. Pencemaran udara yang semakin memburuk ini berdampakpada kesehatan dan beban finansial masyarakat. Data yang tercatat pada Profil KesehatanDKI Jakarta tahun 2004 menunjukkan bahwa sekitar 46% penyakit gangguan pernapasanterkait dengan pencemaran udara (infeksi saluran pernapasan atas 43%, iritasi mata 1,7%dan asma 1,4%) dan sekitar 32% kematian akibat penyakit yang kemungkinan terkait denganpencemaran udara (penyakit jantung dan paru-paru 28,3% dan pneumonia 3,7%). Padatahun yang sama, Profil Kesehatan DIY tahun 2004 menunjukkan bahwa di Yogyakartasebanyak 32% penyakit gangguan pernapasan terkait dengan pencemaran udara.Kecenderungan yang sama terjadi di Bandung dan kota besar lainnya [1, 2].

Parameter utama pencemaran udara yang memiliki dampak secara signifikan padakesehatan adalah Particulate Matter (PM). Partikulat yang terdapat pad a atmosfer umumnyaberukuran 0,1 - 50 !-1matau lebih, yang waktu eksistensinya bervariasi bergantung padabesar kecilnya ukuran. Partikulat udara yang berukuran kurang dari 2,5 !-1m(PM2,s) disebutdengan partikulat halus. Beberapa peneliti epidemiologi berpendapat bahwa partikulat halusini sangat berbahaya karena dapat terpenetrasi menembus bagian terdalam dari paru-parudan sistem jantung, menyebabkan gangguan kesehatan antara lain infeksi saluranpernafasan akut, kanker paru-paru, penyakit kardiovaskular bahkan kematian. Partikulathalus diperkirakan memberi kontribusi besar pada angka kematian yang diakibatkan olehgangguan kesehatan terkait pencemaran udara [3,4]. Partikulat udara halus umumnya terdiridari partikel-partikel yang berukuran mikro dan sub-mikro, berasal dari sumber antropogenikseperti kendaraan bermotor, pembakaran biomassa, dan pembakaran bahan bakar. SelainPM2,s, dikenal juga istilah PMlO yang merupakan partikulat udara yang berukuran kurang dari10 !-1m(partikulat kasar), sedangkan total Suspended Particulate (TSP) adalah semua zattersuspensi yang umumnya berukuran kurang dari 50 !-1m.

Sejak tahun 2000, pemerintah telah mengoperasikan sistem pemantauan kualitasudara kontinu otomatis atau Air Quality Monitoring System (AQMS) di 10 kota besar diIndonesia. Sistem pemantauan terse but memantau konsentrasi CO, S02, NOx, 03 dan PMlO

yang digunakan untuk menghitung Indeks Standar Pencemaran Udara. Tetapi karenaketerbatasan biaya untuk operasional dan perawatan, tidak ada satu kota pun yang dapatmengoperasikan AQMS selama setahun penuh [5]. Di samping itu parameter yang dipantaumasih terbatas dan data tidak lengkap, sehingga tidak ada data pengamatan untuk parameterPMlO yang dapat digunakan sebagai dasar pengembangan dan penyusunan strategi danrencana aksi yang spesifik untuk mengendalikannya. Parameter PM2.S merupakan parameteryang sangat kritis berdampak pada kesehatan. Oleh karena itu pemantauan partikulat udaraambien PM2,sdan PMlO sangat perlu dilakukan.

Kegiatan pemantauan kualitas udara di Indonesia merupakan bagian utama dariprogram Langit Biru yang bertujuan untuk menciptakan mekanisme kerja dalam pengendalianpencemaran udara yang berdaya guna dan berhasil guna. BATAN sebagai salah satulembaga yang bergerak di bidang sains dan teknologi, mempunyai potensi untuk membantumemecahkan berbagai masalah di bidang lingkungan yang tidak dapat diselesaikan dengan

448

Pemanfaatan teknik analisis nuk/ir da/am karakterisasi, ... (Dr. Muhayatun, M. T.)

teknik konvensional. Dalam konteks tersebut, pada makalah ini dibahas kegiatanpemantauan dan studi komprehensif yang telah dilakukan di kota Bandung dan Lembangsecara kontinu dan konsisten sejak tahun 2000. Aktivitas penelitian ini juga merupakankegiatan regional Asia Pasifik yang dikoordinasi oleh International Atomic Energy Agency(IAEA) dan dalam pelaksanaannya kegiatan penelitian ini dilakukan di laboratorium TeknikAnalisis Radiometri BATAN yang mengacu pada standar internasional ISO/lEG 17025-2005,sehingga diharapkan hasil yang diperoleh validitasnya terjamin dan terjaga secara optimal.

Pengambilan lokasi objek studi dilakukan di kota Bandung sebagai perwakilan urbandan Lembang sebagai perwakilan sub-urban. Adapun dasar pemilihan kota Bandungdilakukan karena Bandung merupakan salah satu kota besar yang terletak pada pertemuanporos jalan raya dari barat - timur yang memudahkan hubungan dengan ibu kota negara,serta utara - selatan yang memudahkan lalu lintas ke daerah perkebunan, tingkatpertumbuhan penduduk yang tinggi, aktivitas penduduknya beragam mulai dari sektorpertanian, perkebunan, transportasi, pendidikan hingga sektor industri. Adapun pemilihankota Lembang didasarkan pada posisi kota Lembang yang tidak terlalu jauh dari kotaBandung. Selain itu pemilihan lokasi studi juga didasarkan agar sumber daya dan dana yangtersedia dapat digunakan lebih efisien dalam pelaksanaan kegiatan ini.

Kegiatan yang dilakukan pad a penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan peranteknik nuklir dalam memberikan kontribusi pada program peningkatan kualitas udara. Darikegiatan terse but, hasil yang diperoleh diharapkan mampu memecahkan berbagai masalahutama dalam pencemaran udara khususnya dalam karakterisasi, identifikasi sumber, estimasilokasi dan trans boundary pencemar partikulat udara. Dengan menggunakan berbagaiperangkat lunak, hasil yang diperoleh dari penelitian ini dapat digunakan untukmengidentifikasi sumber pencemar antropogenik dan alami baik secara kualitatif maupunkuantitatif, serta mampu memprakirakan lokasi sumber pence mar baik secara lokal maupunregional. Penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai early warning yang diharapkanpula dapat memberi kontribusi, mendukung dan mendorong pemerintah untuk membuatkebijakan yang tepat dan terarah dalam upaya meningkatkan kualitas udara di Indonesia agargangguan kesehatan dan kerugian finansial yang lebih besar dapat dihindari.

BAB II METODOLOGI PENELITIAN

Kegiatan penelitian ini difokuskan pad a aplikasi teknik analisis nuklir, sebagai bentukkontribusi teknik nuklir, pada pemecahan permasalahan lingkungan. Kelebihan teknik nuklirdiharapkan mampu menjadi suatu terobosan baru dalam pemecahan berbagai permasalahanlingkungan di Indonesia. Dengan teknik analisis nuklir dihasilkan suatu data set konsentrasi(Iebihdari 20 unsur) yang selanjutnya dapat digunakan dalam melakukan identifikasi dankuantifikasi jenis sumber pencemar serta estimasi lokasi sumber pencemar. Adapunbeberapa tahap kegiatan yang dilakukan adalah:

1. Sampling partikulat udara2. Analisis sampel yang meliputi

a. analisis konsentrasi partikulat udara (penentuan PM2.5 dan PM1Q),b. analisis konsentrasi black carbon dengan metode reflektansic. analisis unsur menggunakan teknik analisis nuklir seperti Neutron Activation

Analysis (NAA) atau Particles Induced X-Ray Emission (PIXE)3. Analisis data

a. Positive Matrix Factorization (PMF)b. Transboundary

Data yang didapatkan dari hasil analisis sampel selanjutnya diolah dan dianalisislebih lanjut menggunakan receptor modeling Positive Matrix Factorization (PMF) sehinggadidapatkan korelasi berbagai unsur tersebut dan beberapa unsur penanda yangmengidentifikasikan jenis sumber pencemar. Selanjutnya dilakukan estimasi lokasi sumberpence mar berdasarkan pada kompilasi data yang dihasilkan receptor modeling dengan datameteorologi (arah angin dan kecepatan) menggunakan trajectory sehingga didapatkanestimasi lokasi yang menunjukkan asal dari sumber pence mar yang berpotensi besarberkontribusi secara signifikan. Secara garis besar alur tahapan kegiatan penelitian disajikanpada Gambar 1.

449


Permasalahan Pencemaranudara ambien

Identifikasi Jenis Sumber Pencemar

Kontribusi Teknik Analisis

Nuklir dalam PenanggulanganPencemaran Udara

Pengambilan sampelpartikulat udara

Teknik analisis nuklir

Identifikasi Estimati Lokasi Sumber

Data unsur partikulatkasar dan halus

(20-30 unsur)

Data Meteorologi(wind speed-direction)

Jenis SumberPencemar

Pemetaan possible source

Estimasi LokasiSumber Pencemar

Gambar 1. Skema rancangan tahap kegiatan

2.1. Sampling

Pengambilan sampel partikulat udara dilakukan di dua lokasi yaitu Bandung danLembang. Lokasi pengambilan sampel di kota Bandung dilakukan di Pusat Teknologi NuklirBahan dan Radiometri (PTNBR), BATAN Bandung sebagai perwakilan daerah urban.Sampler diletakkan di atas atap gedung A, PTNBR yang tingginya 4,3 m dari tanah danintake nozzle sampler diletakkan 1,8 m di atas atap serta berjarak sekitar 60 m dari jalanraya. Kota Bandung terletak di posisi 107,6° bujur timur dan 6,91 ° lintang selatan, secaratopografi berada pada ketinggian 791 m di atas permukaan laut, dengan titik tertinggi terdapatdi bagian utara dengan ketinggian 1050 m dan titik terendah 675 m terletak di bagian selatan.Kota Bandung dipengaruhi oleh iklim pegunungan yang lembab dan sejuk dengan suhu ratarata 23,6°C dengan jumlah hari hujan rata-rata 15 hari per bulannya [6]. Pada tahun 2003,industri di kota Bandung berjumlah sebanyak 11.034 yang terdiri atas 75 industri besar, 430industri menengah, dan 10.529 industri keci!. Sekitar 50% dari jumlah industri tersebutmerupakan industri tekstil dan pakaian jadi. Adapun jumlah penduduk kota Bandung menurutregistrasi penduduk sampai dengan bulan Maret 2004 berjumlah 2.510.982 jiwa dengan luaswilayah mencapai 167,67 km2 [7].

Adapun pengambilan sampel di Lembang dilakukan di atas atap gedung BadanMeteorologi dan Geofisika (BMG) yang berada pada ketinggian 6 m dari tanah dan berjaraksekitar 1 km dari jalan raya yang terdekat. Kecamatan Lembang terletak sekitar 16 km dariBandung, berada pada ketinggian 1.312 hingga 2.084 m di atas permukaan laut dan beradapad a posisi 107,23° bujur timur dan 6,71 ° lintang selatan. Lembang terletak di pegunungandengan jumlah penduduk 201.765 jiwa dan suhu rata-rata berkisar antara 17-27 °C [8].Lokasi kota Bandung dan Lembang ditunjukkan pada Gambar 2.

450


Gambar 2. Lokasi kota Bandung dan Lembang

Pengambilan sampel dilakukan selama 24 jam menggunakan Gent stacked filter unitsampler. Alat ini merupakan dichotomous sampler yang menggunakan dua filter polikarbonatNuclepore halus dan kasar dengan pori-pori masing-masing 0,4 dan 8 J..lm.Partikulat kasardikumpulkan pada filter kasar yang berpori-pori 8 J..lm,sedang partikulat halus dikumpulkanpad a filter halus yang memiliki pori-pori 0,4 J..lm.Sampling menghasilkan partikulat denganukuran sampai dengan 2,5 J..lm(partikulat halus) dan 2,5-10 J..lm(partikulat kasar) [9,10].Sampling dilakukan 2 kali seminggu di dua lokasi dengan laju alir berada pad a rentang 15-18Umin. Sampling di kota Bandung dilakukan sejak Januari 2000 sampai Desember 2007.Jumlah sampel yang terkumpul sebanyak 456 pasang sampel partikulat halus dan partikulatkasar. Adapun sampling di kota Lembang dilakukan sejak Januari 2000 sampai Desember2007 menghasilkan 449 pasang sampel partikulat halus dan partikulat kasar, sehingga jumlahsampel yang terkumpul dari kedua lokasi sampling adalah sebanyak 905 pasang sampelpartikulat halus dan partikulat kasar. Bagan Gent sampler ditunjukkan pada Gambar 3 danGambar 4.

Kontainer

(SFU)

",'."

wooden pole } NOT provided. should bewooden board obtained locallynylon connector

t\'3osparcnt tubing (shon>brass connectorsrccl dampsplastic clamps

rain protection cover (orange)

plastic container (blaci)wilh stacked rilter eassellC (SFU) inside

ne.iblc POLY -FLO lubing (Ions>brass c

Gambar 3. Skema bagan Gent sampler

451

Sistem

pompavakum/


Gambar 4. Alat pencuplik udara Gent stacked filter unit sampler terdiri dari pompa vakum(kiri) dan kontainer hitam berisi filter (kanan)

2.2. Analisis sampel

2.2. 1. Analisis PM2.5 dan PM 10

Penentuan konsentrasi massa dilakukan menggunakan metode gravimetri, yangdiperoleh dari pengurangan hasil penimbangan berat sampel pada filter halus dengan beratfilter halus kosong atau berat sampel pada filter kasar dengan berat filter kasar kosong.Konsentrasi PM2,s diperoleh dari hasil penimbangan massa partikulat udara pada filter halus,sedang PM1Qdiperoleh dari penjumlahan massa partikel udara dari filter halus dan kasar.Sebelum dilakukan penimbangan, filter dikondisikan pada ruang preparasi sampel dengantemperatur 18 - 25°C dengan kelembaban maksimum kurang dari 55% [11].

2.2.2. Analisis Black Carbon

Black Carbon (BC) merupakan bentuk impuritas dari karbon hasil pembakaran tidaksempurna bahan bakar fosil atau pembakaran biomassa [12]. Penyerapan sinar matahari diatmosfer lebih dari 90% didominasi oleh BC [13]. Sumber utama BC adalah sumberantropogenik, termasuk pembakaran biomassa, kendaraan bermotor (bensin dan diesel) dansumber industri seperti pembakaran batu bara. Pengurangan sumber pencemaran BCdiyakini merupakan strategi yang baik dalam mengurangi dan memperkecil pemanasanglobal [14].

Penentuan BC di beberapa negara Asia Pasifik [13,15] menunjukkan bahwa BCumumnya memberikan kontribusi sekitar 10-40% dari partikulat udara halus yang berukurankurang dari 2,5 11m(PM2,s). Oleh karena itu penentuan BC menjadi parameter yang sangatpenting dalam karakterisasi partikulat udara. Penentuan BC didasarkan pada penentuanreflektans dari filter sampel yang dilakukan menggunakan alat EEL smoke stainref/ectometer, model 43D. Adapun tahap pengukuran reflektans BC menggunakan EELsmoke stain ref/ectometer dilakukan menggunakan metode standar dan dibahas secara rincipada [16,17].

Pengukuran nilai BC didasarkan pada reflektansi cahaya, di mana cahaya yangberasal dari suatu sumber cahaya/lampu dihamburkan melalui annular photocel kepermukaan filter sampel. Selanjutnya cahaya tersebut direfleksikan kembali ke photocell,maka panjang lintasan cahaya tersebut adalah dua kali dari panjang path transmisi. DensitasBC dari pengukuran reflektans dapat dinyatakan sebagai berikut:

BC (119/cm2)= {100/(2E)} In [RclR] (1)

BC (119/m3)= AN *{100/(2E)} In [RclR] (2)

di mana A adalah luas area filter (cm\ V adalah volume udara yang diambil (m\ Ro adalahnilai reflektans dari filter kosong (=100%), R adalah nilai reflektans dari filter sam pel (%) dan E

adalah koefisien absorpsi untuk panjang gelombang tertentu (m2/g). Nilai reflektans yangdiperoleh dari filter sampel merupakan nilai yang sebanding dengan jumlah BC pada filter.Maenhaut 1998 mendapatkan nilai E sebesar 5,27 m2/g dari eksperimen menggunakanpengukuran reflektansi cahaya putih pada filter Nuciepore diameter 47 mm [13].

452


Selain persamaan (2) dapat pula digunakan formula BC pada filter Nucleporepolikarbonat sebagai berikut :

BC = ANx [1000 x LOG (Rblan/Rsampef)+ 2,39]/45,8 (3)

dengan Rbfank nilai reflektans filter kosong (100%), Rsampel nilai reflektans filter sampel, A luasarea filter sampel (cm2) dan V volume sampel (m\ dengan nilai 2,39 dan 45,8 adalahkonstanta yang digunakan untuk filter Nuclepore Polikarbonat yang berasal dari ekperimenperhitungan BC menggunakan pembakaran asetilen (Prof. Dr. M. O. Andreae, Max PlanckInstitute of Chemistry, Mainz, Germany) [18]. Perhitungan BC pada jenis dan area filtersampel yang sama telah dilakukan menggunaan persamaan (2) dan (3) memberikan nilaiyang hampir sama (-99%) [17].

2.2.3. Analisis unsur

Penentuan kadar berbagai unsur pada sampel partikulat udara dilakukanmenggunakan teknik analisis nuklir, yaitu metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN) dan ProtonInduced X-ray Emission (PIXE). Pemilihan metode didasarkan pada teknik analisis unsuryang sangat selektif dengan kepekaan tinggi, simultan dan memiliki batas deteksi mencapaiorde mikrogram bahkan nanogram. Dengan jumlah sampel yang relatif banyak mencapairatusan buah filter dan berat sampel per filter yang hanya sedikit - 100 J.lg, teknik nuklirmerupakan salah satu teknik analisis yang layak dipertimbangkan untuk analisis sampelpartikulat udara dibandingkan dengan teknik analisis konvensional. Dengan teknik nuklir,Cahill, 1990 menyatakan bahwa hampir 90% sampel filter partikulat udara di Amerika Utaradianalisis menggunakan teknik nuklir. Bahkan di Australia dalam 4 tahun terakhir telahmenganalisis lebih dari 9000 buah sampel filter menggunakan teknik nuklir, khususnya PIXE[19].

Dengan teknik analisis nuklir AAN, sampel diiradiasi dengan neutron termal di dalamreaktor atau akselerator. Nuklida yang stabil pada sampel (target nukleus) akan mengalamireaksi penangkapan neutron, sehingga membentuk nuklida yang bersifat radioaktif(compound nucleus). Pada umumnya, nuklida yang bersifat radioaktif ini akan mengalamipeluruhan melalui emisi partikel beta dan gamma. Setelah sampel dikeluarkan dari reaktor,sampel akan melakukan emisi radiasi sebagai proses peluruhan radioaktif. Spektrometerberesolusi tinggi digunakan untuk mendeteksi sinar gamma yang tertunda (delayed gammaray). Prinsip metode AAN ini digambarkan pada Gambar 5 [20].

Prompt

GlII'TImzrBY

Tar DetNucleus

Incld"nt •

Nout~ -----....)-;~,./"

• -i"I.~~-;..-.,Compound

NucllilusDo!llYo d

G amtna fay

ProductNucleus

Gambar 5. Reaksi aktivasi yang terjadi pada Analisis Aktivasi Neutron

Penentuan kadar sampel secara kuantitatif dilakukan menggunakan metode relatif dimana sampel diiradiasi bersama dengan standar yang telah diketahui jumlah kadar unsurunsurnya. Perbandingan standar dengan sampel akan menghasilkan nilai kuantitatif kadarunsur-unsur tertentu pad a sampel. Adapun analisis kualitatif didasarkan pad a spektrum yangdihasilkan menggambarkan nuklida-nuklida secara spesifik berdasarkan energi sinar gammayang diemisikan. Iradiasi sampel dilakukan bergantung pada umur paro nuklida yang akandianalisis, karena umur paro nuklida tersebut berkorelasi dengan waktu iradiasi yangdibutuhkan untuk aktivasi. Iradiasi sampel dilakukan di Reaktor TRIGA 2000 Bandung atauReaktor Serba Guna Serpong dengan waktu iradiasi untuk umur paro pendek, sedang danpanjang masing-masing dilakukan sekitar 1-2 men it, 10 menit, dan 1-72 jam [21,22,23].

453


Metode analisis unsur yang digunakan, selanjutnya divalidasi sebagai kontrol kualitasdata yang didapatkan. Validasi metode dilakukan menggunakan SRM (Standard ReferenceMateria~ 1648 airborne particulate matter dan keikut-sertaan dalam uji interkomparasi sampelpartikulat udara yang diselenggarakan oleh IAEA. Di samping itu, laboratorium TeknikAnalisis Radiometri PTNBR - BATAN yang merupakan laboratorium pengujian analisissampel partikulat udara terse but, telah mengimplementasikan sistem mutu berstandarinternasional ISO/IEC 17025:2005 dan terakreditasi oleh Komite Akreditasi Nasional dengannomor LP-311-IDN. Ruang lingkup akreditasi meliputi penentuan PM2.5 dan PM1O, penentuanblack carbon dan analisis unsur menggunakan teknik AAN.

Selain teknik AAN juga dilakukan analisis menggunakan teknik nuklir lainnya sepertiPIXE. Unsur-unsur yang tidak dapat ditentukan dengan AAN karena tampang lintang neutronyang kecil seperti Pb dan Si dapat ditentukan dengan PIXE. Analisis sampel menggunakanPIXE dilakukan di Institute of Geological and Nuclear Sciences (IGNS), New Zealand.Analisis spectrum X-ray dilakukan menggunakan computer code GUPIX, sedang kalibrasisistem PIXE dilakukan dengan mengiradiasi standar [24,25].

2.3. Analisis Data

2.3.1. Identifikasi dan kuantifikasi jenis sumber pencemar

Identifikasi dan kuantifikasi jenis sumber pence mar dilakukan menggunakan metodereceptor modeling yang merupakan metode statistik didasarkan pad a pemodelan matematikadan pendekatan suatu fenomena fisik. Receptor modeling ini membutuhkan data sam pelminimal 48 pasang (96 buah) dengan data unsur yang terdiri dari minimal 20 unsur. Padapenelitian ini, data unsur dari berbagai lokasi sampling yang telah dianalisis akan diolahmenggunakan Positive Matrix Factorization (PMF). Reseptor modeling PMF menggunakan fitweighted least-squares dengan error yang diketahui nilainya, melakukan estimasi dari matriksdata unsur-unsur yang ada sehingga memperoleh bobot masing-masing [26]. Di dalam PMFmatriks X dengan dimensi data baris n dan kolom m, dengan n dan m adalah jumlah sampeldan jumlah unsur kimia yang teridentifikasi. Data tersebut dapat difaktorisasi ke dalam duamatriks yang disebut G dan F. G adalah matriks n x p source contribution terhadap sampel(time variation). Matriks F adalah matriks p x m komposisi sumber (source profile), dengan pmerupakan jumlah faktor yang diekstraksi. Faktor model PMF2 (PMF versi 2) dapat ditulissebagai

X=GF+E (4)

E didefinisikan sebagai residual matriks, perbedaan antara pengukuran X dan permodelan Y

dinyatakan sebagai faktor G dan F. Residual, eij didefinisikan

(5)

untuk meminimalisasi jumlah kuadrat residual kebalikan dengan estimasi error masingmasing data, Q, didefinisikan

Q(E) = LL(elSi (6)

Lebih lanjut, PMF akan menghasilkan semua G dan F bernilai positif, dalam arti bahwasumber cemaran tidak akan memiliki konsentrasi unsur kimia yang bernilai negatif (fkj ;:: 0)dan sampel tidak memiliki source contribution yang negatif (gik;:: 0).

2.3.2. Estimasi lokasi sumber pencemar

Partikulat udara yang diamati di lokasi sampling dapat berasal dari sumber pencemaryang berada di dekat lokasi sampling ataupun yang berada di lokasi yang lebih jauh.Identifikasi menggunakan perhitungan air parcel back trajectory dan aplikasinya dalammodeling reseptor telah terbukti efektif untuk menentukan sumber pencemar jarak jauh [27].Tetapi, metode ini tidak efektif untuk menentukan sumber pencemar lokal di sekitar daerahsampling [28, 29, 30, 31].

Untuk penentuan sumber pence mar lokal, digunakan metode yang memanfaatkandata kecepatan dan arah angin lokal untuk menunjukkan lokasilasal yang memungkinkan darisumber pencemar lokal tersebut. Conditional Probability Function (CPF) merupakan salahsatu metode penentuan titik sumber pencemar lokal dengan menggabungkan data arah angin

454

Pemanfaatan teknik ana/isis nuklir da/am karakterisasi, ... (Dr. Muhayatun, M. T.)

dengan data hasil olahan PMF estimasi source contribution [32]. CPF berfungsi melakukanestimasi probabilitas dari source contribution dan arah angin. CPF dirumuskan sebagai

(7)

dengan m~8 jumlah kejadian dari arah angin sektor L18 yang melebihi batas kriteria dan nMtotal jumlah dari arah angin sektor yang sama. Umumnya digunakan 24 buah sektor (L18 = 15derajat). Batas kriteria (misalnya di atas 25 persen) dipilih berdasarkan pengujian berbagaipersentase yang berbeda dari source contribution dari masing-masing sumber untukmendefiniskan arah asal sumber pencemar. Sumber dapat diestimasikan kemungkinanterletak berada di arah yang memiliki nilai CPF yang tinggi. Gambar 6 menunjukkan salahsatu contoh analisis plot CPF di mana dari plot terse but dapat diestimasikan bahwa sumberpencemar berasal dari arah angin 300 derajat dari lokasi sampling.

Gambar 6. Contoh analisis plot CPF

Hasil yang diperoleh dari perhitungan CPF dapat digabungkan dengan peta letaksumber pencemar yang berada di dekat lokasi sampling. Salah satu contoh penggunaan CPFuntuk menentukan lokasi sumber pencemar lokal adalah studi yang dilakukan di EastSt.Louis,MO [33] yang menunjukkan hasil adanya kecocokan yang tepat antara arah sumberpencemar utama (lead smelter, zinc smelter, pabrik baja dan pabrik produksi tembaga) yangsesungguhnya dengan arah yang ditunjukkan oleh plot CPF. Contoh tersebut menjelaskanbahwa data meteorologi seperti data arah dan kecepatan angin sangat bermanfaat dalaminterpretasi hasil distribusi sumber pencemar yang didapatkan dari PMF. Adapun identifikasilokasi sumber pencemar dari lokasi yang jauh (transboundary pollution) dapat dilakukanmenggunakan perangkat lunak modeling dispersi HYSPLIT (Hybrid Single ParticleLagrangian Integrated Trajectory) yang dapat diakses secara online(http://www.arl.noaa.Qovlreadv/hvsplit4.html). Adapun untuk mengetahui pemetaan/distribusisumber pencemar dapat digunakan perangkat lunak PSCF (Potential Sourcec ContributionFunction) [25].

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Sampling dan konsentrasi PM2,5 dan PM10

Nilai rata-rata waktu sampling, laju alir dan volume sampel udara untuk kedua lokasisampling Bandung dan Lembang selama periode penelitian ini dirangkum pada Tabel 1.

Rata-rata massa partikulat halus/unit luas area yani1 terkumpul pada filter nucleporepolikarbonat berkisar antara 22 IJg/cm2 dan 28 IJg/cm. Suatu nilai yang cukup kecil jikadibandingkan dengan rata-rata massa yang terkumpul pad a filter Teflon, yaitu berkisar 160 290 IJg/cm2 [34]. Hal ini menunjukkan bahwa filter Nuclepore polikarbonatlH14C1603 (Iebihlebar dan lebih tebal 4 kali dari filter Teflon) akan menghasilkan n mass closure" yang lebihrendah karena total deposit hidrogen sampel tidak bisa diukur secara akurat pad a filter yang

455


mengandung banyak hidrogen. Karenanya, sistem sampling menggunakan Gent samplermemang ditujukan untuk memperoleh massa halus dan kasar serta elemen-elemennya [34].Hasil rata-rata tahunan PM2.S dan PM10 untuk kedua lokasi sampling dirangkum pada Tabel 2.

Tabel1. Rata-rata parameter sampling partikulat udara di lokasi Kota Bandung danLembang 2000 - 2007

Parameter sampling BandungLembangMean± SO

Mean± SO

Waktu sampling (jam)

24±324±5

Laju alir (L/min)

16±117±1

Volume udara (m3)

24±425±5

Oari Tabel 2 dapat diketahui bahwa pada tahun 2005 di daerah sampling Bandungterjadi peningkatan konsentrasi PM2,s dan PM1Q, sedangkan di daerah sampling Lembangterjadi peningkatan mulai tahun 2004 dan terjadi penurunan yang signifikan pada tahun 2007.Nilai rata-rata tahunan PM2.S perlu mendapatkan perhatian serius karena untuk daerahBandung mulai tahun 2005 sudah berada di atas nilai baku mutu tahunan PM2•S (15 !-Ig/m3)

[35], sedangkan untuk lokasi Lembang konsentrasi PM2.S telah mendekati nilai baku mututersebut. Rata-rata harian time series konsentrasi PM2•S dan PM1Qdi kedua daerah samplingBandung dan Lembang, masing-masing ditunjukkan pada Gambar 7.

Tabel 2. Rata-rata tahunan PM2.S dan PM1Q (!-Ig/m3) di daerah sampling Bandung danLembang 2000 - 2007

Tahun Bandung Lembang

PM2,s

PM10PM2•SPM10

2000

12,29 ± 5,4626,23 ± 13,128,83 ± 3,9412,56 ± 5,652001

14,01 ± 4,2429,82 ± 8,799,28 ± 3,1911,11 ± 4,452002

14,12 ± 4,3732,08 ± 11,839,29 ± 4,1011,41 ±4,732003

14,35 ± 5,6031,79 ± 9,049,21 ± 5,3410,68 ± 7,372004

13,95 ± 5,7129,72 ± 9,5214,51 ±5,9025,78 ± 9,642005

18,99 ± 7,6536,77 ± 12,3014,42 ± 7,7624,62 ± 11,732006

20,33 ± 8,8635,60 ± 16,4714,95 ± 9,8122,69 ± 13,732007

20,55 ± 7,6239,08 ± 14,4112,39 ± 7,8419,76 ± 6,68

Pada gambar 7 dapat ditunjukkan bahwa secara umum hasil rata-rata harian tersebutmasih berada di bawah nilai baku mutu harian 24 jam baik untuk PM2.S maupun PM10, yaitumasing-masing 65 dan 150 !-Ig/m3 [35]. Oari kedua gambar tersebut dapat dilihat bahwakonsentrasi PM2•S dan PM10 pada musim kemarau (bulan Juli - September) lebih tinggidibandingkan konsentrasi pada waktu lainnya. Hal ini disebabkan karena pada musimkemarau hanya terjadi sedikit hujan, sehingga faktor yang menghambat sumber pencemaralam, yang memiliki kontribusi utama pad a konsentrasi PM1Q, menjadi berkurang. Nilaimaksimum konsentrasi PM2,s di Bandung dan Lembang masing-masing adalah 60,53 !-Ig/m3

yang diperoleh pada 20 Maret 2003 dan 50,00 !-Ig/m3 yang diperoleh pada 24 Agustus 2006,sedangkan nilai maksimum untuk PM1Q di Bandung dan Lembang masing-masing adalah95,16 !-Ig/m3 yang diperoleh pada 31 Juli 2007 dan 83,75 !-Ig/m3 yang diperoleh pada 14Agustus 2003.

456


M 120E~ 100::I.

•.....ctI

80rn rnctI:E

60

'iiictI

40.. ..r::(1) 20

rnr::0::a::

000aaaN0 9 0

C"SCCUC

<U

...,<U

::>OJ::>

..., dJ"7...,0...,

,;.~~ro<hOJ

0~N0~

C') 120E

'OJ 100~

Bandung 2000· 2007

C') ~~~~It)It)It)It)tototor-.r-.r-.r-.

9 900090009o 00o 09U

roc6>:>ro

c6.uro6> >.6~ -su::>

::>0 ::>OJOJ ::> 0OJ0 :2"7~z:2...,(/)0:2~ zu..:2 "7

C?r.:.

,;.aOJ6,;.6NN<hJ, ~dJ' ~~C') N0 0 ~~~C')NN~~~~0 ~

Waktu sampling

Lembang 2000 • 2007

<U

80UIUI111E

60'ijj 111

40..EQ) 20

UI

c:0~ 0000 NNC')C')C')~'<t'<t'<tIt)It)It)tototototor-.r-.r-.r-.r-.

0 099099o 09o 000o 09090000o 000c C 6.

' ..!., ..!.6.b• ..!.

CC&,:>.6• ..!.6.b> C.:>.>•• ::>0•• ::> •. ::>0ro •• ::><tI

::>0 Q)<tI0C. -, C. -,Q)OJC. -, <tI::>::>0Q)c. -,Q)OJ-, -,z~(/)~z~ ,0~ '(/)0~ .0-,:2-,~zu..~ 'CJJ9,;.dJ.;,.;,cb6r.:.' ())

ro..t a,;.M~ NdJN,M ,;.cb' 0

r.:.~ N N~ '<t ~~0 ~~NN~0 N~ ~00 ~0 ~C')

~0N N~

Waktu sampling

Gambar 7. Time series konsentrasi 24 jam untuk PM2,s dan PM10di daerah Bandung dan Lembang 2000-2007

Kenaikan nilai rata-rata tahunan konsentrasi PM2,s dan PM1Qyang cukup signifikan diBandung salah satunya disebabkan oleh adanya peningkatan jumlah sumber cemaran baikberupa meningkatnya jumlah kendaraan bermotor dengan pertumbuhan 21-44% per tahun[36], maupun konsumsi bahan bakar fosil seperti batu bara untuk perindustrian [2],

Rasio antara PM2,s dan PM1Qdi daerah lokasi sampling kota Bandung selama peri odesampling 2000 - 2007 ditunjukkan pada Gambar 8, dengan rasio (PM2.slPM1Q) untuk daerahsampling Bandung dan Lembang masing-masing berkisar 48% dan 60%. Hal inimenunjukkan bahwa PM2,s mewakili hampir sekitar setengah dari total mass a PM1Q.Tingginya rasio PM2.5 terhadap PM10 di lokasi Lembang, disebabkan oleh besarnyakontribusi pembakaran biomassa yang mencapai 40%. Hal ini merupakan dampak darikebiasaan penduduk sekitar yang masih melakukan pembakaran terbuka.

457


70

60- M 50

-§,2: 40..q("II:E 30c..

20100

0

20

Bandung 2000 - 2007

••

40 60 80

PM1 0 (~glm3)

Lembang 2000 - 2007

y = 0.4846xR2 = 0.5195

100 120

y = O.604x

~=O.7115

120

100M 80-§,2: 60..q("II~ 40

200

0

20 40 60

PM1 0 (~glm3)

80 100

Gambar 8. Korelasi antara PMIO vs PM2,s di daerah Bandung dan Lembangperiode tahun 2000 - 2007

Konsentrasi PM2,5 dan PM1O-2,5serta korelasi antara PM2,5 dan PM10 (PM2,slPM1O) di 13negara di kawasan Asia yang melaksanakan kegiatan dengan menggunakan metodesampling dan analisis yang sama disajikan pad a Gambar 9 dan Gambar 10 [37]. PadaGambar 9 terdapat dua buah garis yang menyatakan nilai baku mutu ambient untuk standarrerata tahunan dan standar 24 jam. Mengingat standar nasional yang digunakan di 13 negaratersebut berbeda-beda maka digunakan nilai standar dari The United States' NationalAmbient Air Quality Standard (NAAQS) di mana nilai standar PM2,5 untuk rerata tahunanadalah sebesar 15 jlg/m3, sedang untuk standar 24 jam adalah 65 jlg/m3.

458


140

80

60

o

50

200

120

C 100.9ECcuucoU~ 40

:Ecu 20cu:

o

"..........,

E"§!> 250

...•..'-'c.9 200~•...c8 150coU'" 100'"~:Eo'"•...~oU

400

"......<".

EClJ 3002:co;;;bcvucoU

100

o

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Gambar 9. Oistribusi konsentrasi PM2,s: PM1O-2•S dan PM10 di 13 negaradi kawasan Asia{37]

459


Secara umum hasil yang ditunjukkan pada Gambar 9 menyatakan bahwa sebagianbesar lokasi sampling di 13 negara tersebut telah melampaui nilai standar rata-rata tahunanuntuk PM2,s. Mengingat penentuan PM2,s menggunakan alat GENT sampler yang dilakukanpada penelitian ini merupakan penaksiran yang terlalu rendah karena sekitar 50% sam pelyang dikumpulkan memiliki ukuran mendekati 2,2 11mdan bukan 2,5 11msehingga nilai yangdiperoleh lebih sesuai untuk nilai PM2,2 [37]. Oleh karena itu hasil yang diperoleh tersebutperlu mendapat perhatian lebih serius terkait semakin besarnya potensi dampak yangmerugikan terhadap kesehatan masyarakat. Pad a Gambar 10 secara umum dapatditunjukkan bahwa perbandingan PM2,s dan PMlO kota Bandung menghasilkan nilai yangmendekati 0,5; sedangkan untuk Lembang menghasilkan nilai lebih besar dari 0,6. Haltersebut mengindikasikan bahwa secara umum massa partikulat halus mencapai 50 %bahkan lebih dari massa PMlO [37]. Semakin tinggi fraksi PM2•S akan berpotensimeningkatkan turunnya kualitas kesehatan masyarakat, sehingga hasil yang diperoleh daripenelitian ini perlu mendapat perhatian lebih. Dibandingkan dengan AQMS yang belummenyertakan parameter PM2•S sebagai salah satu parameter yang dimonitor, maka penelitianini dapat melengkapi dan menjadi lebih bermakna mengingat PM2,s merupakan parameteryang sangat kritis berdampak pada kesehatan.

1.0 •

:~dli•I •

0.8 ~ i11t •I

•• •C>

1111.r-1.

;:[ 0.6 Q.,--'"N

:::EQ., 0.4

..,1tft" ,~"• I •

••• •••• •

I

.~I • •

•I

Gambar 10. Korelasi konsentrasi PM2•S dan PMIO di 13 negara kawasan Asia [37]

Beberapa negara seperti Bangladesh, China, India, Malaysia, Philipina, Sri Lanka,Thailand dan Vietnam memiliki distribusi konsentrasi PM2,s dan PMlO-2,S lebih tinggidibandingkan Indonesia. Meskipun demikian konsentrasi PM2,s dan PMlO-2•S perlumendapatkan perhatian karena hasil penelitian selama periode 8 tahun menunjukkanterjadinya peningkatan konsentrasi PM2,s dan PMlO dari tahun ke tahun, di mana nilai ratarata tahunan kota Bandung untuk PM2,s sejak tahun 2005 telah melebihi nilai baku mututahunan (15 IJg/m\ sedang untuk Lembang sekalipun masih berada di bawah nilai ambangtetapi perlu diantisipasi terjadinya peningkatan dari tahun ke tahun.

3.2. Konsentrasi BC

Hasil yang diperoleh dari rata-rata bulanan konsentrasi BC pada PM2,s di lokasisampling kota Bandung dan Lembang ditunjukkan pada Gambar 11. Rata-rata tahunankonsentrasi BC untuk lokasi sampling Bandung pada tahun 2002, 2003, 2004, 2005, 2006,dan 2007 masing-masing adalah 3,31; 3,26; 3,16; 4,29; 3,62; dan 3,36 119/m3. Adapun untuklokasi Lembang nilai rata-rata tahunan konsentrasi BC pada tahun 2002, 2003, 2004, 2005,2006, dan 2007 masing-masing adalah 1,70; 2,15; 2,42; 2,57; 2,36; dan 1,70 119/m3. Ratarata bulanan konsentrasi BC pada tahun 2004 - 2007 untuk kedua lokasi sampling disajikanpada Gambar 11. Pada tahun 2005 konsentrasi BC untuk lokasi Bandung maupun Lembang

460

M 8E

~ 6omucoo


mengalami sedikit peningkatan dari tahun sebelumnya. Terjadinya peningkatan BC padatahun 2005 dapat diprediksikan sebagai akibat dari kenaikan sumber utama BC, yaitumeningkatnya jumlah kendaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar bensin dan solardari tahun ke tahun [12]. Rata-rata konsentrasi BC pada kedua tempat ini memberikankontribusi sekitar 18 - 25% dari partikulat massa halus PM2,5'

Black Carbon concentration 2004 - 2007

10

4

20

....•..........It)It)It)It)It)It)CDCDCDCDCDCDr--r--r--r--r--r--0 0099000099000099000099

a;>-bQ;

Q;>-i:.>->-Q;Q;>-i:.>->-Q;Q;>-i:.>->-Q;Q;

~'"::J.D.D~'-''""S.D.D~'-''""S.D.D~'-''""S.D.D

::;;:

::;;:....,EE::J~::;;:....,EE::J~::;;:....,EE::J~::;;:....,EE

Q)

Q)c:::;;: Q)Q)c:

::;;: Q)Q)c:::;;: Q)Q)

a.>'" a.>'" a.>'" a.>0 ...., 0...., 0...., 0Q) z Q)z Q)z Q)z(f) (f)(f)(f)

Sampling time

Gambar 11. Konsentrasi BC pada PM2•5 di daerah samplingBandung dan Lembang 2004 - 2007

Konsentrasi BC di beberapa negara Asia [37] yang ditentukan menggunakan metodedan formula yang sama ditunjukkan pada Gambar 12. Untuk mengkonversi pengukuranreflektansi ke satuan ~gfm3, sebagian besar negara negara tersebut menggunakan nilaikoefisien absorpsi massa antara 5 dan 10 m2fg. Beberapa negara seperti Philipina, Thailanddan Bangladesh memiliki rata-rata tahunan konsentrasi BC lebih tinggi dibandingkan negaralainnya seperti Australia, Pakistan, Indonesia, India dan Korea, yaitu berkisar di atas 7 I1gfm3.Konsentrasi BC di daerah lokasi sampling Bandung, masih relatif rendah dibandingkandengan negara-negara tersebut.

••

100

80

C 0.;::ro 601-0

.•...CQ)(.)c0 40U UCC 20

0

I •

461

•

•

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti

3.3. Analisis unsur

ISSN 2087-8079

Analisis unsur untuk partikulat halus yang disampling tahun 2000, 2001, 2002, dan2004 dilakukan dengan metode AAN menggunakan fasHitas iradiasi Reaktor TRIGA 2000Bandung dan Reaktor Serba Guna Serpong. Filter halus yang dikumpulkan pada tahun 2005,2006 dan 2007 dianalisis menggunakan metode PIXE di fasilitas GSN New Zealand, sedanguntuk partikulat halus yang disampling tahun 2003 sebagian sampel dianalisis menggunakanmetode AAN dan sebagaian yang lain dianalisis menggunakan metode PIXE. Adapun untukfilter kasar yang disampling tahun 2000-2005, sebagian besar sampel dianalisismenggunakan metode AAN. Meskipun analisis sampel partikulat halus dilakukan denganmenggunakan dua metode yang berbeda, hasH yang diperoleh dari kedua metode tersebuttetap dapat disatukan menjadi sebuah long term data yang akan digunakan pad a analisisdata selanjutnya untuk identifikasi sumber. Hal tersebut didasarkan pada hasH beberapapenelitian sebelumnya yang telah dilakukan Cohen dkk [38] menunjukkan bahwaperbandingan hasH analisis untuk 14 unsur pad a lebih dari 100 sampel yang dianalisis baikmenggunakan metode PIXE maupun AAN memberikan korelasi yang sangat baik dengannilai R2 sebesar 0,96 (Gambar 13).

Neutron Activation· All Elements

10000

~:g _ 10009'2~ -

100~~ ><-

- 10c..

IBA-o.960*NAA -5R2-o.960

• •. ,•.• 100 filters

10 100 1000

NAA (nglm3)

10000

Gambar 13. Perbandingan hasil analisis menggunakan metode AAN dan PIXE [38]

Untuk menjamin keakuratan hasil analisis sampel, pada rangkaian kegiatanpenelitian ini juga dilakukan validasi metode. Validasi metode analisis AAN dHakukanmenggunakan SRM partikulat udara NIST 1648. Hasil yang diperoleh dari analisis SRM NIST1648 disajikan pada Gambar 14. HasH validasi yang dilakukan untuk unsur AI, As, Br, CI, Co,Cr, Fe, I, La, Mn, Na, Sb, Sm, Ti, V dan Zn memberikan nilai yang sangat memuaskan yaitusemua unsur yang dianalisis berada pada rentang nilai sertifikat. Setelah diperoleh hasilvalidasi yang memuaskan selanjutnya dilakukan analisis sampel untuk partikulat halus dankasar baik dari sampel yang diperoleh dari kota Bandung maupun Lembang.

100,000 -~

10,000 ~

- ...•.•..-'T~ C,

.s 1,000...•.•

" T.2 ~ 100

~ -;:

-~ Tu " ...,...'T0 10() +

1AJ

k;SrCICoCrFeILaMnNa8b8mTiVZn

Element

Gambar 14. Validasi metode analisis NAA menggunakan SRM NIST 1648

462


Hasil rata-rata konsentrasi spesies kimia yang diperoleh pada partikulat halus dankasar baik untuk sampel yang diperoleh dari kota Bandung ataupun Lembang disajikan padaGambar 15. Pad a Gambar tersebut dapat ditunjukkan bahwa nilai rerata unsur padapartikulat halus ataupun kasar yang diperoleh di kota Bandung secara umum lebih besardibandingkan dengan nilai rerata unsur yang diperoleh dari Lembang. Hal tersebutdisebabkan Bandung merupakan kota yang memiliki berbagai aktivitas yang sangat padatseperti aktivitas transportasi ataupun industri sehingga menghasilkan polutan-polutan yanglebih ban yak dibandingkan Lembang.

Setelah nilai hasil analisis sampel diperoleh, selanjutnya dilakukan perhitungan nilaireconstructed mass (RCM) berdasarkan penjumlahan nilai konsentrasi BC dan semua unsuryang terdeteksi pada sampel. Hasil nilai RCM yang diperoleh tersebut selanjutnyadibandingkan dengan konsentrasi massa partikulat halus dari sampel yang diperoleh baikuntuk kota Bandung ataupun Lembang. Persentase RCM yang diperoleh dari perhitungantersebut disajikan pada Gambar 16. Nilai % RCM mencapai 100 apabila semua spesies kimiabaik yang berbentuk organik ataupun anorganik dapat teranalisis dan terdeteksi dengan baik.

100000

10000

M~ 1000.sc:.2 100~C'" 10uc:ouiijC'"

~ 0.1iii

0.01

0.001

Ie FPM at sandungll• FPM at Lembang

~

.•

.• ,

AI Sr C Ca CI Co Cr Fe I K La Mn Na Pb 5 5b 5i 5m Ti V Zn

100000

10000

M~ 1000.sc:.2 100~g 10uc:ouiijC'"

~ 0.1iii

0.01

0.001

IeCPM at Sandung• C PM at Lem bang

AI Sr C Ca CI Co Cr Fe K La Mn Na Sb 5c 5m Ti V Zn

Gambar 15. Perbandingan konsentrasi rata-rata spesies kimia dalam partikel halus (FPM)dan partikel kasar (CPM) untuk kota Bandung dan Lembang

Pad a Gambar 16 dapat ditunjukkan bahwa untuk sampel partikulat halus kotaBandung, sebagian besar sampel mempunyai nilai RCM pada rentang 30-60%, sedang untukLembang berada pada rentang 30-70%. Hal tersebut disebabkan pada analisis sampel hanyadilakukan analisis unsur anorganik dan tidak dilakukan analisis unsur organik, sehinggakekurangan dari nilai % RCM merupakan akibat dari tidak teranalisisnya spesies yangorganik. Rendahnya % RCM sebagian besar juga terjadi pada sampel yang dianalisis denganmetode AAN karena pada analisis dengan metode AAN di fasilitas TRIGA 2000 Bandungmaupun di Pusat Reaktor Serba Guna Serpong tidak dapat diperoleh unsur S dan Si yang

463


merupakan unsur utama dalam sampel partikulat udara halus. Hal tersebut menyebabkanrendahnya % RCM yang diperoleh. Ketidakmampuan fasilitas AAN di Indonesia dalammendeteksi unsur 8 dan 8i tersebut sebaiknya dapat diimbangi dengan melengkapi fasilitasanalisis untuk mendeteksi unsur tersebut.

Bandung

150

1~!00

'::!2.

000 90 0 '/,'" o~ 0 0

:2:'i!> ~ 0 (ii 0

D [J CJ [) Oc ~ CO C()

60 0 •• ~~. 0 • ,[ o~:.iI.!._~, 0

a: o~ Q % ~i" °i30 o~ o~ 0 'a~~ o~o DO o~o

0

0100200300400500

Sample 10

Lembang

150D'

120 o CJ [) orrIJ'::!2.

CO

0 90 'i! 0 J coo 'b 0:2:

[J [) IJ o~ [] 0 [J 0

~o:. ~.~o,

() 60 0 <1I"DDII'o0 0 '" 0 "'B 0a:o 0 0 0 0 d' 'ti 0 Ji'b1l 0 0

30 ~:o~ooJ! ~ ooj 'b ~ rP ~:rJi

o 100 200 300

Sample 10

400 500

Gambar 16. Persentase RCM untuk filter halus Bandung dan Lembang

3.4. Analisis Data

3.4. 1. Identifikasi Sumber

Penentuan jumlah faktor sumber pence mar didasarkan pada hasil analisis modelyang terbaik, Q seperti yang didefinisikan pada persamaan (6). Pada kegiatan ini perhitungannilai Q diperoleh dari estimasi jumlah faktor dari 5 hingga 8. Distribusi scaled residualsdiperhatikan untuk memastikan bahwa model yang dipilih cukup baik. Hasil yang diperolehmenunjukkan nilai scaled residuals berada pada rentang -3 sampai +3. Meskipun diperolehsedikit nilai ekstrem pada hasil partikulat kasar Bandung untuk unsur 8c dan 8m yangmemiliki nilai scaled residuals lebih dari +3, hal ini tidak memberikan dampak yang cukupkuat pada hasil analisis [39]. Identifikasi sumber pence mar untuk lokasi kota Bandungdilakukan dengan mengaplikasikan penggunaan model robust dan rotasi yang menghasilkannilai faktor sebesar tujuh dan lima masing-masing untuk partikulat halus dan kasar di KotaBandung, sedang untuk Lembang diperoleh enam dan lima faktor masing-masing untukpartikulat halus dan kasar. 8ecara umum nilai Q yang diperoleh dari anlisis data memberikanhasil lebih kecil dari nilai teoritis. Hal ini terjadi karena pada analisis ini dilakukandownweighing pad a beberapa variabel yang lemah [40]. Penggunaan parameter Fpeak (-0,2;-0,1; 0; 0,1; 0,2) dilakukan untuk memperhalus hasil source profile, meskipun demikian hasilyang diperoleh tidak menyebabkan terjadinya perubahan yang signifikan bila dibandingkandengan hasil yang diperoleh menggunakan nilai Fpeak O.

464


3.4.1.1. Partikulat udara halus Bandung

Identifikasi source profile dan source contributions pada partikulat udara halus dilokasi sampling kota Bandung disajikan pada Gambar 17. Pada faktor pertama terlihattingginya konsentrasi BC dan K. Hal terse but diperkirakan berasal dari emisi pembakaranbiomasa yang menghasilkan tingginya konsentrasi partikel-partikel karbonat. Oi sekitar lokasisampling terdapat kebun binatang dan perkampungan sederhana yang menghasilkan banyaksampah baik dari ranting-ranting yang kering atau sampah domestik yang pada umumnyapembakarannya dilakukan secara langsung di lahan terbuka. Sumber ini memiliki seasonalvariation dengan kontribusi yang tertinggi terjadi di bulan Maret dan Agustus [41].

Pad a faktor yang ke dua didominasi oleh unsur AI, Si, dan Ca yang merupakan unsurutama dari tanah. Pada source contribution terdapat sedikit puncak yang tinggi yang terjadisaat musim kemarau dimana curah hujan sangat minimum.

Faktor yang ke tiga ditandai dengan tingginya konsentrasi BC, Zn dan Pb yangkarakteristik dari emisi pembakaran minyak pelumas pada two-stroke engine dimana minyaktersebut bercampur dengan bahan bakar. Pada umumnya Zn digunakan sebagai aditif dalamminyak pelumas. Senyawa Zn juga digunakan dalam produksi karet dan ban. Selain Zn,unsur Ca juga terdapat dalam minyak pelumas yang digunakan untuk melindungi mesin dariasam. Two stroke engine juga melepaskan konsentrasi BC yang tinggi. Pada faktor ini. unsurCa, Fe, Si dan Mn juga berkontribusi, sehingga road dust dan brake wear partikel jugaberkontribusi pada faktor ini.

OC~AIVMnfu(I~ICrR~~~~I~SmTiSKSi~

U.I i &I Bi.'nm.,s burning0.\11

0.001

IJ.(>OOI

0.1

0.111

0.1101

0.0001

11.1

g: O.lH

"! n.OOl

j 0.\>001

~ 0.1

~ 0.01

:3 0.001

11 0'<>001

~ 0.1

dj 0.01

0.001

0.0001

0.1

0.01

0.001

0.0001

11.1

0.01

0.001

0.0001OC~AIVMnlliCIDICrR~~~~~TISKSi~

Biomass burning

sea salt

2nd S

Gambar 17. Source profile dan source contribution partikulat udara halus kota Bandung

Faktor ke empat didominasi oleh unsur Na dan CI yang merupakan unsur-unsur yangkarakteristik untuk sumber garam laut. Source contributions menunjukkan tingginyakonsentrasi terjadi di antara periode Juni dan Oktober.

Faktor ke lima mengandung unsur sulfur yang memiliki kontribusi yang sangatdominan. Faktor ini juga mengandung K yang cukup tinggi sehingga diperkirakan berasal daritransportasi pembakaran biomasa dari proses pengeringan batu kapur yang terletak padajarak sekitar 25 km dari lokasi pengambilan sampel. Pada proses tersebut telah dilakukanpembakaran kayu dalam jumlah yang sangat banyak. Bandung juga merupakan kota yangmemiliki banyak kegiatan industri menengah, khususnya industri tekstil yang dalammelakukan proses pencelupan hampir 80% industri tersebut menggunakan batu bara sebagaisumber energinya [42]. Tingginya sulfur pada faktor ini juga disebabkan oleh penggunaanbahan bakar kendaraan yang masih mengandung konsentrasi sulfur yang tinggi. Hal inisesuai dengan yang dilaporkan oleh kementrian negara lingkungan hidup pada tahun 2005tentang tingginya konsentrasi 502 di kota Bandung yang berada pada rentang 8,85 - 68,79

465


Asia Pasifik, konsentrasi partikulat udara halus PM2.5 kota Bandung memiliki rentang variasiyang tidak lebar karena kota Bandung hanya mengenal musim hujan dan musim kemarau.Hasil estimasi lokasi sumber pencemar yang dilakukan untuk faktor smoke pada partikulathalus Bandung tahun 2006 menggunakan HYSPLIT ataupun PSCF memberikan hasil yangsama.

Dari penelitian ini dapat ditunjukkan bahwa teknik analisis nuklir mampu berperandalam melakukan karakterisasi untuk identifikasi sumber dan perjalanan lintas bataspencemar partikulat udara. Dibandingkan dengan AQMS, maka penelitian ini tidak hanyamampu mengukur berbagai parameter partikulat udara akan tetapi data yang diperolehselanjutnya dapat digunakan untuk identifikasi sumber pencemar. Oleh karena itu, teknik inidiharapkan dapat diaplikasikan secara lebih luas khususnya untuk memecahkan berbagaipermasalahan lingkungan yang terkait dengan pencemaran udara akibat meningkatnyaberbagai kegiatan antropogenik.

DAFT AR PUST AKA

[1] Anonim. Kementrian Lingkungan Hidup dan Bappenas. Buku strategi dan rencana aksinasional; 2006.

[2] Anonim. Kementrian Lingkungan Hidup dan Bappenas. Buku strategi dan rencana aksilokal kota Bandung; 2006.

[3] Dockery OW, Pope CA, Xu X, Spengler JD, Ware JH, Fay ME, Ferris BG, Speizer FE.An association between air pollution and mortality in six US cities. New England. Journalof Medicine 1993; 329:1753 - 9

[4] Katouyanni K. Long term effect of air pollution in Europe. Occupational andEnvironmental Medicine 2005; 62: 432 - 3

[5] HEI international scientific oversight committee of HEI public health and air pollution inAsia program. Health effects on outdoor air pollution in developing countries of Asia: ALiterature review. Special report 15. Health Effect Institute; April 2004.

[6] Biro Pusat Statistik. Bandung dalam angka. http://www.bandung.go.id/2003bda_bab01.pdf. didownload pada 4 Juli 2007

[7] Pemerintah kota Bandung. Website resmi kota Bandung. Sekilas kota Bandung.http://www.bandung.go.idl?fa=sekilas.detail&id=13#. didownload pada tanggal 12September 2009

[8] Lembang. http://www.wikipedia.org/wiki/Lembang,_Bandung_Barat. didownload padatanggal 12 September 2009

[9] Maenhaut W, Francois F, Cafmeyer J. The Gent stacked filter unit sampler for collectionof atmospheric aerosols in two size fractions, IAEA NAHRES-19; 1993

[10] Hopke PK, Xie Y, Raunemaa T, Bieglski S, Landsberger S, Maenhaut W, Artoxo P,Cohen DO. Characterization of Gent stacked filter unit PMlO sampler. Aerosol scienceand technology 1997; 27: 726-35.

[11] Santoso M, Hidayat A, Diah DL. Ambient air concentration of PM2.5 and PMlO inBandung and Lembang in 2000 - 2006. Indonesian Journal of Science and NuclearTechnology 2008; IX(1): 53-9

[12] GOLDBERG E. Black carbon in the environment. Wiley and Sons. New York; 1972[13] Cohen DO, Taha G, Stelcer ED, Garton 0, Box G. The measurement and sources of fine

particle elemental carbon at several key sites in NSW over the past eight years. Journalof Geophysical 2000; 102

[14] Sato M, Hansen J, Koch 0, Lacis A, Ruedy R, Dubovik 0, Holben B, Chin M, NovakovT. Global atmospheric black carbon inferred from AERONET. Proc. Natl. Acad. Sci.2003; 100:6319-24

[15] Begum AB, Biswas SK. Assessment of present ambient concentration of PM2.2 and PMlO

in Dhaka city of Bangladesh, Training course on Regional Training Course onHarmonization of Data and Source Components, Manila, Philippines, 21-25 May.

[16] Anonymous. Manual EEL smoke stain reflectometer; 2006.[17] Diah DL, Santoso M, Hidayat A. Characterization of black carbon in fine particulate

matter PM2.5 in Bandung and Lembang sites 2004-2005. Indonesian Journal of Scienceand Nuclear Technology 2008; IX (2): 89-94

471


[18] Trompetter WJ, Markwitz A. Ion beam analysis results of air particulate filters fromIndonesia 2005.

[19] Cohen DD, Bailey GM, Kondepudi R. Elemental analysis by PIXE and other IBAtechnique and their application to source fingerprinting of atmospheric fine particlepollution. Nucl. Instr. Meth in Phys. Res B 109/110 1996; 218-26

[20] Glascook. University of Missouri Research Reactor (MURR). Columbia MO 2004;http://www.missouri.edu/-glascock/naa_over.htm

[21] Santoso M, Hopke PK, Markwitz A, Diah DL. Instrumental neutron activation analysisand particles induced X-Ray emission for monitoring airborne particulate matter inIndonesia. Proceeding International Seminar on Chemistry 2008, Universitas Padjajaran;2008

[22] Santoso M, Hidayat A, Diah DL. Characteristic of airborne particulate matter in Bandungand Lembang sites Using Instrumental Neutron Activation Analysis. Proceeding ofEnvironmental Technology & Management Conference 2006. Institut TeknologiBandung;2006

[23] Sutisna, Muhayatun. Analysis of airborne particulate matter collected in urban and ruralarea by instrumental neutron activation analysis. Proceeding of the FNCA 2004workshop on the utilization of research reactors. Bangkok. Thailand; 2005.

[24] Maxwell JA, Teesdale WJ, Campbell JL. The GUELPH-PIXE software package-II. NuclInstrum Methods Phys Res B Beam Interact Mater Atoms 1995; 95: 407-21.

[25] Begum BA, Kim E, Biswas SK, Hopke PK. Investigation of sources of atmosphericaerosol at urban and semi-urban areas in Bangladesh. Atmos Environ 2004; 38: 302538

[26] Paatero P. Least squares formulation of robust non-negative factor analysis.Atmospheric Environment 1997; 37: 23-35

[27] Hopke PK. The use of the back trajectory model HYSPLIT-4 to assess sourcelreceptorrelationships. Guidance document written for the International Atomic Energy Agency;2004

[28] Gao N, Cheng MD, Hopke PK. Potential source contribution function analysis andsource apportionment of sulfur species measured at Rubidoux. CA during the SouthernCalifornia air quality study 1987. Anal. Chim. Acta 1993; 277:369-80.

[29] Gao N, Cheng MD, Hopke PK. Receptor modeling of airborne ionic species collected inSCAQS 1987. Atmospheric Environ 1994; 28:1447-70.

[30] Hsu YK, Holsen TM, Hopke PK. Locating and quantifying PCB sources in Chicago.Receptor modeling and field sampling. Environ. Sci. Technol 2003a; 37: 681-90.

[31] Hsu YK, Holsen TM, Hopke PK. Comparison of hybrid receptor models to locate PCBsources in Chicago, Atmospheric Environ 2003b; 37: 545-62.

[32] Kim E, Hopke PK, Edgerton E. Improving source identification of Atlanta aerosol usingtemperature resolved carbon fractions in positive matrix factorization, AtmosphericEnviron 2004;. 38: 3349-62.

[33] Lee JH, Hopke PK, Turner JR. Source Identification of Airborne PM at the St. LouisMidwest Supersite. J. Geophys. Res. 2006; 111:01OS10

[34] Cohen DD. Characterisation of atmospheric fine particles using IBA techniques. Journalof Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 136-138; 1998; 14-22.

[35] Anonymous. Pemerintah Republik Indonesia PP no. 41 tahun 1999. PeraturanPemerintah mengenai baku mutu udara ambien nasional.

[36] Direktorat Jenderal Perhubungan Darat. Transportasi jalan - sarana angkutan Jalan;Desember 2006

[37] Hopke PK, Cohen DD, Begum AB, Biswas SK, Bangfa Ni, Pandit GG, Santoso M,Chung YS, Davy P, Markwitz A, Waheed S, Siddique N, Santos FL, Pabroa PC,Seneviratne MCS, Wimolwattanapun W, Bunprapob S, Vuong TB, Hien PD, MarkowiczA. Urban air quality in the Asian region. Journal of Science and Total Environment 2008;404: 103-12.

[38] Cohen DD, Grahama MB, Kondepudi R. Elemental analysis by PIXE and other IBAtechniques and their application to source fingerprinting of atmospheric fine particlespollution. Nucl. Instr. and Meth. B 1996; 109:218-26.

[39] Santoso M, Hopke PK, Hidayat A, Diah. Sources identification of the atmosphericaerosol at urban and suburban sites in Indonesia by positive matrix factorization. Journalof Science and Total Environment 2008; 397:229-37

472


[40] Paatero P, Hopke PK. Discarding or downweighing high-noise variables in factoranalysis models. Anal Chim Acta 2003; 490: 277-89.

[41] LAPAN. National Institute of Aeronautics and Space-Remote Sensing Affairs Indonesia.Hujan Rata-Rata. Pdf. http://www.lapanrs.com/SMBAlpdf/ATSR%20Hotspot%20in%20Sumatera%20and%20Kalimantan%20( 1997-2006).pdf.

[42] Anonim. Kompas Newspaper Jakarta Indonesia; July 15, 2005.[43] Anonim. Ministry of the Environment. Status lingkungan hidup Indonesia 2005.

Kementerian Negara Lingkungan Hidup. Jakarta Indonesia. Available fromhttp://www.menlh.go.id/slhi/14-%200Bab%202_28 37.pdf. didown/oad pada tanggal 16July 2007

[44] Chueinta W, Hopke PK, Paatero P. Investigation of sources of atmospheric aerosol aturban and sub urban residential areas in Thailand by Positive matrix factorization. AtmosEnviron 2000; 34: 3319-29.

[45] Alpert DJ, Hopke PK. A Determination of the Sources of Airborne Particles CollectedDuring the Regional Air Pollution Study. Atmos Environ 1981 ;15: 675-87.

[46] Natural hazardous. http://earthobservatory.nasa.gov didownload pada tanggal 17 Juli2009

473

pemanfaatan teknik analisis nuklir dalam...

Documents