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

Pemanfaatan

teknik analisis nuklir dalam karakterisasi,

... (Dr. Muhayatun, M. T.)

PEMANFAATAN TEKNIK ANALISIS NUKLIR DALAM KARAKTERISASI, IDENTIFIKASI SUMBER DAN TRANS-BOUNDARYPENCEMAR PARTIKULAT UDARA UNTUK KASUS BANDUNG DAN LEMBANG Muhayatun Santoso Pusat Teknologi

Nuklir Bahan

dan Radiornetri,

BATAN,

Bandung

e-mail: [email protected]

ABSTRAK PEMANFAATAN TEKNIK ANALISIS NUKLIR DALAM KARAKTERISASI, IDENTIFIKASI SUMBER DAN TRANS-BOUNDARY PENCEMAR PARTIKULAT UDARA UNTUK KASUS BANDUNG DAN LEMBANG. Kualitas udara perkotaan di Indonesia menunjukkan kecenderungan menurun dalam dua dekade ini, akibat meningkatnya urbanisasi dan berbagai aktivitas ekonomi. Hal ini terjadi kerena sumber pencemar antropogenik telah melampaui daya dukung lingkungan. Partikulat udara halus PM2.S (berukuran < 2,5 Ilm) merupakan parameter utama pencemaran udara, memiliki dampak signifikan pad a kesehatan karena dapat terpenetrasi dan menembus bagian terdalam dari paru-paru dan sistem jantung. Pada makalah ini akan dibahas berbagai kegiatan monitoring dan studi komprehensif yang telah dilakukan di kota Bandung dan Lembang secara kontinu sejak tahun 2000. Pengambilan sampel partikulat 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 menggunakan metode analisis aktivasi neutron instrumental (AANI) dan proton-induced X-ray emission (PIXE). Black carbon ditentukan menggunakan alat EEL smoke stain ref/ectometer. Selanjutnya, data set yang diperoleh dianalisis menggunakan metode positive matrix factorization untuk identifikasi sumber partikulat udara halus dan kasar di kedua lokasi sampling. Hasil analisis unsur cuplikan partikulat udara pad a umumnya dapat terdeteksi 20 hingga 30 unsur. Sumber cemaran partikulat halus kota Bandung teridentifikasi 7 faktor yaitu biomass burning, tanah, emisi kendaraan bermotor, secondary sulfur, two stroke engine, garam laut dan debu jalan. Hasil analisis PMF menunjukkan bahwa lebih dari 50% dari massa partikulat kasar di ke dua lokasi sampling berasal dari tanah dan debu jalan, sedang faktor biomass burning memberikan kontribusi sekitar 40% untuk PM2,Suntuk lokasi Lembang dan sekitar 20% untuk lokasi Bandung. Pada tahap selanjutnya, hasil analisis yang diperoleh diharapkan dapat dikorelasikan dengan data meteorologi untuk menentukan lokasi sumber pencemar baik yang berasal dari lokal maupun dari lokasi yang jauh (transboundary). Kata kunci: pencemaran, transboundary

partikulat

udara,

analisis

aktivasi

neutron,

positive

matrix

factorization,

ABSTRACT THE USE OF NUCLEAR ANALITICAL TECHNIQUES ON CHARACTERIZATION, SOURCE IDENTIFICATION 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 last two decades, due to the increasing of urbanization and economic activities. The degradation of air quality occurs because of the anthropogenic source pollutant has exceed the environmental burden capacity. Fine particulate matter PM2.S (particulate with aerodynamic diameter less than 2.5 Ilm) is a main parameter that has significant impact on human health since it can penetrate deep into the lung and heart system. In this paper, the monitoring activities and comprehensive studies carried out continuously since 2000 in Bandung and Lembang are reported. Samples of fine and coarse fractions of airborne particulate matter were collected at both sites from January 2000 to December 2007. The samples were collected using a Gent stacked filter sampler in two size fractions of 2.5 ~m (fine) and 2.5 to 10 ~m (coarse). The samples were analyzed for elemental concentrations by instrumental neutron activation analysis (NAA) and proton-induced X-ray emission (PIXE). Black carbon was determined using an EEL smoke stain reflectometer. The data sets were then analyzed using positive matrix factorization to identify the possible sources of fine and coarse atmospheric aerosols in both areas. NAA or PIXE technique determined 20 to 30 different elements in airborne particulate matter samples. The pollutant 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 burning factor contributes about 40% of the PM25 mass in case of suburban Lembang and about 20% in urban Bandung. In further step analysis, the results will be correlated with meteorological data to identify the source 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 telah mengakibatkan pencemaran udara sehingga berdampak pada menurunnya kualitas udara di beberapa kota di Indonesia. Hal tersebut terjadi karena sumber pencemar telah melampaui daya dukung lingkungan sehingga secara alami tidak dapat dinetralkan. Pencemaran udara ini memiliki dampak yang cukup signifikan pada gangguan kesehatan manusia, ekosistem, perubahan iklim dan pemanasan global. Risiko kesehatan yang dikaitkan dengan pencemaran udara di perkotaan, banyak menarik perhatian dalam beberapa dekade belakangan ini. Pencemaran udara sudah menjadi masalah yang serius di kota-kota besar di Indonesia termasuk Bandung. Pencemaran udara yang semakin memburuk ini berdampak pada kesehatan dan beban finansial masyarakat. Data yang tercatat pada Profil Kesehatan DKI Jakarta tahun 2004 menunjukkan bahwa sekitar 46% penyakit gangguan pernapasan terkait 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 dengan pencemaran udara (penyakit jantung dan paru-paru 28,3% dan pneumonia 3,7%). Pada tahun yang sama, Profil Kesehatan DIY tahun 2004 menunjukkan bahwa di Yogyakarta sebanyak 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 pada kesehatan adalah Particulate Matter (PM). Partikulat yang terdapat pad a atmosfer umumnya berukuran 0,1 - 50 !-1matau lebih, yang waktu eksistensinya bervariasi bergantung pada besar kecilnya ukuran. Partikulat udara yang berukuran kurang dari 2,5 !-1m(PM2,s) disebut dengan partikulat halus. Beberapa peneliti epidemiologi berpendapat bahwa partikulat halus ini sangat berbahaya karena dapat terpenetrasi menembus bagian terdalam dari paru-paru dan sistem jantung, menyebabkan gangguan kesehatan antara lain infeksi saluran pernafasan akut, kanker paru-paru, penyakit kardiovaskular bahkan kematian. Partikulat halus diperkirakan memberi kontribusi besar pada angka kematian yang diakibatkan oleh gangguan kesehatan terkait pencemaran udara [3,4]. Partikulat udara halus umumnya terdiri dari partikel-partikel yang berukuran mikro dan sub-mikro, berasal dari sumber antropogenik seperti kendaraan bermotor, pembakaran biomassa, dan pembakaran bahan bakar. Selain PM2,s, dikenal juga istilah PMlO yang merupakan partikulat udara yang berukuran kurang dari 10 !-1m(partikulat kasar), sedangkan total Suspended Particulate (TSP) adalah semua zat tersuspensi yang umumnya berukuran kurang dari 50 !-1m. Sejak tahun 2000, pemerintah telah mengoperasikan sistem pemantauan kualitas udara kontinu otomatis atau Air Quality Monitoring System (AQMS) di 10 kota besar di Indonesia. Sistem pemantauan terse but memantau konsentrasi CO, S02, NOx, 03 dan PMlO yang digunakan untuk menghitung Indeks Standar Pencemaran Udara. Tetapi karena keterbatasan biaya untuk operasional dan perawatan, tidak ada satu kota pun yang dapat mengoperasikan AQMS selama setahun penuh [5]. Di samping itu parameter yang dipantau masih terbatas dan data tidak lengkap, sehingga tidak ada data pengamatan untuk parameter PMlO yang dapat digunakan sebagai dasar pengembangan dan penyusunan strategi dan rencana aksi yang spesifik untuk mengendalikannya. Parameter PM2.S merupakan parameter yang sangat kritis berdampak pada kesehatan. Oleh karena itu pemantauan partikulat udara ambien PM2,sdan PMlO sangat perlu dilakukan. Kegiatan pemantauan kualitas udara di Indonesia merupakan bagian utama dari program Langit Biru yang bertujuan untuk menciptakan mekanisme kerja dalam pengendalian pencemaran udara yang berdaya guna dan berhasil guna. BATAN sebagai salah satu lembaga yang bergerak di bidang sains dan teknologi, mempunyai potensi untuk membantu memecahkan berbagai masalah di bidang lingkungan yang tidak dapat diselesaikan dengan

448

Pemanfaatan

teknik analisis nuk/ir da/am karakterisasi,


teknik konvensional. Dalam konteks tersebut, pada makalah ini dibahas kegiatan pemantauan dan studi komprehensif yang telah dilakukan di kota Bandung dan Lembang secara kontinu dan konsisten sejak tahun 2000. Aktivitas penelitian ini juga merupakan kegiatan regional Asia Pasifik yang dikoordinasi oleh International Atomic Energy Agency (IAEA) dan dalam pelaksanaannya kegiatan penelitian ini dilakukan di laboratorium Teknik Analisis Radiometri BAT AN 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 urban dan Lembang sebagai perwakilan sub-urban. Adapun dasar pemilihan kota Bandung dilakukan karena Bandung merupakan salah satu kota besar yang terletak pada pertemuan poros jalan raya dari barat - timur yang memudahkan hubungan dengan ibu kota negara, serta utara - selatan yang memudahkan lalu lintas ke daerah perkebunan, tingkat pertumbuhan penduduk yang tinggi, aktivitas penduduknya beragam mulai dari sektor pertanian, perkebunan, transportasi, pendidikan hingga sektor industri. Adapun pemilihan kota Lembang didasarkan pada posisi kota Lembang yang tidak terlalu jauh dari kota Bandung. Selain itu pemilihan lokasi studi juga didasarkan agar sumber daya dan dana yang tersedia dapat digunakan lebih efisien dalam pelaksanaan kegiatan ini. Kegiatan yang dilakukan pad a penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan peran teknik nuklir dalam memberikan kontribusi pada program peningkatan kualitas udara. Dari kegiatan terse but, hasil yang diperoleh diharapkan mampu memecahkan berbagai masalah utama dalam pencemaran udara khususnya dalam karakterisasi, identifikasi sumber, estimasi lokasi dan trans boundary pencemar partikulat udara. Dengan menggunakan berbagai perangkat lunak, hasil yang diperoleh dari penelitian ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi sumber pencemar antropogenik dan alami baik secara kualitatif maupun kuantitatif, serta mampu memprakirakan lokasi sumber pence mar baik secara lokal maupun regional. Penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai early warning yang diharapkan pula dapat memberi kontribusi, mendukung dan mendorong pemerintah untuk membuat kebijakan yang tepat dan terarah dalam upaya meningkatkan kualitas udara di Indonesia agar gangguan kesehatan dan kerugian finansial yang lebih besar dapat dihindari.

BAB II METODOLOGI

PENELITIAN

Kegiatan penelitian ini difokuskan pad a aplikasi teknik analisis nuklir, sebagai bentuk kontribusi teknik nuklir, pada pemecahan permasalahan lingkungan. Kelebihan teknik nuklir diharapkan mampu menjadi suatu terobosan baru dalam pemecahan berbagai permasalahan lingkungan di Indonesia. Dengan teknik analisis nuklir dihasilkan suatu data set konsentrasi (Iebihdari 20 unsur) yang selanjutnya dapat digunakan dalam melakukan identifikasi dan kuantifikasi jenis sumber pencemar serta estimasi lokasi sumber pencemar. Adapun beberapa tahap kegiatan yang dilakukan adalah: 1. Sampling partikulat udara 2. Analisis sampel yang meliputi a. analisis konsentrasi partikulat udara (penentuan PM2.5 dan PM1Q), b. analisis konsentrasi black carbon dengan metode reflektansi c. 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 dianalisis lebih lanjut menggunakan receptor modeling Positive Matrix Factorization (PMF) sehingga didapatkan korelasi berbagai unsur tersebut dan beberapa unsur penanda yang mengidentifikasikan jenis sumber pencemar. Selanjutnya dilakukan estimasi lokasi sumber pence mar berdasarkan pada kompilasi data yang dihasilkan receptor modeling dengan data meteorologi (arah angin dan kecepatan) menggunakan trajectory sehingga didapatkan estimasi lokasi yang menunjukkan asal dari sumber pence mar yang berpotensi besar berkontribusi secara signifikan. Secara garis besar alur tahapan kegiatan penelitian disajikan pada Gambar 1.

449


Permasalahan Pencemaran udara ambien

ISSN 2087-8079

Kontribusi Teknik Analisis Nuklir dalam Penanggulangan Pencemaran Udara

Pengambilan sampel partikulat udara Identifikasi Jenis Sumber Pencemar

Teknik analisis nuklir Data unsur partikulat kasar dan halus

Jenis Sumber Pencemar

(20-30 unsur)

Data Meteorologi (wind speed-direction) Identifikasi Estimati Lokasi Sumber Pemetaan possible source Estimasi Lokasi Sumber Pencemar

Gambar 1. Skema rancangan tahap kegiatan

2.1.

Sampling

Pengambilan sampel partikulat udara dilakukan di dua lokasi yaitu Bandung dan Lembang. Lokasi pengambilan sampel di kota Bandung dilakukan di Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiometri (PTNBR), BATAN Bandung sebagai perwakilan daerah urban. Sampler diletakkan di atas atap gedung A, PTNBR yang tingginya 4,3 m dari tanah dan intake nozzle sampler diletakkan 1,8 m di atas atap serta berjarak sekitar 60 m dari jalan raya. Kota Bandung terletak di posisi 107,6° bujur timur dan 6,91 ° lintang selatan, secara topografi berada pada ketinggian 791 m di atas permukaan laut, dengan titik tertinggi terdapat di 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, 430 industri menengah, dan 10.529 industri keci!. Sekitar 50% dari jumlah industri tersebut merupakan industri tekstil dan pakaian jadi. Adapun jumlah penduduk kota Bandung menurut registrasi penduduk sampai dengan bulan Maret 2004 berjumlah 2.510.982 jiwa dengan luas wilayah mencapai 167,67 km2 [7]. Adapun pengambilan sampel di Lembang dilakukan di atas atap gedung Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG) yang berada pada ketinggian 6 m dari tanah dan berjarak sekitar 1 km dari jalan raya yang terdekat. Kecamatan Lembang terletak sekitar 16 km dari Bandung, berada pada ketinggian 1.312 hingga 2.084 m di atas permukaan laut dan berada pad a posisi 107,23° bujur timur dan 6,71 ° lintang selatan. Lembang terletak di pegunungan dengan 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

Pemanfaatan



Gambar 2. Lokasi kota Bandung dan Lembang Pengambilan sampel dilakukan selama 24 jam menggunakan Gent stacked filter unit sampler. Alat ini merupakan dichotomous sampler yang menggunakan dua filter polikarbonat Nuclepore halus dan kasar dengan pori-pori masing-masing 0,4 dan 8 J..lm.Partikulat kasar dikumpulkan pada filter kasar yang berpori-pori 8 J..lm,sedang partikulat halus dikumpulkan pad a filter halus yang memiliki pori-pori 0,4 J..lm.Sampling menghasilkan partikulat dengan ukuran 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 15-18 Umin. Sampling di kota Bandung dilakukan sejak Januari 2000 sampai Desember 2007. Jumlah sampel yang terkumpul sebanyak 456 pasang sampel partikulat halus dan partikulat kasar. Adapun sampling di kota Lembang dilakukan sejak Januari 2000 sampai Desember 2007 menghasilkan 449 pasang sampel partikulat halus dan partikulat kasar, sehingga jumlah sampel yang terkumpul dari kedua lokasi sampling adalah sebanyak 905 pasang sampel partikulat halus dan partikulat kasar. Bagan Gent sampler ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4.

wooden should be wooden pole board } NOT provided. obtained locally nylon connector t\'3osparcnt tubing (shon> brass connector srccl damps plastic clamps rain protection cover (orange) plastic container (blaci) wilh stacked rilter eassellC (SFU) inside ne.iblc POLY -FLO lubing (Ions> brass c

Kontainer (SFU)

",'."

Gambar 3. Skema bagan Gent sampler

451

/

Sistem pompa vakum


ISSN 2087-8079

Gambar 4. Alat pencuplik udara Gent stacked filter unit sampler terdiri dari pompa vakum (kiri) dan kontainer hitam berisi filter (kanan) 2.2.

Analisis sam pel

2.2. 1.

Analisis

PM2.5

dan PM 10

Penentuan konsentrasi massa dilakukan menggunakan metode gravimetri, yang diperoleh dari pengurangan hasil penimbangan berat sampel pada filter halus dengan berat filter 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 dengan temperatur 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 tidak sempurna bahan bakar fosil atau pembakaran biomassa [12]. Penyerapan sinar matahari di atmosfer lebih dari 90% didominasi oleh BC [13]. Sumber utama BC adalah sumber antropogenik, termasuk pembakaran biomassa, kendaraan bermotor (bensin dan diesel) dan sumber industri seperti pembakaran batu bara. Pengurangan sumber pencemaran BC diyakini merupakan strategi yang baik dalam mengurangi dan memperkecil pemanasan global [14]. Penentuan BC di beberapa negara Asia Pasifik [13,15] menunjukkan bahwa BC umumnya memberikan kontribusi sekitar 10-40% dari partikulat udara halus yang berukuran kurang dari 2,5 11m(PM2,s). Oleh karena itu penentuan BC menjadi parameter yang sangat penting dalam karakterisasi partikulat udara. Penentuan BC didasarkan pada penentuan reflektans dari filter sampel yang dilakukan menggunakan alat EEL smoke stain ref/ectometer, model 43D. Adapun tahap pengukuran reflektans BC menggunakan EEL smoke stain ref/ectometer dilakukan menggunakan metode standar dan dibahas secara rinci pada [16,17]. Pengukuran nilai BC didasarkan pada reflektansi cahaya, di mana cahaya yang berasal dari suatu sumber cahaya/lampu dihamburkan melalui annular photocel ke permukaan filter sampel. Selanjutnya cahaya tersebut direfleksikan kembali ke photocell, maka panjang lintasan cahaya tersebut adalah dua kali dari panjang path transmisi. Densitas BC dari pengukuran reflektans dapat dinyatakan sebagai berikut: BC (119/cm2)= {1 00/(2E)} In [RclR]

(1)

BC (119/m3)= AN *{1 00/(2E)} In [RclR]

(2)

di mana A adalah luas area filter (cm\ V adalah volume udara yang diambil (m\ Ro adalah nilai 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 yang diperoleh dari filter sampel merupakan nilai yang sebanding dengan jumlah BC pada filter. Maenhaut 1998 mendapatkan nilai E sebesar 5,27 m2/g dari eksperimen menggunakan pengukuran reflektansi cahaya putih pada filter Nuciepore diameter 47 mm [13].

452

Pemanfaatan

Selain persamaan (2) polikarbonat sebagai berikut : BC =


dapat pula digunakan

ANx [1000 x LOG

formula

(Rblan/Rsampef)+


BC pada filter Nuclepore 2,39]/45,8

(3)

dengan Rbfank nilai reflektans filter kosong (100%), Rsampel nilai reflektans filter sampel, A luas area filter sampel (cm2) dan V volume sampel (m\ dengan nilai 2,39 dan 45,8 adalah konstanta yang digunakan untuk filter Nuclepore Polikarbonat yang berasal dari ekperimen perhitungan BC menggunakan pembakaran asetilen (Prof. Dr. M. O. Andreae, Max Planck Institute of Chemistry, Mainz, Germany) [18]. Perhitungan BC pada jenis dan area filter sampel yang sama telah dilakukan menggunaan persamaan (2) dan (3) memberikan nilai yang hampir sama (-99%) [17]. 2.2.3.

Analisis unsur

Penentuan kadar berbagai unsur pada sampel partikulat udara dilakukan menggunakan teknik analisis nuklir, yaitu metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN) dan Proton Induced X-ray Emission (PIXE). Pemilihan metode didasarkan pada teknik analisis unsur yang sangat selektif dengan kepekaan tinggi, simultan dan memiliki batas deteksi mencapai orde mikrogram bahkan nanogram. Dengan jumlah sampel yang relatif banyak mencapai ratusan buah filter dan berat sampel per filter yang hanya sedikit - 100 J.lg, teknik nuklir merupakan salah satu teknik analisis yang layak dipertimbangkan untuk analisis sampel partikulat udara dibandingkan dengan teknik analisis konvensional. Dengan teknik nuklir, Cahill, 1990 menyatakan bahwa hampir 90% sampel filter partikulat udara di Amerika Utara dianalisis menggunakan teknik nuklir. Bahkan di Australia dalam 4 tahun terakhir telah menganalisis lebih dari 9000 buah sampel filter menggunakan teknik nuklir, khususnya PIXE [19]. Dengan teknik analisis nuklir AAN, sampel diiradiasi dengan neutron termal di dalam reaktor atau akselerator. Nuklida yang stabil pada sampel (target nukleus) akan mengalami reaksi penangkapan neutron, sehingga membentuk nuklida yang bersifat radioaktif (compound nucleus). Pada umumnya, nuklida yang bersifat radioaktif ini akan mengalami peluruhan melalui emisi partikel beta dan gamma. Setelah sampel dikeluarkan dari reaktor, sampel akan melakukan emisi radiasi sebagai proses peluruhan radioaktif. Spektrometer beresolusi tinggi digunakan untuk mendeteksi sinar gamma yang tertunda (delayed gamma ray). Prinsip metode AAN ini digambarkan pada Gambar 5 [20].

Prompt Tar Det

Nucleus

Incld"nt

•

Nout~

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

•

GlII'TImzrBY

;-.,.. -i"I.~~Compound Nucllilus

Gambar

Product

Nucleus Do!llYo d G amtna fay

5. Reaksi aktivasi yang terjadi pada Analisis Aktivasi Neutron

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

453

ISSN 2087-8079


Metode analisis unsur yang digunakan, selanjutnya divalidasi sebagai kontrol kualitas data yang didapatkan. Validasi metode dilakukan menggunakan SRM (Standard Reference Materia~ 1648 airborne particulate matter dan keikut-sertaan dalam uji interkomparasi sampel partikulat udara yang diselenggarakan oleh IAEA. Di samping itu, laboratorium Teknik Analisis Radiometri PTNBR - BATAN yang merupakan laboratorium pengujian analisis sampel partikulat udara terse but, telah mengimplementasikan sistem mutu berstandar internasional ISO/IEC 17025:2005 dan terakreditasi oleh Komite Akreditasi Nasional dengan nomor LP-311-IDN. Ruang lingkup akreditasi meliputi penentuan PM2.5 dan PM1O, penentuan black carbon dan analisis unsur menggunakan teknik AAN. Selain teknik AAN juga dilakukan analisis menggunakan teknik nuklir lainnya seperti PIXE. Unsur-unsur yang tidak dapat ditentukan dengan AAN karena tampang lintang neutron yang kecil seperti Pb dan Si dapat ditentukan dengan PIXE. Analisis sampel menggunakan PIXE dilakukan di Institute of Geological and Nuclear Sciences (IGNS), New Zealand. Analisis spectrum X-ray dilakukan menggunakan computer code GUPIX, sedang kalibrasi sistem 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 metode receptor modeling yang merupakan metode statistik didasarkan pad a pemodelan matematika dan pendekatan suatu fenomena fisik. Receptor modeling ini membutuhkan data sam pel minimal 48 pasang (96 buah) dengan data unsur yang terdiri dari minimal 20 unsur. Pada penelitian ini, data unsur dari berbagai lokasi sampling yang telah dianalisis akan diolah menggunakan Positive Matrix Factorization (PMF). Reseptor modeling PMF menggunakan fit weighted least-squares dengan error yang diketahui nilainya, melakukan estimasi dari matriks data unsur-unsur yang ada sehingga memperoleh bobot masing-masing [26]. Di dalam PMF matriks X dengan dimensi data baris n dan kolom m, dengan n dan m adalah jumlah sampel dan jumlah unsur kimia yang teridentifikasi. Data tersebut dapat difaktorisasi ke dalam dua matriks 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 p merupakan jumlah faktor yang diekstraksi. Faktor model PMF2 (PMF versi 2) dapat ditulis sebagai X=GF+E

(4)

E didefinisikan sebagai residual matriks, perbedaan antara pengukuran X dan permodelan dinyatakan sebagai faktor G dan F. Residual, eij didefinisikan

Y

(5) untuk meminimalisasi jumlah masing data, Q, didefinisikan Q(E) =

kuadrat

residual

LL (elSi

kebalikan

dengan

estimasi

error masing-

(6)

Lebih lanjut, PMF akan menghasilkan semua G dan F bernilai positif, dalam arti bahwa sumber 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 pencemar yang berada di dekat lokasi sampling ataupun yang berada di lokasi yang lebih jauh. Identifikasi menggunakan perhitungan air parcel back trajectory dan aplikasinya dalam modeling reseptor telah terbukti efektif untuk menentukan sumber pencemar jarak jauh [27]. Tetapi, metode ini tidak efektif untuk menentukan sumber pencemar lokal di sekitar daerah sampling [28, 29, 30, 31]. Untuk penentuan sumber pence mar lokal, digunakan metode yang memanfaatkan data kecepatan dan arah angin lokal untuk menunjukkan lokasilasal yang memungkinkan dari sumber pencemar lokal tersebut. Conditional Probability Function (CPF) merupakan salah satu metode penentuan titik sumber pencemar lokal dengan menggabungkan data arah angin

454

Pemanfaatan

teknik ana/isis nuklir da/am karakterisasi,


dengan data hasil olahan PMF estimasi source contribution [32]. CPF berfungsi melakukan estimasi 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 nM total jumlah dari arah angin sektor yang sama. Umumnya digunakan 24 buah sektor (L18 = 15 derajat). Batas kriteria (misalnya di atas 25 persen) dipilih berdasarkan pengujian berbagai persentase yang berbeda dari source contribution dari masing-masing sumber untuk mendefiniskan arah asal sumber pencemar. Sumber dapat diestimasikan kemungkinan terletak berada di arah yang memiliki nilai CPF yang tinggi. Gambar 6 menunjukkan salah satu contoh analisis plot CPF di mana dari plot terse but dapat diestimasikan bahwa sumber pencemar 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 letak sumber pencemar yang berada di dekat lokasi sampling. Salah satu contoh penggunaan CPF untuk menentukan lokasi sumber pencemar lokal adalah studi yang dilakukan di East St.Louis,MO [33] yang menunjukkan hasil adanya kecocokan yang tepat antara arah sumber pencemar utama (lead smelter, zinc smelter, pabrik baja dan pabrik produksi tembaga) yang sesungguhnya dengan arah yang ditunjukkan oleh plot CPF. Contoh tersebut menjelaskan bahwa data meteorologi seperti data arah dan kecepatan angin sangat bermanfaat dalam interpretasi hasil distribusi sumber pencemar yang didapatkan dari PMF. Adapun identifikasi lokasi sumber pencemar dari lokasi yang jauh (transboundary pollution) dapat dilakukan menggunakan perangkat lunak modeling dispersi HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory) yang dapat diakses secara online (http://www.arl.noaa.Qovlreadv/hvsplit4.html). Adapun untuk mengetahui pemetaan/distribusi sumber pencemar dapat digunakan perangkat lunak PSCF (Potential Sourcec Contribution Function) [25].

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1.

Sampling dan konsentrasi

sampling

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

PM2,5

dan PM10

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

455

ISSN 2087-8079


mengandung banyak hidrogen. Karenanya, sistem sampling menggunakan Gent sampler memang 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 Lembang 2000 - 2007 24±5 SO Mean± 17±1 25±5 Parameter sampling Lembang

partikulat

udara

di lokasi

Kota

Bandung

dan

16±1 24±3 Bandung 24±4

Mean± SO

Oari Tabel 2 dapat diketahui bahwa pada tahun 2005 di daerah sampling Bandung terjadi peningkatan konsentrasi PM2,s dan PM1Q, sedangkan di daerah sampling Lembang terjadi peningkatan mulai tahun 2004 dan terjadi penurunan yang signifikan pada tahun 2007. Nilai rata-rata tahunan PM2.S perlu mendapatkan perhatian serius karena untuk daerah Bandung 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 mutu tersebut. Rata-rata harian time series konsentrasi PM2•S dan PM1Qdi kedua daerah sampling Bandung dan Lembang, masing-masing ditunjukkan pada Gambar 7. Tabel 2. Rata-rata Lembang Tahun

tahunan PM2.S 2000 - 2007

12,56 ±±± 5,65 20,33 20,55 13,95 14,35 18,99 14,12 14,01 12,29 ± 24,62 22,69 36,77 32,08 26,23 11,41 10,68 11,11 35,60 39,08 29,72 31,79 14,51 25,78 29,82 19,76 14,42 9,21 14,95 12,39 9,28 9,29 8,83 4,24 5,71 5,60 7,65 4,37 8,86 5,46 Bandung 7,62 ±±4,73 ±5,90 ±5,34 3,19 4,45 12,30 11,83 11,73 7,37 13,73 13,12 14,41 4,10 16,47 3,94 9,64 6,68 9,52 9,04 8,79 7,76 9,81 7,84 PM10 PM2•S

dan PM1Q

(!-Ig/m3)

di daerah

sampling

Bandung

dan

Lembang

Pada gambar 7 dapat ditunjukkan bahwa secara umum hasil rata-rata harian tersebut masih berada di bawah nilai baku mutu harian 24 jam baik untuk PM2.S maupun PM10, yaitu masing-masing 65 dan 150 !-Ig/m3 [35]. Oari kedua gambar tersebut dapat dilihat bahwa konsentrasi PM2•S dan PM10 pada musim kemarau (bulan Juli - September) lebih tinggi dibandingkan konsentrasi pada waktu lainnya. Hal ini disebabkan karena pada musim kemarau hanya terjadi sedikit hujan, sehingga faktor yang menghambat sumber pencemar alam, yang memiliki kontribusi utama pad a konsentrasi PM1Q, menjadi berkurang. Nilai maksimum 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 adalah 95,16 !-Ig/m3 yang diperoleh pada 31 Juli 2007 dan 83,75 !-Ig/m3 yang diperoleh pada 14 Agustus 2003.

456

Pemanfaatan

r...., N oC .., ..., 80 60 ~ C U 90"7~ .. .. a~ "S 40 dJ rn r:: 0r::::I.0120 200 M :E

00,;.C
•..... ctI (1) ctI ::a:: ctI


0

rn rn

...,


::> OJ OJ
~E 100

'iii

Bandung 2000· 2007

9U

0 0

C')

C')

N

::>

r.:.

~ 09~ 0~ z~ ~ ao0 ~u9z

0 C to cIt)r-.NNOJOJN r-. '') .6u.. I,(/) t) OJ ::> :..., 2 ::> ::> It) OJ :> > 6> to :2 6 < u ;. h dJ "7 ,;. 6. ro 6> J, ~ "7 ro ro ~ C? -s

0

Waktu sampling

C')

120

E

Lembang 2000 • 2007

'OJ 100

~ 0 N ~ to r-. -, 0 N It) > N ~ to N r-. z(c.0o9~ 0C;.'.', C6.~C. N 0dJ(/),;. N 0 C It) C. o /)',J. ro -, to b..t .. c:0 M.60 .;, d-, M cb N ~ 6. 9a N C. 6:2 ,0 60 &, .;, 40 0 -, 80 E 20 ~ E 0~ 'ijj UI UI

111 UI 111

C') ' Q u C') •OJ •.:. ' :> rC')

()) :>. ..!. ..!. ::> ::> Q) ::> CJJ r.:.ro

'
,'
~

..!. ..!. •.

-,

::> ••

::>

N

Q)

ng

Gambar 7. Time series konsentrasi 24 jam untuk PM2,s dan PM10 di daerah Bandung dan Lembang 2000-2007 Kenaikan nilai rata-rata tahunan konsentrasi PM2,s dan PM1Qyang cukup signifikan di Bandung salah satunya disebabkan oleh adanya peningkatan jumlah sumber cemaran baik berupa 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 ode sampling 2000 - 2007 ditunjukkan pada Gambar 8, dengan rasio (PM2.slPM1Q) untuk daerah sampling Bandung dan Lembang masing-masing berkisar 48% dan 60%. Hal ini menunjukkan bahwa PM2,s mewakili hampir sekitar setengah dari total mass a PM1Q. Tingginya rasio PM2.5 terhadap PM10 di lokasi Lembang, disebabkan oleh besarnya kontribusi pembakaran biomassa yang mencapai 40%. Hal ini merupakan dampak dari kebiasaan penduduk sekitar yang masih melakukan pembakaran terbuka.

457


-

ISSN 2087-8079

Bandung 2000 - 2007

70 30 50 020 2:0 40 10 60

("II c.. :E M ..q -§,

•

20

40

•

60

y = 0.4846x R2 = 0.5195

80

100

120

PM1 0 (~glm3)

Lembang 2000 - 2007 120 ("II ~ ..q 40 0 -§, 2:80 0 60 M 100 20

y

= O.604x

~=O.7115

20

40

60

80

100

PM1 0 (~glm3)

Gambar 8. Korelasi antara PMIO vs PM2,s di daerah Bandung dan Lembang periode tahun 2000 - 2007 Konsentrasi PM2,5 dan PM1O-2,5serta korelasi antara PM2,5 dan PM10 (PM2,slPM1O) di 13 negara di kawasan Asia yang melaksanakan kegiatan dengan menggunakan metode sampling dan analisis yang sama disajikan pad a Gambar 9 dan Gambar 10 [37]. Pada Gambar 9 terdapat dua buah garis yang menyatakan nilai baku mutu ambient untuk standar rerata tahunan dan standar 24 jam. Mengingat standar nasional yang digunakan di 13 negara tersebut berbeda-beda maka digunakan nilai standar dari The United States' National Ambient Air Quality Standard (NAAQS) di mana nilai standar PM2,5 untuk rerata tahunan adalah sebesar 15 jlg/m3, sedang untuk standar 24 jam adalah 65 jlg/m3.

458

Pemanfaatan



140

120

C

100

E C cu

80

o

60

~

40

.9 u c

•

•

•

•

U :E cu

c

20

u: o

•

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

E "§!>

'-' c

...•..

.9 ~ •...

250

200

•

c

8c o U '"

'"

~

•

150

••

•

100

:E

o'" ~ o

50

•...

U

o

400

•

"...... <".

E ClJ

2:

300

co

;;;

bc

• 200

vu co

U

•

•

•

•

••

•

100

o

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

459

PM10

di 13 negara

1t

ISSN 2087-8079


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

I•• I

•• 1.0 ••1111.r-1. •'" 0.4 •;:[ • 0.6 N-:::EQ.,

C>

Q.,

•

•

..,1tft":~dli ,~" •

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 tinggi dibandingkan Indonesia. Meskipun demikian konsentrasi PM2,s dan PMlO-2•S perlu mendapatkan perhatian karena hasil penelitian selama periode 8 tahun menunjukkan terjadinya 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 mutu tahunan (15 IJg/m\ sedang untuk Lembang sekalipun masih berada di bawah nilai ambang tetapi 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 lokasi sampling kota Bandung dan Lembang ditunjukkan pada Gambar 11. Rata-rata tahunan konsentrasi 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 untuk lokasi 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 disajikan pada Gambar 11. Pada tahun 2005 konsentrasi BC untuk lokasi Bandung maupun Lembang

460

ng

Pemanfaatan



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

Black Carbon concentration

2004 - 2007

10

M

8

~

6

u

4

o

02

E

om time

co

...., ...., 'CD "~ ... .D Q) 0r--It) > CD r-.•. :'-' :'::J ::J :J -' :J "S ::;;: .D ::;;: :i:. ::;;: E >...., :;;: E > i:. Q; 9Q)::;;:'"c:~ Q; >E >.D Q; Q; ...Q;

zb

Q) Q)

a.

00 Q)

(f)

Gambar 11. Konsentrasi BC pada PM2•5 di daerah sampling Bandung dan Lembang 2004 - 2007 Konsentrasi BC di beberapa negara Asia [37] yang ditentukan menggunakan metode dan formula yang sama ditunjukkan pada Gambar 12. Untuk mengkonversi pengukuran reflektansi ke satuan ~gfm3, sebagian besar negara negara tersebut menggunakan nilai koefisien absorpsi massa antara 5 dan 10 m2fg. Beberapa negara seperti Philipina, Thailand dan Bangladesh memiliki rata-rata tahunan konsentrasi BC lebih tinggi dibandingkan negara lainnya seperti Australia, Pakistan, Indonesia, India dan Korea, yaitu berkisar di atas 7 I1gfm3. Konsentrasi BC di daerah lokasi sampling Bandung, masih relatif rendah dibandingkan dengan negara-negara tersebut. 40 60 (.) U 0cCro 100 C .;:: U 20 1-0

.•...

Q) CC

80 0

• •

•

I•

•

461

ISSN 2087-8079


3.3.

Analisis unsur

Analisis unsur untuk partikulat halus yang disampling tahun 2000, 2001, 2002, dan 2004 dilakukan dengan metode AAN menggunakan fasHitas iradiasi Reaktor TRIGA 2000 Bandung dan Reaktor Serba Guna Serpong. Filter halus yang dikumpulkan pada tahun 2005, 2006 dan 2007 dianalisis menggunakan metode PIXE di fasilitas GSN New Zealand, sedang untuk partikulat halus yang disampling tahun 2003 sebagian sampel dianalisis menggunakan metode AAN dan sebagaian yang lain dianalisis menggunakan metode PIXE. Adapun untuk filter kasar yang disampling tahun 2000-2005, sebagian besar sampel dianalisis menggunakan metode AAN. Meskipun analisis sampel partikulat halus dilakukan dengan menggunakan dua metode yang berbeda, hasH yang diperoleh dari kedua metode tersebut tetap dapat disatukan menjadi sebuah long term data yang akan digunakan pad a analisis data selanjutnya untuk identifikasi sumber. Hal tersebut didasarkan pada hasH beberapa penelitian sebelumnya yang telah dilakukan Cohen dkk [38] menunjukkan bahwa perbandingan hasH analisis untuk 14 unsur pad a lebih dari 100 sampel yang dianalisis baik menggunakan metode PIXE maupun AAN memberikan korelasi yang sangat baik dengan nilai R2 sebesar 0,96 (Gambar 13).

Neutron Activation· All Elements

-9'2><-

c..~~

:g _

~

~

10 10000 100 1000

IBA-o.960*NAA -5

R2-o.960

.

••

, •

.• 10

100

100 filters 1000

10000

NAA (nglm3) Gambar 13. Perbandingan hasil analisis menggunakan

metode AAN dan PIXE [38]

Untuk menjamin keakuratan hasil analisis sampel, pada rangkaian kegiatan penelitian ini juga dilakukan validasi metode. Validasi metode analisis AAN dHakukan menggunakan SRM partikulat udara NIST 1648. Hasil yang diperoleh dari analisis SRM NIST 1648 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 yaitu semua unsur yang dianalisis berada pada rentang nilai sertifikat. Setelah diperoleh hasil validasi yang memuaskan selanjutnya dilakukan analisis sampel untuk partikulat halus dan kasar baik dari sampel yang diperoleh dari kota Bandung maupun Lembang. u

0

.2 Element 10,000

"

()

V Zn La k; Mn Co 8m Fe 8b Na CI Sr Cr I Ti "C, 100 10 ~100,000 1,000 ~.s AJ

~ 'T

-

-

'T ..-

~ T

...,...

T

...•.•

...•.•

-- +

Gambar 14. Validasi metode analisis NAA menggunakan

462

SRM NIST 1648

Pemanfaatan



Hasil rata-rata konsentrasi spesies kimia yang diperoleh pada partikulat halus dan kasar baik untuk sampel yang diperoleh dari kota Bandung ataupun Lembang disajikan pada Gambar 15. Pad a Gambar tersebut dapat ditunjukkan bahwa nilai rerata unsur pada partikulat halus ataupun kasar yang diperoleh di kota Bandung secara umum lebih besar dibandingkan dengan nilai rerata unsur yang diperoleh dari Lembang. Hal tersebut disebabkan Bandung merupakan kota yang memiliki berbagai aktivitas yang sangat padat seperti aktivitas transportasi ataupun industri sehingga menghasilkan polutan-polutan yang lebih ban yak dibandingkan Lembang. Setelah nilai hasil analisis sampel diperoleh, selanjutnya dilakukan perhitungan nilai reconstructed mass (RCM) berdasarkan penjumlahan nilai konsentrasi BC dan semua unsur yang terdeteksi pada sampel. Hasil nilai RCM yang diperoleh tersebut selanjutnya dibandingkan dengan konsentrasi massa partikulat halus dari sampel yang diperoleh baik untuk kota Bandung ataupun Lembang. Persentase RCM yang diperoleh dari perhitungan tersebut disajikan pada Gambar 16. Nilai % RCM mencapai 100 apabila semua spesies kimia baik yang berbentuk organik ataupun anorganik dapat teranalisis dan terdeteksi dengan baik.

.•

100000

, • FPM at Lembang

10000

.• Ie FPM at sandungll

M ~ 1000

.s c:

.2 100

~

C '" u

10

c:

ou

iij C '"

~

0.1

iii

~

0.01 0.001 AI

Sr

C

Ca

CI

Co

Cr

Fe

I

K

La

Mn

Na

Pb

5

5b

5i

5m

Ti

V

Zn

100000 10000

• CPM C PM at Sandung Lem bang Ie

M ~ 1000

.s c:

.2 100

~ gu

10

c:

ou

iij C '"

~

iii

0.1

0.01 0.001 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 kota Bandung, sebagian besar sampel mempunyai nilai RCM pada rentang 30-60%, sedang untuk Lembang berada pada rentang 30-70%. Hal tersebut disebabkan pada analisis sampel hanya dilakukan analisis unsur anorganik dan tidak dilakukan analisis unsur organik, sehingga kekurangan dari nilai % RCM merupakan akibat dari tidak teranalisisnya spesies yang organik. Rendahnya % RCM sebagian besar juga terjadi pada sampel yang dianalisis dengan metode AAN karena pada analisis dengan metode AAN di fasilitas TRIGA 2000 Bandung maupun di Pusat Reaktor Serba Guna Serpong tidak dapat diperoleh unsur S dan Si yang

463


ISSN 2087-8079

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

() 120 () a: :2: a:30

0 0 '::!2. Sample 150 150 10

30

'::!2.

0

J

o [J 0[) 0 COIJ0 0 100 200 400 300 500 60 <1I"DDII'o 00 'i!'/,'" 90 0 Qo~% 0 o [J 'i!> o~ o~ 0o~ D' 0 'a~~ o~o ~:o~ooJ! ~ ooj

0

D

CJ

~o:. 0

60

[)

orrIJ

CJ

[)

0 •• ~~.

Lembang

~.~o,

d'

i" Bandung °i ~:rJi

'b

0 •

'ti

0 o~ Ji'b1l [] 0 [J 0 (ii'" 0coo 0 0C0 'b 0 CO DO o~o ~ rP

0

~~ Oc0

0 "'B 00

~

,[

o~:.iI.!._~,

0

1~! 00

o

100

200

300

400

500

Sample 10 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 model yang terbaik, Q seperti yang didefinisikan pada persamaan (6). Pada kegiatan ini perhitungan nilai Q diperoleh dari estimasi jumlah faktor dari 5 hingga 8. Distribusi scaled residuals diperhatikan untuk memastikan bahwa model yang dipilih cukup baik. Hasil yang diperoleh menunjukkan nilai scaled residuals berada pada rentang -3 sampai +3. Meskipun diperoleh sedikit nilai ekstrem pada hasil partikulat kasar Bandung untuk unsur 8c dan 8m yang memiliki nilai scaled residuals lebih dari +3, hal ini tidak memberikan dampak yang cukup kuat pada hasil analisis [39]. Identifikasi sumber pence mar untuk lokasi kota Bandung dilakukan dengan mengaplikasikan penggunaan model robust dan rotasi yang menghasilkan nilai faktor sebesar tujuh dan lima masing-masing untuk partikulat halus dan kasar di Kota Bandung, sedang untuk Lembang diperoleh enam dan lima faktor masing-masing untuk partikulat halus dan kasar. 8ecara umum nilai Q yang diperoleh dari anlisis data memberikan hasil lebih kecil dari nilai teoritis. Hal ini terjadi karena pada analisis ini dilakukan downweighing 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 hasil yang diperoleh tidak menyebabkan terjadinya perubahan yang signifikan bila dibandingkan dengan hasil yang diperoleh menggunakan nilai Fpeak O.

464

Pemanfaatan



3.4.1.1. Partikulat udara halus Bandung Identifikasi source profile dan source contributions pada partikulat udara halus di lokasi sampling kota Bandung disajikan pada Gambar 17. Pada faktor pertama terlihat tingginya konsentrasi BC dan K. Hal terse but diperkirakan berasal dari emisi pembakaran biomasa yang menghasilkan tingginya konsentrasi partikel-partikel karbonat. Oi sekitar lokasi sampling terdapat kebun binatang dan perkampungan sederhana yang menghasilkan banyak sampah baik dari ranting-ranting yang kering atau sampah domestik yang pada umumnya pembakarannya dilakukan secara langsung di lahan terbuka. Sumber ini memiliki seasonal variation 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 unsur utama dari tanah. Pada source contribution terdapat sedikit puncak yang tinggi yang terjadi saat musim kemarau dimana curah hujan sangat minimum. Faktor yang ke tiga ditandai dengan tingginya konsentrasi BC, Zn dan Pb yang karakteristik dari emisi pembakaran minyak pelumas pada two-stroke engine dimana minyak tersebut bercampur dengan bahan bakar. Pada umumnya Zn digunakan sebagai aditif dalam minyak pelumas. Senyawa Zn juga digunakan dalam produksi karet dan ban. Selain Zn, unsur Ca juga terdapat dalam minyak pelumas yang digunakan untuk melindungi mesin dari asam. Two stroke engine juga melepaskan konsentrasi BC yang tinggi. Pada faktor ini. unsur Ca, Fe, Si dan Mn juga berkontribusi, sehingga road dust dan brake wear partikel juga berkontribusi pada faktor ini. OC~AIVMnfu(I~ICrR~~~~I~SmTiSKSi~ U.I 0.\11

i

&I

Bi.'nm.,s burning

Biomass burning

0.001 IJ.(>OOI

0.1 0.111 0.1101 0.0001 11.1

g:

O.lH

"!

n.OOl

~

0.\>001 0.1

j

~

0.01

:3

0.001

sea salt

11 0'<>001 ~ 0.1

dj

2nd S

0.01 0.001 0.0001 0.1 0.01 0.001 0.0001 11.1

0.01 0.001 0.0001

OC~AIVMnlliCIDICrR~~~~~TISKSi~

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 yang karakteristik untuk sumber garam laut. Source contributions menunjukkan tingginya konsentrasi terjadi di antara periode Juni dan Oktober. Faktor ke lima mengandung unsur sulfur yang memiliki kontribusi yang sangat dominan. Faktor ini juga mengandung K yang cukup tinggi sehingga diperkirakan berasal dari transportasi pembakaran biomasa dari proses pengeringan batu kapur yang terletak pada jarak sekitar 25 km dari lokasi pengambilan sampel. Pada proses tersebut telah dilakukan pembakaran kayu dalam jumlah yang sangat banyak. Bandung juga merupakan kota yang memiliki banyak kegiatan industri menengah, khususnya industri tekstil yang dalam melakukan proses pencelupan hampir 80% industri tersebut menggunakan batu bara sebagai sumber energinya [42]. Tingginya sulfur pada faktor ini juga disebabkan oleh penggunaan bahan bakar kendaraan yang masih mengandung konsentrasi sulfur yang tinggi. Hal ini sesuai dengan yang dilaporkan oleh kementrian negara lingkungan hidup pada tahun 2005 tentang tingginya konsentrasi 502 di kota Bandung yang berada pada rentang 8,85 - 68,79

465

Pemanfaatan



Asia Pasifik, konsentrasi partikulat udara halus PM2.5 kota Bandung memiliki rentang variasi yang tidak lebar karena kota Bandung hanya mengenal musim hujan dan musim kemarau. Hasil estimasi lokasi sumber pencemar yang dilakukan untuk faktor smoke pada partikulat halus Bandung tahun 2006 menggunakan HYSPLIT ataupun PSCF memberikan hasil yang sama. Dari penelitian ini dapat ditunjukkan bahwa teknik analisis nuklir mampu berperan dalam melakukan karakterisasi untuk identifikasi sumber dan perjalanan lintas batas pencemar partikulat udara. Dibandingkan dengan AQMS, maka penelitian ini tidak hanya mampu mengukur berbagai parameter partikulat udara akan tetapi data yang diperoleh selanjutnya dapat digunakan untuk identifikasi sumber pencemar. Oleh karena itu, teknik ini diharapkan dapat diaplikasikan secara lebih luas khususnya untuk memecahkan berbagai permasalahan lingkungan yang terkait dengan pencemaran udara akibat meningkatnya berbagai kegiatan antropogenik.

DAFT AR PUST AKA

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]

[14] [15] [16] [17]

Anonim. Kementrian Lingkungan Hidup dan Bappenas. Buku strategi dan rencana aksi nasional; 2006. Anonim. Kementrian Lingkungan Hidup dan Bappenas. Buku strategi dan rencana aksi lokal kota Bandung; 2006. 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. Journal of Medicine 1993; 329:1753 - 9 Katouyanni K. Long term effect of air pollution in Europe. Occupational and Environmental Medicine 2005; 62: 432 - 3 HEI international scientific oversight committee of HEI public health and air pollution in Asia program. Health effects on outdoor air pollution in developing countries of Asia: A Literature review. Special report 15. Health Effect Institute; April 2004. Biro Pusat Statistik. Bandung dalam angka. http://www.bandung.go.id/ 2003bda_bab01.pdf. didownload pada 4 Juli 2007 Pemerintah kota Bandung. Website resmi kota Bandung. Sekilas kota Bandung. http://www.bandung.go.idl?fa=sekilas.detail&id=13#. didownload pada tanggal 12 September 2009 Lembang. http://www.wikipedia.org/wiki/Lembang,_Bandung_Barat. didownload pada tanggal 12 September 2009 Maenhaut W, Francois F, Cafmeyer J. The Gent stacked filter unit sampler for collection of atmospheric aerosols in two size fractions, IAEA NAHRES-19; 1993 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 science and technology 1997; 27: 726-35. Santoso M, Hidayat A, Diah DL. Ambient air concentration of PM2.5 and PMlO in Bandung and Lembang in 2000 - 2006. Indonesian Journal of Science and Nuclear Technology 2008; IX(1): 53-9 GOLDBERG E. Black carbon in the environment. Wiley and Sons. New York; 1972 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. Journal of Geophysical 2000; 102 Sato M, Hansen J, Koch 0, Lacis A, Ruedy R, Dubovik 0, Holben B, Chin M, Novakov T. Global atmospheric black carbon inferred from AERONET. Proc. Natl. Acad. Sci. 2003; 100:6319-24 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 on Harmonization of Data and Source Components, Manila, Philippines, 21-25 May. Anonymous. Manual EEL smoke stain reflectometer; 2006. 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 Science and Nuclear Technology 2008; IX (2): 89-94

471


ISSN 2087-8079

[18] Trompetter WJ, Markwitz A. Ion beam analysis results of air particulate filters from Indonesia 2005. [19] Cohen DD, Bailey GM, Kondepudi R. Elemental analysis by PIXE and other IBA technique and their application to source fingerprinting of atmospheric fine particle pollution. 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 analysis and particles induced X-Ray emission for monitoring airborne particulate matter in Indonesia. Proceeding International Seminar on Chemistry 2008, Universitas Padjajaran; 2008 [22] Santoso M, Hidayat A, Diah DL. Characteristic of airborne particulate matter in Bandung and Lembang sites Using Instrumental Neutron Activation Analysis. Proceeding of Environmental Technology & Management Conference 2006. Institut Teknologi Bandung;2006 [23] Sutisna, Muhayatun. Analysis of airborne particulate matter collected in urban and rural area by instrumental neutron activation analysis. Proceeding of the FNCA 2004 workshop on the utilization of research reactors. Bangkok. Thailand; 2005. [24] Maxwell JA, Teesdale WJ, Campbell JL. The GUELPH-PIXE software package-II. Nucl Instrum 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 atmospheric aerosol at urban and semi-urban areas in Bangladesh. Atmos Environ 2004; 38: 3025-

38 [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 sourcelreceptor relationships. Guidance document written for the International Atomic Energy Agency; 2004 [28] Gao N, Cheng MD, Hopke PK. Potential source contribution function analysis and source apportionment of sulfur species measured at Rubidoux. CA during the Southern California 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 in SCAQS 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 PCB sources in Chicago, Atmospheric Environ 2003b; 37: 545-62. [32] Kim E, Hopke PK, Edgerton E. Improving source identification of Atlanta aerosol using temperature resolved carbon fractions in positive matrix factorization, Atmospheric Environ 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; 111:01 OS10 [34] Cohen DD. Characterisation of atmospheric fine particles using IBA techniques. Journal of Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 136-138; 1998; 14-22. [35] Anonymous. Pemerintah Republik Indonesia PP no. 41 tahun 1999. Peraturan Pemerintah 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, Markowicz A. 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 IBA techniques and their application to source fingerprinting of atmospheric fine particles pollution. Nucl. Instr. and Meth. B 1996; 109:218-26. [39] Santoso M, Hopke PK, Hidayat A, Diah. Sources identification of the atmospheric aerosol at urban and suburban sites in Indonesia by positive matrix factorization. Journal of Science and Total Environment 2008; 397:229-37

472

Pemanfaatan



[40] Paatero P, Hopke PK. Discarding or downweighing high-noise variables in factor analysis 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 from http://www.menlh.go.id/slhi/14-%200Bab%202_28 37.pdf. didown/oad pada tanggal 16 July 2007 [44] Chueinta W, Hopke PK, Paatero P. Investigation of sources of atmospheric aerosol at urban and sub urban residential areas in Thailand by Positive matrix factorization. Atmos Environ 2000; 34: 3319-29. [45] Alpert DJ, Hopke PK. A Determination of the Sources of Airborne Particles Collected During the Regional Air Pollution Study. Atmos Environ 1981 ;15: 675-87. [46] Natural hazardous. http://earthobservatory.nasa.gov didownload pada tanggal 17 Juli 2009

473

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

Recommend Documents