Bab II Tinjauan Pustaka

II.1 Sumber Pencemaran Udara

Sumber pencemaran udara secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua

sumber utama yaitu (Depkes, 1994):

a. Sumber alamiah

Pencemaran udara yang berasal dari sumber alamiah ini berasal dari kejadian-

kejadian atau aktivitas alam yang tidak dapat diduga sebelumnya, seperti letusan

gunung berapi, keluarnya gas beracun akibat gempa bumi, dan lain-lain.

b. Sumber antropogenik

Kegiatan manusia dapat mengubah lingkungan hidup yang antara lain disebabkan

oleh perkembangan budaya, penggunaan ilmu dan teknologi, serta diiringi oleh

pola konsumsi yang berlebihan. Beberapa aktifitas manusia yang dapat

menimbulkan pencemaran udara antara lain aktifitas transportasi, pembangikit

listrik, proses pembakaran tidak sempurna, pembakaran bahan bakar baik

kegiatan industri maupun domestik, serta kegiatan industri dan pertambangan

(Seinfield, 1986; Depkes, 1994).

II.2 Parameter Pencemaran Udara

Baku mutu udara ambien berdasarkan Keputusan Menteri Negara KLH No.

KEP.02/1988, menetapkan sembilan parameter pencemaran udara, yaitu SO2, CO,

NOx, O3, debu, Pb, H2S, dan HC (Depkes, 1994).

a. Sulfur dioksida (SO2)

SO2 dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak

bumi. SO2 di udara sebagian besar dapat mengalami oksidasi lanjut dalam proses

pembakaran, membentuk sulfur trioksida (SO3) dan akhirnya dapat bereaksi

dengan uap air di udara membentuk sulfat aerosol (Depkes, 1994).

b. Karbonmonoksida (CO)

Sumber utama gas CO adalah kendaraan bermotor yang menggunakan bensin

sebagai bahan bakar. Gas CO juga dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna

yang berasal dari berbagai proses industri. Sumber lain yang cukup berarti adalah

asap rokok dan pembakaran bahan bakar fosil (minyak tanah) di dalam rumah

tangga.

c. Nitrogen Oksida(NO)

Selain terdapat di alam, NO dan NO2 terutama berasal dari gas-gas yang

dihasilkan dari gas buangan kendaraan bermotor dan pusat-pusat tenaga listrik.

Berbeda dengan karbon dan sulfur, nitrogen oksida tidak terdapat dalam bahan

bakar minyak, akan tetapi berasal dari udara di mana terjadi proses pembakaran

dari senyawa ini. Pengaruh nitrogen yang utama terhadap lingkungan adalah

pembentukan `smog`.

d. Ozon (O3)

Ozon (O3) adalah substansi yang lazim disebut oksidan karena biasanya

merupakan bagian terbanyak dari oksidan yang terukur dan merupakan hasil awal

dan reaksi smog fotokimia. Ozon tidak berwarna tetapi berbau tajam.

e. Debu (Suspended Particulate matter)

Secara alamiah partikel debu dapat dihasilkan dari debu tanah kering yang

terbawa oleh angin atau berasal dari muntahan letusan gunung berapi.

Pembakaran yang tidak sempurna dari bahan bakar yang mengandung senyawa

karbon akan menimbulkan asap yang hampir seluruhnya terdiri dari partikel

karbon murni atau bercampur dengan berbagai gas-gas organik (Depkes, 1994).

Partikel-partikel debu dapat juga dihasilkan dari destilasi destruktif akibat proses

pembakaran batu bara yang tidak sempurna sehingga terbentuk aerosol kompleks.

Proses-proses industri seperti penggilingan dan penyemprotan dapat

menyebabkan abu beterbangan di udara. Partikel udara juga dihasilkan dari

kendaraan bermotor (Depkes, 1994).

f. Timah hitam (Pb)

Logam Pb merupakan salah satu logam beracun yang dapat masuk ke dalam

sistem biologis dan sangat membahayakan kesehatan manusia. Sumber utama Pb

di udara berasal dari pembakaran bahan bakar minyak (bensin). Tetramethyl lead

yang ditambahkan pada bensin merupakan upaya ekonomis dalam meningkatkan

angka oktana. Senyawa tersebut sebagian besar diemisikan sebagai oksida dalam

gas buangan.

g. Hidrogen sulfida (H2S)

Senyawa H2S bersifat tidak berwarna dan menimbulkan bau yang merangsang

(busuk). Gas H2S mempunyai konsentrasi alamiah 0,002-0,02 ppm. Gas ini

ditemukan pada gas vulkanik dan gas alam. Golongan industri yang menghasilkan

gas H2S antara lain: pengilangan minyak, rayon, penyamakan kulit, pabrik kertas,

destilator, dan penambangan biji besi.

h. Ammonia (NH3)

Ammonia (NH3) menimbulkan bau yang merangsang dan tidak berwarna.

Konsentrasi alamiah dari gas ini berkisar antara 6-20 ppm. Gas ini dihasilkan dari

aktivitas bakteri pembusuk dan kegiatan industri kimia pupuk.

i. Hidrokarbon (HC)

Secara alamiah, alam menghasilkan sekitar 85% dari seluruh hidrokarbon yang

ada di udara. Berbagai jenis hidrokarbon dihasilkan dari proses-proses biologis

yang terjadi pada tumbuhan baik di hutan maupun di tempat-tempat lain. Sampah

organik yang terurai secara biologis pada umumnya menghasilkan gas metan.

Namun demikian, sumber hidrokarbon yang berasal dari aktifitas manusia

merupakan jumlah terbesar, terutama pada daerah perkotaan (Depkes, 1994).

II.3 Partikulat di Udara

Salah satu parameter pencemar udara adalah debu (suspended particulate matter).

Saat ini pembahasan tentang partikulat sebagai pencemar udara menjadi perhatian

di berbagai negara, mengingat terdapat bukti kuat mengenai korelasi antara polusi

udara dan dampaknya pada kesehatan manusia terutama yang disebabkan oleh

partikulat (World Bank, 2003).

II.3.1 Definisi Partikulat

Materi partikulat (particulate matter) didefinisikan sebagai material dalam bentuk

solid maupun liquid di udara dengan ukuran diameter partikel sekitar 0,005 μm

hingga 100 μm, meskipun yang dalam bentuk suspensi secara umum kurang dari

40μm (CEPA, 1999 dalam Health Canada, 2005).

Partikel mikroskopis yang melayang di udara terdiri atas bermacam-macam jenis

baik berdasarkan sumber, maupun berdasarkan wujudnya. Efek dari partikel itu

tidak hanya berpengaruh terhadap iklim dan visibility, namun juga terhadap

kesehatan dan kualitas hidup. Partikel di udara bebas berbentuk aerosol, yang

didefinisikan sebagai bentuk sederhana dari partikel padat ataupun cairan yang

tersuspensi dalam gas (Hinds, 1982). Tipe suspensi partikulat dan mediumnya

diperlihatkan pada Tabel II.1.

Tabel II.1 Tipe suspensi partikulat

Tipe partikel yang tersuspensi Medium

Gas Cairan Padatan

Gas - Fog, mist, spray

Fume, Dust

Cairan Buih/ foam Emulsi Suspensi Padatan Sponge Gel Campuran/alloy

(Sumber: Hinds, 1982)

II.3.2 Ukuran Partikulat

Ukuran partikel partikulat adalah parameter yang penting dalam karakterisasi

perilaku fisik partikulat di atmosfer. Beberapa ukuran partikel menurut CEPA

(1999), yaitu:

1. Ultrafine particle (Extremely small/nuclei mode), yaitu partikel yang

berukuran kurang dari 0,1 μm (≤ 0,1 μm) Proses utama pembentukan

partikel ini biasanya melalui kondensasi uap panas selama proses

combustion dengan temperatur tinggi dan proses nukleasi material

atmosferik yang membentuk partikel baru. Ukuran ultrafine particle yang

sangat kecil dan pergerakannya yang acak menyebabkan partikel-partikel

ini bertabrakan satu dengan yang lain dan membentuk partikel baru yang

lebih besar.

2. Fine particle (Accumulation mode), yaitu partikel dengan ukuran 0,1 – 2,0

μm. Merupakan hasil koagulasi partikel-partikel nuclei mode, atau juga

berasal dari proses kondensasi. Partikel dengan ukuran ini dapat berada di

atmosfer dalam beberapa hari bahkan beberapa minggu. Proses deposisi

dan presipitasi adalah proses utama yang dapat membuat partikel ini

meninggalkan atmosfer.

3. Coarse particle (sedimentation atau coarse mode), yaitu partikel yang

berukuran lebih besar dari 2 μm. Ukuran partikel ini umumnya

berhubungan dengan proses mekanis seperti erosi yang terbawa angin,

pecahan gelombang laut, dan grinding (proses penghalusan). Grinding

merupakan pemecahan partikel besar menjadi lebih kecil seperti yang

terjadi pada windblown soil, penyebaran partikel garam laut, dan debu-

debu dari proses pertambangan. Pada umumnya partikel dengan ukuran

tersebut akan mudah tertarik oleh gravitasi bumi dan berada di atmosfer

relatif lebih cepat, yaitu sekitar beberapa jam atau beberapa hari.

Selain beberapa ukuran partikel di atas, ada pula yang menggolongkan ukuran

partikulat berdasarkan sifat aerodinamik, yaitu yang kurang atau sama dengan 10

μm (PM10). PM10 dibagi kembali ke dalam dua kelompok yaitu partikulat yang

ukuran partikelnya ≤ 2,5 μm (PM2,5) yang disebut fine particles dan coarse

particles yang berukuran lebih dari 2,5 μm (PM10-2,5) (Health Canada, 2005).

Materi partikulat pada ukuran diameter PM10 dan PM2,5 bersifat aerodinamik dan

dapat masuk ke dalam sistem respirasi manusia kemudian dapat terdeposit di

dalam paru-paru dan merusak alveoli sehingga menyebabkan gangguan pada

kesehatan. Partikulat dengan sifat demikian dikatakan sebagai respirable

particulates atau partikulat terespirasi (Chong, 2002).

The United States Environmental Protection Agency/ US EPA (1996) telah

membandingkan perbedaan antara partikulat halus dan kasar baik berdasarkan

wujud, proses pembentukan, komposisi, sumber, sifat kelarutan, durasi waktu di

udara, dan daya jangkau. Perbandingan tersebut diperlihatkan pada Tabel II.2.

Tabel II.2 Perbandingan antara partikel halus dan partikel kasar

Partikel Halus Partikel Kasar

Wujud asal Gas Padatan dengan ukuran besar atau droplet

Proses pembentukan

Reaksi kimia, nucleation, kondensasi, koagulasi, evaporasi dari fog dan cloud droplets dimana telah terjadi reaksi

Proses mekanikal (crushing, grinding, abrasi), penguapan dari sprays, suspensi debu

Komposisi Sulfat, nitrat, ammonium, ion hidrogen, elemen karbon, senyawa organik, (PAH, PNA), logam (Pb, Cd,V, Ni, Cu, Zn, Mn, Fe), partikel dalam air

Fly ash dari batubara, debu tanah, debu jalan, oksida logam, hancuran dari suatu material (Si, Al,Ti, Fe), CaCO3, NaCl, spora jamur, serbuk sari, serbuk dari hewan atau tumbuhan

Kelarutan Sebagian besar mudah larut, Higroskopis

Sebagian besar tidak mudah larut, non-higroskopis

Sumber Proses combustion batubara, minyak bumi, bensin, diesel, kayu; produk dari proses trasnformasi di atmosfer dari NOx, SO2, dan senyawa organik; proses yang membutuhkan suhu tinggi (peleburan baja, dsb)

Debu dari industri, debu jalan/tanah, suspensi dari hasil pengolahan tanah (pembajakan, penambangan); sumber biologi; sprays air laut; combustion batubara dan minyak bumi

Jangka waktu di udara

Beberapa hari hingga beberapa minggu

Beberapa menit hingga beberapa jam

Daya jangkau ± 100-1000 km ± 1 hingga 10 km (Sumber:US EPA dalam Fierro, 2000)

II.3.3 Komposisi Kimiawi Partikulat

Sumber dan mekanisme aktivitas produksi yang beragam menghasilkan

partikulat-partikulat baik kasar maupun halus yang mempunyai komposisi kimia

masing-masing. Partikel kasar (coarse particles) terdiri atas partikel yang berasal

dari proses pemecahan lapisan dan batuan bumi, sehingga kaya akan oksida besi,

kalsium, silikon, dan alumunium alami. Partikel kasar di daerah pantai kaya akan

unsur natrium klorida dari garam laut. Partikel halus (fine particles) terdiri dari

sulfat, nitrat, ammonium, inorganik dan organik karbon, logam-logam berat

seperti timbal dan kadmium sebagai komposisi utama. Kandungan yang terdapat

dalam partikulat halus tersebut sebagian besar sebagai indikator proses yang

bersifat antropogenik (hasil aktifitas manusia) (Seinfield, 1986 dalam Health

Canada, 2005).

Studi mengenai komposisi kimia dari partikulat yang dilakukan di Mexico City

pada tahun 1997, menunjukkan bahwa sekitar 50% komposisi massa dari PM2,5

terdiri dari carbonaceous aerosol. Komposisi ini diperkirakan berasal dari proses

combustion. Sekitar 30% komposisi ini terdiri atas aerosol sekunder, dan 15%

terdiri atas materi geologi atau unsur tanah dan bebatuan. Sekitar 50% komposisi

PM10 terdiri atas materi geologi, 30% terdiri atas carbonaceous aerosol, dan

kurang dari 20 % terdiri atas aerosol sekunder (World Bank, 2003).

Komposisi kimia dari sebagian besar partikulat PM10 dan PM2,5 dapat

diklasifikasikan sebagai berikut (Chong, 2002):

1. Oksida logam

Oksida logam berasal dari batuan dan mineral yang terkandung dalam

bumi yang kemudian tersuspensi menjadi debu dan terbawa angin di

udara. Oksida logam yang paling banyak ditemukan adalah oksida

alumunium, silikon, kalsium, titanium, besi, dan logam lain dalam bentuk

oksida.

2. Sulfat dan nitrat

Sulfur/ belerang tersedia dalam bentuk ammonium sulfat, ammonium

bisulfat, dan asam sulfat. Senyawa ini mudah larut dalam air dan

umumnya termasuk ke dalam PM2,5, sedangkan nitrogen terutama berada

dalam bentuk senyawa ammonium nitrat.

3. Natrium klorida

Natrium klorida ditemukan sebagai partikulat terutama di daerah pantai

dan umumnya berupa partikel kasar (coarse particulate)

4. Natrium nitrat

Natrium nitrat lebih banyak ditemukan dalam ukuran PM10, dan

terdistribusi terutama di daerah pantai. Natrium nitrat terjadi akibat adanya

reaksi antara asam nitrat dengan garam laut (natrium klorida).

5. Partikulat karbon organik

Karbon organik terdiri dari ratusan bahkan ribuan senyawa yang berbeda.

Masing-masing senyawa tersebut tersusun atas lebih dari duapuluh atom

karbon. Salah satu dari senyawa karbon organik ini adalah senyawa PAHs

(Polycyclic aromatic hydrocrbons).

6. Polycyclic aromatic hydrocrbons (PAHs)

Kehadiran senyawa PAH di lingkungan berasal dari proses pirolisis

senyawa organik. Proses pengasapan dan pemanggangan pada makanan

dapat memicu pembentukan PAH dalam jumlah besar. Bahan bakar

bensin dan diesel pada kendaraan telah diketahui mempunyai kontribusi

yang cukup besar dalam meningkatkan konsentrasi PAH dalam partikulat

halus. Penelitian mengenai PAH dalam senyawa-senyawa organik

terutama berkaitan dengan sifat karsinogenik dan mutagenik PAH tersebut

(Chong, 2002).

II.3.4 Sumber Partikulat

Kehadiran partikulat sebagai polutan di udara dapat berasal dari berbagai sumber.

Sumber itu secara garis besar dapat dibagi menjadi dua yaitu sumber alami dan

sumber antropogenik. Sumber alami yaitu partikulat yang berasal dari proses-

proses kejadian alam seperti tanah dan mineral-mineralnya, debu vulkanik,

partikel garam laut, material biologi seperti serbuk sari, spora, dan bakteri, juga

serpihan-serpihan akibat kebakaran hutan. Partikulat yang berasal dari kejadian

alam ini biasanya lebih banyak menghasilkan partikel kasar namun ada juga yang

menghasilkan partikel halus akibat adanya proses combustion seperti yang terjadi

akibat kebakaran hutan (Health Canada, 2005).

Sumber partikulat yang menghasilkan partikulat dari sumber-sumber alamiah

tanpa ada proses reaksi yang melibatkan unsur-unsur di dalamnya disebut sumber

alami primer. Sumber alami sekunder yaitu sumber yang membebaskan partikulat

ke udara dengan melibatkan reaksi-reaksi kimiawi dari sumber alami primer.

Contohnya adalah nitrogen oksida (NOx) yang dibebaskan dari tanah, VOCs

(Volatile Organic Compounds), ammonia, dan sulfur dioksida (SO2) yang

dibebaskan oleh tumbuhan (Health Canada, 2005) .

Sumber partikulat lain adalah sumber yang berasal dari kegiatan antropogenik

atau yang melibatkan aktifitas manusia. Sumber antropogenik ini juga dapat

menghasilkan partikulat primer dan sekunder, serta coarse maupun fine

particulates, misalnya gas-gas serta partikulat yang dihasilkan dari proses

pembakaran industri dan bahan bakar kendaraan bermotor (Health Canada, 2005).

Penjelasan mengenai sumber partikulat di udara dapat dilihat pada Tabel II.3.

Tabel II.3 Pengelompokan partikulat berdasarkan sumber

Natural/ Alami Antropogenik Primer Sekunder Primer Sekunder

PM2.5 • Kebakaran hutan (karbon dan elemen karbon)

• karbon dari proses biogenic VOCs

• Nitrat dari NOx alami

• Pembakaran bahan bakar fosil dari industri, pemukiman, kendaraan (elemen karbon dan karbon organik)

• karbon organik yang berasal dari VOCs sumber antropogenik (kendaraan, industri, pelarut) • Sulfat dan nitrat dari sumber antropogenik SOx dan NOx (kendaraan, pabrik, PLN dll.)

PM10 • windblown dust • sea salt spray• Serbuk sari, spora

• Debu mineral dari proses penambangan

• windblown soil dari lahan pertanian • debu jalanan • dust/ debu dari proses konstruksi

(Sumber: Health Canada, 2005)

Partikulat dengan karakteristik komposisi kimia tertentu akan menunjukkan

sumber yang mengimisikan partikulat tersebut. Dalam proses identifikasi sumber

pencemar, perlu diketahui tentang unsur penanda dari sumber untuk mengetahui

pentingnya profil sumber dan kontribusi sumber. Senyawa-senyawa yang dapat

membedakan emisi-emisi sumber, baik karena jumlahnya yang berlimpah

ataupun karena proporsionalitasnya, sangat penting untuk diketahui sebagai unsur

penanda. Disamping itu perlu dipertimbangkan sumber-sumber apa yang ada di

wilayah yang diteliti, serta melihat faktor korelasi antar elemen (Mauliadi, 2005).

Elemen-elemen yang konsisten berkorelasi kuat cenderung berasal dari sumber

yang sama. Tabel II.4 menunjukkan beberapa unsur yang digunakan untuk

memperkirakan sumber pencemar pada studi tentang partikulat (Koistinen, 2002).

Unsur-unsur penanda sumber polutan tersebut dapat dikorelasikan sehingga dapat

merujuk kepada sumber polutan tertentu.

Tabel II.4 Unsur-Unsur Kimia Penanda Sumber Polutan

Kategori Sumber Elemen/senyawa

Tanah Al, Ce, Fe, Mn, Sc, Si, Sm

Transportasi jarak jauh, partikel sekunder S

Asap rokok Cd

Kendaraan Br, C, Cu, Pb, Sb, Zn

Katalis mobil Al

Kendaraan petroleum Al, Ca, Cd, Cu, Fe, Mn, Ni

Kendaraan diesel Al, Ba, Cu, Mg, Mn, Na, Pb, Sb, Zn

Kendaraan non katalis Br, Pb

Debu/ Brake dust Ba, Fe2O3, Mg2+, SiO2,

Serpihan ban Zn

Jalan raya Mn

Garam laut Cl, Na

Industri baja/peleburan Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, ln, Mn, Pb, Sn, Zn

Peleburan seng Cd, Pb, Zn, Sn

Peleburan tembaga Cu, P, Se

Peleburan pyrite As, Cu

Insinerator Ag, Cl, Cu, ln, K, Pb, Sb, Zn

Pembakaran batubara Ag, as, Cr, K, Mo, Pb, Sb, Se, S, Zn

Pembakaran minyak/ refinery Cr, La, Ni, Sm, S, V

Pembakaran biomassa/ kayu K, C volatil, elemental C

Kapur Ca, Mg

(Sumber: Koistinen, 2002)

Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengaitkan unsur-unsur penanda

sumber dengan prediksi sumber. Hasil yang diperoleh, terdapat suatu korelasi

yang kuat antara sumber asal pencemar dan elemen utama yang terkandung di

dalamnya. Korelasi tersebut dapat diperlihatkan oleh besarnya konsentrasi unsur

tertentu yang seharusnya ada atau dari kemunculan unsur-unsur tertentu sebagai

unsur utama kandungan partikulat dibandingkan dengan unsur lainnya. Proses

pengambilan keputusan terhadap masalah yang dikaitkan dengan adanya korelasi

antar variabel tersebut dapat dilakukan dengan berbagai metode. Salah satu

metode yang banyak digunakan adalah metode analisis faktor. Analisis faktor

merupakan suatu teknik reduksi data (Garson, 2007). Teknik ini merupakan

sekelompok prosedur untuk menyisihkan data yang melimpah dari suatu set

variabel-variabel yang berkorelasi dan merepresentasikan variabel-variabel

tersebut dengan variabel baru yang lebih kecil, yang disebut faktor (Mauliadi,

2005). Prinsip dasar analisis faktor didasarkan pada pengertian tentang variabel

dan faktor. Variabel adalah data atau kumpulan data yang bersifat independen dan

dapat memiliki korelasi baik antara data-data itu sendiri maupun antara kumpulan

data dengan faktor yang telah ditetapkan. Faktor adalah suatu kondisi ataupun

kesimpulan yang berisi beberapa variabel yang saling berhubungan dan muncul

secara bersamaan, untuk kemudian mendasari penetapannya (Mauliadi, 2005).

Penjelasan tentang analisis faktor ini dapat dilihat dalam Gambar II.1.

Faktor1 x1x2x3

Faktor2 x4x5x6x7

7 variabel

Gambar II.1 Ilustrasi analisis faktor (Kachigan (1986) dalam Mauliadi , 2005)

Gambar II.1 tersebut menunjukkan tujuh variabel x1,x2,…,x7 yang kemudian

dikelompokkan ke dalam dua kelompok terpisah. Variabel x1, x2, dan x3

tergabung dalam kelompok yang sama. Hal tersebut menunjukkan bahwa

variabel-variabel tersebut saling berhubungan erat dan merepresentasikan suatu

faktor. Begitu juga dengan variabel x4, x5, x6, dan x7 yang membentuk faktor

kedua. Sehingga analisis terhadap tujuh variabel tersebut menjadi lebih mudah

dan terarah.

II.3.5 Analisis Partikulat

Metode yang digunakan dalam proses identifikasi dan karakterisasi partikulat

udara cukup beragam. Penelitian ini menggunakan metode analisis elemental

dengan INAA (Instrumental Neutron Activation Analysis), metode analisis Pb dan

Hg dengan AAS (Atomic Absorption Spectrophotometry), dan metode analisis

black carbon dengan Reflektometer.

INAA (Instrumental Neutron Activation Analysis)

Teknik INAA yang disebut juga APN (Analisis Pengaktifan Neutron) ditemukan

oleh George Hevesy pada tahun 1936 (Susetyo, 1984). Prinsip dasar APN yaitu

cuplikan (sampel) yang akan dianalisis, diiradiasi dengan menggunakan suatu

sumber neutron. Inti atom unsur-unsur dalam cuplikan tersebut akan menagkap

neutron dan menjadi radioaktif. Setelah paparan radiasi neutron dianggap cukup,

cuplikan tersebut dikeluarkan dari sumber neutron. Cuplikan yang telah diiradiasi

mengandung unsur-unsur dengan sifat radioaktif dan memancarkan sinar γ. Sinar

γ yang dipancarkan oleh berbagai unsur dalam cuplikan dapat dianalisis dengan

spektrometri γ. Analisis kualitatif dilakukan berdasarkan penentuan tenaga sinar

γ, sedang analisis kuantitatif dilakukan dengan menentukan intensitasnya

(Susetyo, 1984).

Apabila unsur-unsur stabil dalam cuplikan diiradiasi dengan neutron ada

bermacam-macam reaksi inti yang dapat terjadi. Reaksi yang digunakan dalam

metode APN adalah reaksi neutron-gamma (n,γ), seperti yang dicontohkan pada

persamaan reaksi di bawah ini: 127I + 1n → 128I + γ

Persamaan reaksi di atas menunjukkan unsur stabil yang diiradiasi dengan sumber

neutron menghasilkan unsur radioaktif dan membebaskan sinar gamma (Susetyo,

1984).

Fasilitas iradiasi yang digunakan dalam metode INAA dalam penelitian ini adalah

reaktor atom. Bahan bakar suatu reaktor atom umumnya adalah uranium. Dalam

uranium terdapat dua isotop uatama yaitu 235U dan 238U. Inti 235U apabila

menyerap neutron akan mengalami pembelahan menjadi dua inti baru dan

melepaskan 2 atau 3 neutron, reaksi inti yang terjadi adalah sebagai berikut

(Susetyo, 1984):

natauYXnU AZ

AZ

10

22

11

10

23592 32++→+

Persamaan reaksi tersebut di atas menunjukkan bahwa reaktor atom dapat

menjadi sumber neutron yang dapat digunakan untuk proses iradiasi.

Teknik analisis unsur dengan INAA atau APN ini dapat digunakan untuk

menganalisis unsur-unsur dalam cuplikan tanpa merusak cuplikan tersebut.

Cuplikan ditimbang dalam jumlah tertentu yang kemudian dimasukkan ke dalam

botol polietilen. Cuplikan yang mempunyai kadar unsur-unsur yang sangat rendah

perlu dipekatkan terlebih dahulu. Misalnya unsur-unsur dalam air perlu ditangkap

dahulu oleh resin penukar ion, kemudian resin tersebut yang diiradiasi. Setelah

cuplikan diiradiasi dalam waktu tertentu, proses iradiasi dihentikan dan cuplikan

dikeluarkan dari tempat radiasi. Setelah itu dilakukan proses pencacahan atau

pembacaan unsur-unsur yang telah bersifat radioaktif dalam cuplikan tersebut.

Proses pencacahan dilakukan dengan memanfaatkan energi spektrometri-γ

dengan menggunakan perangkat khusus. Radionuklida hasil pengaktifan yang

berumur (mempunyai waktu paruh) pendek harus segera dicacah, dan untuk

radionuklida dengan umur panjang sebaiknya dilakukan cooling beberapa saat.

Hal tersebut dilakukan agar nuklida dengan umur pendek yang tidak diperlukan

telah meluruh sehingga tidak mengganggu analisis data. (Susetyo, 1984).

Proses analisis data dengan metode APN dapat dilakukan secara kuantitatif dan

kualitatif. Analisis kualitatif adalah analisis untuk mengetahui unsur-unsur yang

terkandung dalam cuplikan, sedangkan analisis kuantitatif dapat mengetahui

kadar/ berat unsur-unsur tersebut. Analisis kualitatif yang digunakan adalah

dengan cara melihat karakteristik puncak-puncak dari energi sinar gamma yang

dipancarkan. Puncak-puncak energi tersebut kemudian diidentifikasi dengan

menggunakan daftar tenaga sinar gamma yang merujuk kepada unsur-unsur

tertentu. Penentuan puncak-puncak tersebut didasarkan atas tiga kriteria, yaitu

(Susetyo, 1984):

1. Puncak yang dipilih adalah puncak dengan intensitas mutlak atau laju

cacah (cps) yang paling besar.

2. Puncak yang dipilih adalah puncak dengan tenaga sinar γ paling tinggi.

3. Puncak yang dipilih adalah puncak yang tidak terkena pengaruh puncak

nuklida lain yang tidak dapat dipisahkan oleh detektor.

Analisis kuantitatif dalam APN yang umum digunakan adalah penentuan secara

nisbi. Analisis kuantitatif secara nisbi menggunakan suatu zat standar dengan

matrix yang diperkirakan sama dengan matrix cuplikan. Kadar unsur-unsur

tertentu dalam standar itu telah diketahui dan kadar unsur yang ditentukan dalam

cuplikan kurang lebih sama dengan kadar unsur tersebut dalam standar. Standar

kemudian dipersiapkan dan diiradiasi bersama cuplikan. Dengan membandingkan

laju cacah cuplikan dan standar, maka dapat diperoleh kadar unsur dalam

cuplikan. Hal tersebut dapat ditunjukkan dalam persamaan reaksi sederhana

sebagai berikut (Susetyo, 1984):

WstdstdCps

cuplikanCpsWcuplikan .)(

)(= (2.1)

Keterangan : W : Kadar unsur yang ingin diketahui (μg)

Cps : Laju cacah

std : standar

Seperti halnya metode pada umumnya, teknik INAA/ APN juga mempunyai

keunggulan dan kekurangan. Keunggulan dan kekurangan teknik INAA/ APN

dijabarkan sebagai berikut:

Keunggulan INAA:

1. Sensitif, analisis ini mempunyai kepekaan yang tinggi dan batas deteksi

yang rendah hingga mencapai nanogram.

2. Spesifik, dapat menganalisis unsur satu per satu.

3. Simultan, dapat menganalisis banyak unsur secara bersamaan.

4. Bebas kontaminasi laboratorium bila sudah diiradiasi

Kekurangan INAA:

1. Kontaminasi laboratorium sebelum proses iradiasi sangat berpengaruh

walaupun dalam jumlah kecil, sehingga harus dicegah seminimal

mungkin.

2. Memerlukan fasilitas reaktor nuklir.

3. Biaya yang mahal karena menggunakan teknologi tinggi.

4. Unsur dengan penampang lintang reaksi tinggi dapat menimbulkan efek

perisaian sendiri (self shilding) (Susetyo, 1984).

AAS (Atomic Absorption Spectrophotometry)

Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS) dikenal juga dengan

Spektrofotometri Serapan Atom (SSA), adalah suatu teknik analisis untuk

penentuan unsur-unsur logam dan metaloid yang didasarkan pada penyerapan

(absorbsi) radiasi oleh atom-atom bebas unsur tersebut (LIPI, 2007). Analisis

yang dapat dilakukan dengan metode AAS adalah mulai dari analisis unsur-unsur

yang memiliki kadar kecil/ unsur runutan (trace analysis) juga analisis

komponen-komponen utama/ unsur dengan kadar tinggi (major elements).

Teknik AAS pertama kali dikembangkan oleh Sir Alan Walsh pada pertengahan

1950-an. Prinsip-prinsip dalam AAS ini terkait dengan atom-atom bebas yang

terbentuk. Atom bebas akan berinteraksi dengan berbagai bentuk energi seperti

energi panas, elektromagnetik, kimia, dan energi listrik. Interaksi ini

menimbulkan proses-proses yang menghasilkan absorbsi dan emisi (pancaran)

radiasi dan panas. Radiasi yang dipancarkan ini mempunyai panjang gelombang

dengan karakteristik tertentu untuk masing-masing atom bebas (LIPI, 2007).

Pembentukan atom bebas dalam metode AAS dapat menggunakan tiga cara, yaitu

dengan menggunakan nyala campuran gas (flame-AAS); pemanasan oleh listrik

(electrothermal-AAS atau graphite furnace-AAS); dan pembentukan senyawa

hidrida yang diikuti pemanasan.

a. Flame-AAS

Atom yang terbentuk berasal dari proses pemanasan senyawa logam pada

suhu sekitar 17000C atau lebih. Campuran gas yang umum digunakan

adalah udara-asetilen (suhu nyala 1900-22000C, optimum untuk unsur-

unsur transisi seperti Cu, Pb, Cd, Zn, Fe, Mn, dan lain-lain),

nitrousoksida-asetilen (suhu nyala 2700-30000C, optimum untuk logam

refractory), atau udara-propan (suhu nyala 1700-19000C, optimum untuk

atom-atom alkali ).

b. Elektrothermal-AAS

Larutan sampel diinjeksikan ke dalam tabung grafit yang dipasang

diantara dua elektrode. Arus listrik kemudian dialirkan sehingga terjadi

peningkatan suhu dalam tabung grafit. Arus listrik diatur hingga suhu

mencapai 30000C. Pemanasan larutan sampel dilakukan dalam tiga tahap

yaitu tahap pengeringan, pengabuan, dan pengatoman.

c. Pembentukan senyawa hidrida

Sejauh ini pembentukan atom dengan senyawa hidrida berlaku untuk

unsur-unsur As, Se, dan Sb yang mudah membentuk senyawa hidrida

dalam bentuk gas bila dipanaskan pada suhu 8000C. Merkuri (Hg), proses

pembentukan atom dapat dengan menggunakan cara ini melalui reduksi

NaBH4 atau SnCl2 (LIPI, 2007).

Pembentukan atom bebas yang menggunakan flame-AAS dapat dicontohkan pada

pembentukan atom bebas unsur Pb dengan persamaan reaksi sebagai berikut

(LIPI, 2007):

2)()(23 )( ONOxPbONOPb spanasaq ++⎯⎯ →⎯+

OxPbPbOPbO gpanaslpanass +⎯⎯ →⎯⎯⎯ →⎯ ++ )()()(

)()( opanasg PbPb ⎯⎯ →⎯+

Reaksi pengatoman dengan pembentukan senyawa hidrid dapat dicontohkan pada

pembentukan atom bebas pada unsur Hg. Reaksi pengatoman ditunjukkan dengan

persamaan reaksi sebagai berikut (LIPI, 2007):

2)(202

224

44

0

)(HHgHgH

HClHgHClHgBH

NaClBHHClNaBH

oCdipanaskan+⎯⎯⎯⎯ →⎯

+→+

+→+−

−

EEL Smokestain Reflectometer

Analisa black carbon menggunakan EEL smokestain reflectometer. Prinsip dasar

dari pengukuran black carbon dengan EEL smokestain reflectometer adalah

absorpsi, dan refleksi cahaya (Cohen, 2000). Konsentrasi massa partikulat dalam

suatu filter dapat dihubungkan dengan tingkat kerapatan partikulat tersebut.

Rumus dasar kerapatan massa black carbon (D (μg/cm2)) adalah sebagai berikut

(Cohen, 2002):

AVMD .= (2.2)

M adalah konsentrasi massa (μg/m3), V adalah volume udara (m3), dan A adalah

luas area (cm2). Jika konsentrasi black carbon belum diketahui maka untuk

mengetahui kerapatan sampel dalam filter dapat dilihat dari transmisi cahaya yang

melewati filter. Edward (1983) dalam Cohen (2000), mengemukakan bahwa

transmisi cahaya yang melewati filter dapat dihitung dengan persamaan berikut:

[ ]100/exp0 DII ε−= (2.3)

Transmisi cahaya yang melewati filter kosong dilambangkan dengan I0, I adalah

transmisi cahaya pada filter yang mengandung black carbon, ε adalah koefisien

absorpsi dari panjang gelombang cahaya (m2/g). Black Carbon atau disebut juga

Elemental Carbon (EC) merupakan hasil terbanyak dari proses refraksi dan

polimerasi aerosol. Menurut Horvarth (1993) dalam Cohen (2000) black carbon

adalah komponen yang mempunyai kemampuan mengabsorbsi cahaya yang

tinggi di atmosfer. Jika diasumsikan bahwa semua cahaya diserap oleh black

carbon, maka persamaan (2.3) dapat di inversi sehingga diperoleh persamaan

kerapatan transimisi cahaya (T) pada elemental carbon (ECT) atau black carbon

dalam filter sebagai berikut (Cohen, 2000):

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧=

II

FcmgECT

02 ln)100)/(ε

μ (2.4)

Faktor koreksi F biasa diasumsikan sebesar 1,00, dan ε adalah koefisien absorpsi

massa dari EC (m2/g). Refleksi (R) cahaya adalah dua kali transmisi cahaya,

sehingga dapat diperoleh persamaan kerapatan refleksi cahaya pada elemental

carbon (ECR) sebagai berikut (Cohen, 2000):

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧=

RRo

FcmgECR ln

2100)/( 2

εμ (2.5)

Refleksi cahaya pada filter kosong dilambangkan sebagai R0 dan pada filter yang

mengandung sampel adalah R. Dengan demikian untuk mencari M (konsentrasi

black carbon) persamaan ECr dapat dimasukkan ke dalam persamaan dasar (2.2)

sehingga diperoleh persamaan konsentrasi black carbon sebagai berikut (Cohen,

2000):

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧=

RRo

VAmgEC ln

2100)/( 3

εμ (2.6)

Pengukuran black carbon yang dilakukan di Australia oleh Cohen dari tahun

1995 hingga 1999 dan Ayers et al 1998 dalam Cohen (2000) menunjukkan bahwa

massa black carbon adalah sekitar 10-40% massa dari fine particles (PM 2,5).

II.4 Sistem Pernafasan Manusia

Sistem respirasi/pernafasan manusia tersusun atas beberapa organ, yaitu hidung,

mulut, tenggorokan, laring, trakea, bronki, dan paru-paru. Bagian hidung hingga

bronchi merupakan bagian saluran yang terlewati oleh udara, sedangkan bagian

paru-paru merupakan tempat pertukaran O2 yang terkandung dalam udara bersih

dengan CO2 hasil metabolisme tubuh untuk dikeluarkan bersama udara yang

dihembuskan. Paru-paru dapat dikatakan sebagai jalur tercepat yang digunakan

sebagai pintu masuk material toksik ke dalam tubuh mengingat eratnya hubungan

paru-paru dengan sistem sirkulasi. Dalam menjalankan fungsinya sistem respirasi

didukung oleh diafragma dan otot dada. Secara fisiologis, ketika bernafas dalam

keadaan normal volume udara yang diinspirasi atau diekspirasi oleh rata-rata

orang dewasa muda adalah 500 ml udara. Volume tersebut disebut sebagai

volume alun nafas (tidal) (Guyton et. al, 1997). Frekuensi pernafasan normal kira-

kira sebanyak 12 kali per menit, sehingga rata-rata volume udara yang masuk ke

dalam paru-paru dalam keadaan normal adalah sekitar 6 liter/menit (Guyton et.al,

1997). Gambar II.2 memperlihatkan sistem pernafasan manusia.

Gambar II.2. Sistem pernafasan manusia (Hall et al., 1997)

Hidung

hidung terdiri atas bagian internal dan eksternal. Bagian eksternal terdiri atas

bagian atas dan bagian bawah. Bagian atas berfungsi untuk membentuk hidung

secara keseluruhan karena bagian ini tersusun atas tulang hidung., sedangkan

bagian bawah tersusun atas tulang rawan. Bagian dalam terletak pada tulang

wajah meliputi bagian dasar tulang tengkorak hingga langit-langit mulut.

Udara masuk melalui lubang hidung, kemudian melewati rambut-rambut hidung,

lalu mengalir ke bagian posterior menuju nasofaring. Pada bagian ini udara diatur

suhu dan kelembabannya dan sebagian partikel yang terbawa oleh udara

dijatuhkan. Mekanisme pengurangan jumlah partikel yang masuk melalui udara

inspirasi telah dimulai dari penyaringan oleh rambut-rambut hidung, adanya

tumbukan dengan tikungan-tikungan dalam saluran respirasi, dan proses

sedimentasi. Permukaan dinding bagian dalam hidung dilapisi oleh membaran

mukosa. Membran tersebut mensekresi cairan yang disebut mukus. Mukus

berfungsi sebagai ’perangkap’ bakteri dan debu yang terkandung dalam udara.

Selain mukus, membran tersebut juga dilapisi oleh silia atau jaringan yang

berbentuk filamen. Silia seperti halnya mukus juga berperan dalam membersihkan

udara yang dihirup. Jika bernafas melalui mulut maka tidak ada mekanisme

perlindungan dari mukus maupun silia (Hall et al., 1997).

Faring

Setelah melewati hidung dan rongga hidung, udara bergerak melewati faring.

Faring merupakan suatu rongga berbentuk pipa yang terletak pada bagian

belakang tulang tengkorak wajah, merupakan saluran menurun di belakang

rongga hidung, mulut, dan laring yang kemudian berhubungan dengan esofagus.

Faring tersusun atas tulang rangka dan dilapisi oleh membran mukosa. Fungsi

membran mukosa pada faring adalah melanjutkan proses pembersihan udara yang

telah dilakukan di rongga hidung (Hall et al., 1997).

Pada bagian bawah tenggorokan terdapat dua percabangan yaitu esofagus

(kerongkongan) di bagian belakang dan trakea di bagian depan. Makanan dari

mulut akan masuk ke dalam faring dan diteruskan ke esofagus, sedangkan udara

dan gas akan masuk ke dalam faring dari rongga hidung dan diteruskan menuju

trakea dan paru-paru. Pada bagian pangkal trakea terdapat katup epiglotis yang

berfungsi untuk mengatur agar makanan tidak masuk ke dalam trakea (Hall et al.,

1997).

Laring

Laring berfungsi untuk melanjutkan aliran udara dari faring menuju trakea.

Laring diliputi oleh membran mukosa dan silia yang dapat mengembalikan

partikel kembali ke faring. Fungsi lain dari laring dapat diibaratkan sebagai

’penjaga’ trakea, yaitu mengontrol aliran udara dan mencegah material dan

bahan-bahan lain masuk ke dalam trakea kecuali udara (Hall et al., 1997).

Trakea

Trakea terletak pada bagian bawah laring, tepatnya pada bagian leher hingga

rongga dada. Bagian ujung bawah trakea terbagi menjadi dua cabang, yang

disebut bagian kiri dan kanan bronki.Trakea tersusun atas tulang-tulang rawan

yang berbentuk cincin. Dinding trakea dilapisi oleh membran mukosa dan silia

mencegah partikel yang dapat melewati mekanisme penyaringan dari bagian

rongga hidung hingga laring masuk ke dalam paru-paru (Hall et al., 1997) .

Bronki

Bronki merupakan percabangan dari trakea ke arah kiri dan kanan. Masing-

masing bronki disebut bronkus, yang merupakan pintu masuk menuju paru-paru

bagian kiri atau bagian kanan. Bronkus kanan lebih lebar dan pendek

dibandingkan bronkus kiri. Hal inilah yang menyebabkan material yang masuk

bersama udara lebih banyak ditemukan di paru-paru kanan. Masing-masing

bronkus dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil hingga membentuk

cabang-cabang halus. Pada bagian yang lebih besar dari cabang-cabang bronkus

tersusun atas tulang rawan dan semakin menghilang pada ukuran cabang yang

paling kecil (Hall et al., 1997).

Paru-paru

Paru-paru manusia berjumlah dua buah, yaitu satu bagian kiri dan satu bagian

kanan rongga dada. Paru-paru kanan sedikit lebih besar dan tersusun atas tiga

lobus dibandingkan dengan paru-paru kiri yang tersusun atas dua lobus. Di dalam

paru-paru, bronkeolus bercabang-cabang membentuk saluran-saluran halus yang

disebut bronkiolus. Bronkiolus ini bercabang-cabang lagi membentuk cabang

yang paling halus yang disebut alveoli (Hall et al., 1997).

Zona pernafasan

Zona pernafasan bukan merupakan bagian dari organ sistem pernafasan. Zona

pernafasan atau breathing zone dapat didefinisikan sebagai lokasi terjadinya

interaksi antara udara inspirasi, udara ekspirasi, serta udara ambien pada arah

horizontal maupun vertikal (Marr, 2004). Ilustrasi mengenai zona pernafasan

ditampilkan pada Gambar II.3.

.

Gambar II.3 Zona Pernafasan (http://www.airduct.info)

Gambar II.3 menunjukkan bahwa pada zona pernafasan, terjadi interaksi antara

udara ambien dengan udara yang dihirup, serta udara yang dilepaskan dengan

udara ambien. Udara pada zona pernafasan adalah udara ambien yang dihirup dan

dapat mengandung berbagai macam material baik organik maupun anorganik,

atau mikroorganisme.

II.5 Dampak Pencemaran Udara Terhadap Kesehatan Manusia

Efek suatu polutan terhadap fungsi organ terkadang tidak dapat langsung dilihat,

tergantung pada konsentrasi, lamanya paparan, dan frekuensi paparan. Faktor-

faktor lain dapat menjadi pendukung terjadinya efek, namun dapat juga menjadi

faktor yang memperlambat terjadinya efek. Faktor-faktor tersebut dapat berupa

kondisi kesehatan seseorang, pola hidup, keadaan lingkungan dan lain sebagainya

(Soemirat, 2003).

Paparan pencemaran udara terhadap manusia akan mempengaruhi sistem

pernafasan dan selanjutnya dapat mempengaruhi fungsi fisiologis tubuh. Hal ini

terjadi karena manusia menghirup dan menghembuskan udara dari paru-paru

sekitar 10-20m3 setiap hari (Hinds, 1982). Ketika manusia bernafas maka akan

terjadi translokasi bahan pencemar yang berada dalam udara ke dalam pembuluh

darah alveoli. Darah membawa bahan pencemar kembali ke jantung dan dari

jantung beredar ke seluruh tubuh melalui aorta.

Bahan pencemar yang paling mempengaruhi kesehatan manusia adalah SO2, NOx,

ozon, CO, dan debu. Kelembaban relatif dalam saluran pernafasan biasanya

sekitar 100%. Sifat kelarutan SO2 dan H2SO4 dalam air tinggi, maka bahan ini

dapat meresap hampir ke seluruh dinding saluran pernafasan bagian atas, yaitu

rongga hidung, tenggorokan, dan laring. Sehingga efek paling sering terjadi pada

saluran pernafasan bagian atas. NOx dan O3 larut dalam air dengan kecepatan

lebih rendah, karena itu akan meresap pada saluran pernafasan bagian bawah

yaitu broncheoli dan alveoli (Depkes, 1994).

Penyakit pada sistem saluran pernafasan yang umum dikenal adalah Infeksi

Saluran Pernafasan Akut (ISPA). ISPA adalah penyakit yang menyerang saluran

pernafasan, mulai dari hidung sampai paru-paru. Penyebaran penyakit ini melalui

sistem inhalasi dan tidak bersifat genetis (Sudarwati, 2006). ISPA dikelompokkan

menjadi dua macam, yaitu ISPA atas dan ISPA bawah. Saluran pernafasan atas

dan saluran pernafasan bawah dipisahkan oleh epiglotis. Penyakit yang termasuk

ke dalam ISPA atas antara lain rhinitis, tonsilitis, faringitis, tonsilofaringitis, dan

difteri. Pneumonia dan broncopneumonia termasuk ke dalam golongan ISPA

bawah. Gejala yang ditimbulkan ISPA atas antara lain batuk, pilek, demam, sakit

menelan, dan lain sebagainya, sedangkan ISPA bawah umumnya ditandai dengan

sesak nafas (Sudarwati, 2006).

ISPA umumnya disebabkan oleh mikroorganisme seperti bakteri, virus, dan

jamur. Polusi udara dapat berkontribusi menyebabkan ISPA karena dapat

memperburuk mekanisme pertahanan tubuh sehingga dapat mempermudah

mikroorganisme mengiritasi saluran pernafasan atas maupun bawah. ISPA bawah

terjadi setelah didahului oleh ISPA atas (Sudarwati, 2006).

Beberapa gangguan kesehatan sebagai akibat dari pencemaran udara menurut

klasifikasi Departemen Kesehatan adalah sebagai berikut:

1. Keracunan oleh sulfur dioksida (SO2)

SO2 ini dapat menganggu pernafasan sehingga mengakibatkan penderita

bronchitis, emphysema, dan lain-lain penderita penyakit saluran pernafasan

menjadi lebih parah keadaannya. Eratnya hubungan antara kadar SO2 di udara

dengan gejala-gejala penyakit pernafasan inilah maka WHO menyatakan SO2

sebagai salah satu pencemar udara yang paling berbahaya. Hal yang perlu

mendapat perhatian mengenai SO2 adalah terjadinya perubahan kimia di udara.

SO2 membentuk asam sulfat aerosol dan dapat membentuk partikel ammonium

sulfat sebagai hasil reaksi dengan amoniak. Partikel ini dapat terbawa jauh masuk

ke dalam paru-paru. Keadaan ini mengakibatkan masalah kesehatan yang lebih

parah bagi penderita. Sifat ini disebut efek sinergis yaitu pengaruh total dari dua

komponen pencemar (dalam hal ini SO2 dan partikel) menjadi lebih besar

dibandingkan dengan pengaruh dari masing-masing komponen apabila berdiri

sendiri (Depkes, 1994).

Gangguan kesehatan yang ditimbulkan adalah iritasi mukosa yang dapat

menyebabkan faringitis, bronchitis, asma, dan gangguan nafas lain, serta

gangguan bau. Gejala keracunan akut dapat dilihat dari adanya sesak nafas dan

iritasi mata (Depkes, 1994).

2. Keracunan oleh karbonmonoksida

Karbonmonoksida mempunyai sifat berbeda dengan gas pencemar udara lain.

Umumnya gas pencemar lain akan mengganggu saluran pernafasan dan masuk ke

dalam aliran darah setelah melewati paru-paru dan bereaksi dengan haemoglobin

dalam darah membentuk Carboksihaemoglobin (CoHb) sehingga akan

menghambat fungsi normal Hb dalam membawa oksigen dari paru-paru ke

seluruh tubuh. Hal tersebut diakibatkan afinitas pembentukan CoHb adalah 240

kali lebih cepat dibandingkan dengan afinitas oksigen. Gejala keracunan CO

adalah sesak nafas karena kekurangan oksigen. Gejala awal penderita akan

terlihat pucat yang kemudian dapat berakibat kematian jika tidak segera

mendapatkan oksigen. Hb dalam darah akan segera melepaskan CO apabila

penderita telah mendapatkan udara yang kaya akan oksigen. Kehadiran CO dalam

tubuh akan mengganggu proses oksigenasi (Depkes, 1994).

Gejala keracunan akut akibat karbonmonoksida ini seperti sakit kepala, mual dan

pusing, serta sesak nafas/ nafas tidak teratur, suhu badan turun, shock, peredaran

darah tepi tidak lancar dan bisa terjadi oedema paru-paru. Keracunan CO ini

sifatnya reversibel akan tetapi jika tidak segera ditangani dapat berakibat fatal.

Jantung dan otak adalah organ-organ yang paling peka terhadap kurangnya

oksigen di dalam tubuh, sehingga organ-organ tersebut paling parah ketika

keracunan gas CO. Kadar COHb dalam darah akan bergantung dari CO di udara

yang dihirup melalui pernafasan, lama terpapar, dan kapasitas paru-paru untuk

menampung udara. Gejala pembentukan CoHb akan lebih cepat terjadi pada

perokok dibandingkan dengan yang tidak merokok (Depkes, 1994).

3. Keracunan oleh nitrogen oksida (NOx)

Pengaruh langsung dari NO2 terhadap kesehatan tidak diketahui dengan jelas,

namun nitrogen monoksida (NO) dalam kadar yang cukup tinggi dapat bereaksi

dengan haemoglobin dan mempunyai sifat yang serupa dengan CO serta dapat

menghalangi fungsi normal Hb dalam darah. NO2 dapat menyebabkan iritasi mata

dan saluran pernafasan. Gangguan kesehatan yang dapat ditimbulkan oleh

nitrogen oksida ini diantaranya pada kadar 13 ppm dapat menimbulkan iritasi

selaput lendir saluran pernafasan. Keracunan nitrogen oksida pada kadar 100-150

ppm dalam 60 menit dapat menimbulkan kematian.

Gejala akut yang diperlihatkan dari keracunan nitrogen oksida diantaranya sakit

kepala, tenggorokan kering, batuk-batuk, nafas pendek, suhu badan naik, dan

nyeri dada kanan hingga terjadinya oedema paru-paru. Gejala klinis yang

diperlihatkan dapat berupa iritasi ringan, rasa terbakar dan nyeri pada

tenggorokan dan dada, batuk, dan nafas pendek (Depkes, 1994).

4. Oksidan (Ozon)

Gangguan kesehatan yang dapat ditimbulkan oleh keracunan ozon diantaranya

gangguan keseimbangan otot mata, gangguan penglihatan, gangguan adaptasi

ruang gelap, mulut kering, perubahan pada alat pengecap, gangguan konsentrasi/

berfikir, nyeri dada, lemah kaki dan tangan, susah tidur, dan batuk. Gangguan

kronis dapat menyebabkan penyakit paru-paru dan tumor paru.

5. Keracunan oleh debu

Pengaruh partikel padat maupun cair yang berada di udara sangat bergantung

kepada ukuran, konsentrasi, dan komposisi/ komponen kimiawi. Partikulat yang

terhirup bersama udara inspirasi ke dalam sistem pernafasan akan terdeposisi

dalam tiga bagian sistem respirasi berdasarkan anatominya. Bagian pertama yaitu

bagian extrathoracic (hidung dan mulut). Partikel yang berukuran >10μm akan

terdeposit di rongga hidung karena tersaring oleh rambut-rambut halus di dalam

rongga hidung ini. Partikel, pada bagian ini dapat dikeluarkan kembali melalui

hembusan udara ekspirasi atau ketika bersin. Jika bernafas melalui mulut maka

kemungkinan partikulat akan terbawa hingga 65% dan masuk ke dalam sistem

gastrointestinal. Bagian kedua adalah bagian tracheobronchial. Partikulat yang

dapat masuk ke dalam bagian ini adalah yang berukuran ≤ 10μm. Proses

pengeluaran partikulat di bagian ini dapat dilakukan oleh mekanisme tubuh

melalui pengeluaran dahak. Makin kecil diameter partikel maka makin jauh

masuk ke dalam saluran pernafasan. Partikel yang tertangkap oleh saluran yang

memiliki silia akan dilempar kembali ke tenggorokan dan akan dikeluarkan

bersama dahak (Depkes, 1994., Health Canada, 2005).

Partikel berukuran 2,5 μm dapat terdeposit hingga paru-paru dan merusak

jaringan di dalamnya. Partikulat yang mudah terlarut akan menembus alveoli dan

ikut tersirkulasi ke seluruh tubuh bersama aliran darah. Alveoli tidak memiliki

silia, sehingga partikel yang mengendap pada alveoli akan menyerang jaringan

paru-paru. Partikel padatan seperti silika akan menyebabkan luka dan akhirnya

mengakibatkan fibrosis pada alveolar sehingga mengganggu pertukaran gas dan

elastisitas jaringan. (Hinds, 1982; Health Canada, 2005).

Partikel debu yang melayang dan terbawa angin akan menyebabkan iritasi pada

mata dan dapat menghalangi pandangan mata. Adanya serpihan logam beracun

yang terdapat dalam partikel di udara merupakan bahaya terbesar bagi kesehatan.

Umumnya udara yang tercemar hanya mengandung logam berbahaya sekitar

0.01% sampai 3% dari seluruh partikel di udara, namun logam tersebut bersifat

akumulatif dan kemungkinan dapat terjadi reaksi sinergistik pada jaringan tubuh.

Logam yang terkandung di udara dan masuk ke dalam tubuh lewat udara inspirasi

mempunyai pengaruh lebih besar dibandingkan dengan dosis yang sama jika

berasal dari makanan atau air minum (Depkes, 1994).

Selain gangguan pada fungsi penglihatan, gangguan lainnya adalah dapat

menimbulkan peradangan pada saluran pernafasan, iritasi kulit, radang paru-paru,

bahkan hingga kanker paru-paru. Salah satu kerusakan paru-paru akibat

menghirup udara yang mengandung respirable partikulat dapat mengakibatkan

penyakit pneumoconiosis (paru-paru berdebu) yaitu kerusakan pada sel-sel alveoli

dan bronkus yang kemudian diikuti oleh pembentukan jaringan ikat (fibrosis)

(Soemirat, 2003). Pengerasan pada jaringan paru-paru mengakibatkan paru-paru

tidak lagi dapat menjalankan fungsinya dalam pertukaran oksigen dan

karbondioksida yang seterusnya akan disalurkan ke seluruh tubuh untuk

memenuhi kebutuhan metabolisme agar tubuh dapat berfungsi dengan baik. Jika

pasokan oksigen yang cukup tidak terpenuhi maka akan menimbulkan kerusakan-

kerusakan jaringan dan organ-organ yang lain dan berujung pada kematian

(Soemirat, 2003).

6. Keracunan oleh timah hitam (Pb)

Timah hitam (Pb) dapat bereaksi dengan grup sulfihidril dari protein dan

menyebabkan presipitasi protein sehingga menghambat pembuatan haemoglobin.

Paparan timah hitam yang melampaui nilai ambang dapat menimbulkan gangguan

seperti anemia, keracunan pada susunan saraf, kerusakan otak, kelemahan mental

dan encephalopathy. Menurut WHO kandungan normal timah hitam dalam darah

sebesar 10-25 mg/dl. Gejala keracunan akut yang diperlihatkan dari keracunan Pb

diantaranya hilang nafsu makan, konstipasi, lelah, sakit kepala, anemia

arthralgia, kelumpuhan anggota badan, kejang, serta gangguan penglihatan

(Depkes, 1994).

7. Keracunan oleh hidrogen sulfida (H2S)

Gangguan kesehatan yang dapat ditimbulkan oleh keracunan hidrogen sulfida

antara lain asphixia, merusak sistem saraf penciuman, merusak ginjal dan hati,

iritasi mata, kerongkongan, dan mabuk (Depkes, 1994).

8. Keracunan oleh amoniak (NH3)

Gangguan kesehatan yang dapat ditimbulkan dari keracunan amoniak antara lain

radang saluran pernafasan bagian atas. Konsentrasi NH3 sebesar 280-490 mg/m3

menyebabkan iritasi mata, tenggorokan, dan nasal. Konsentrasi sebesar 1700-

4500 mg/m3 dapat menyebabkan oedema paru-paru. Efek lain gas ammonia

adalah menimbulkan bau yang merangsang sehingga mengganggu kenyamanan

dan konsentrasi (Depkes, 1994).

9. Keracunan hidrokarbon (HC)

Gangguan kesehatan yang dapat ditimbulkan akibat keracunan hidrokarbon antara

lain efek kelelahan, leucopenia, anemia, serta menimbulkan efek karsinogenik.

Adanya berbagai jenis hidrokarbon yang dihasilkan di udara mengakibatkan sukar

dicari pengaruh spesifiknya terhadap lingkungan. Hidrokarbon yang reaktif

memegang peranan penting dalam pembentukan `smog` yang dapat menyebabkan

kematian seperti yang pernah terjadi di London pada tahun 1952.

Beberapa jenis hidrokarbon dinyatakan mempunyai implikasi terhadap masalah

kesehatan seperti adanya hubungan antara benzene-(a)-pyerene dengan

pertumbuhan kanker. Jenis hidrokarbon aromatik juga dicurigai mempunyai sifat

yang serupa (Depkes, 1994). Tabel II.5 menunjukkan contoh beberapa toksikan

yang berbahaya bagi paru-paru beserta sumber dan efeknya.

Tabel II.5 Beberapa toksikan paru-paru, sumber, serta efeknya

Toksikan Sumber Industri Efek

Debu Alumunium Keramik, cat, elektrik, api Fibrosis

Asbestos Tambang, konstruksi, perkapalan Asbestosis, kanker paru-paru

Debu Senyawa kromium, pigmen cat Kanker paru-paru

Silika Tambang, quarry, pertanian,

konstruksi

Silicosis

Sulfur-oksida Pembakaran, bleaching, fumigasi,

refrifgerasi

Iritasi

Talcum Kosmetika, pabrik karet Fibrosis

Ammonia Pupuk ammonia, peledak Iritasi

(Sumber: Hodgson dan Levi, 1997 dalam Soemirat, 2003)

II.6 Baku Mutu Kualitas Udara

Tahun 1971 US EPA menetapkan standar pertama untuk materi partikulat dalam

National Ambient Air Quality Standard (NAAQS) dalam bentuk Total Suspended

Particulate (TSP). Tahun 1987 standar tersebut diganti dengan PM10 mengingat

sifat aerodinamiknya, yaitu sebesar 50 μg/m3 untuk rata-rata tahunan dan sebesar

150 μg/m3 untuk rata-rata 24 jam. Tahun 1997, setelah banyak penelitian

mengenai sifat aerodinamik PM2,5 yang berkaitan erat dengan angka mortalitas

dan morbiditas, maka ditetapkan standar untuk PM2,5 adalah sebesar 15 μg/m3

untuk rata-rata tahunan, dan 65 μg/m3 untuk rata-rata 24 jam (Fierro (2000), PPRI

No 41 Tahun 1999).

OSHA (The Occupational Safety and Health Administration) menetapkan baku

mutu yang berlaku di lingkungan kerja. Batas aman untuk total partikulat yang

bersifat umum (tidak diidentifikasikan khusus) selama 8 jam TWA (Time

Weighed Average) PEL (Permissible Exposure Limit) adalah 15 mg/m3 dan 5

mg/m3 untuk ukuran yang terespirasi. Partikulat dengan ketetapan khusus

(terdapat keterangan toksikologis) ditetapkan TWA PEL sebesar 10 mg/m3 untuk

total partikulat, dan 5 mg/m3 untuk ukuran terespirasi (OSHA, 1989). Indonesia

telah mengatur baku mutu konsentrasi pencemar di udara ambien berdasarkan

Peraturan Pemerintah No 41 Tahun 1999 seperti yang diperlihatkan dalam Tabel

II.6.

Tabel II.6 Baku mutu udara ambien

No.

Parameter

Waktu Pengukuran

Baku Mutu 1 SO2 1 Jam 900 μg/m3

(Sulfur Dioksida) 24 Jam 365 μg/m3

1 Thn 60 μg/m3

2 CO 1 Jam 30.000 μg/m3

(Karbon Monoksida) 24 Jam 10.000 μg/m3

1 Thn - 3 NO2 1 Jam 400 μg/m3

(Nitrogen Dioksida) 24 Jam 150 μg/m3

1 Thn 100 μg/m3

4 O3 (Oksidan) 1 Jam 235 μg/m3

1 Thn 50 μg/m3

5 HC (Hidrokarbon)

3 Jam 160 μg/m3

6 PM10 (Partikel < 10 um ) 24 Jam 150 μg/m3

PM2,5 ((Partikel < 2,5 um ) 24 Jam 65 μg/m3

1 Thn 15 μg/m3

7 TSP (Debu) 24 Jam 230 μg/m3

1 Thn 90 μg/m3

8 Pb (Timah Hitam) 24 Jam 2 μg/m3

1 Thn 1 μg/m3

9. Dustfall (Debu Jatuh ) 30 hari 10 Ton/km2/Bulan (Pemukiman)

20 Ton/km2/Bulan (Industri) 10 Total Fluorides (F) 24 Jam 3 μg/m3

90 hari 0,5 μg/m3

11. Fluor Indeks 30 hari 40 μg/100 cm2 dari kertas limed filter

12. Khlorine & Khlorine Dioksida

24 Jam 150 μg/m3

13. Sulphat Indeks 30 hari 1 mg SO3/100 cm3 Dari Lead

Peroksida

(Sumber : PPRI No 41/1999)

Penentuan baku mutu kualitas udara didasarkan pada efek dari parameter

pencemar terhadap kesehatan (Seinfield, 1986). Pengukuran parameter oksida-

oksida sulfur menggunakan variabel utama rata-rata tahunan aritmatik dari rata-

rata harian (24 jam). Dalam menentukan nilai ambang batas oksida-oksida sulfur

(SOx) didasarkan pada hasil penelitian dan literatur yang menyebutkan bahwa

pada konsentrasi 0,2 ppm peningkatan angka kematian telah diamati (Soedomo,

1999).

Variabel yang diukur dalam penentuan konsentrasi CO di atmosfer adalah

konsentrasi rata-rata selama 8 jam, yang kemudian dirata-ratakan dalam satu

tahun. Efek yang membahayakan pada manusia telah diamati pada paparan CO

dengan konsentrasi 12 hingga 17 mg/m3 (10-15 ppm) selama 8 jam. Pengaruh

kesehatan ini terdiri atas tekanan fisiologikal, keracunan darah dan lain-lain. Pada

konsentrasi 8-14 ppm telah terbukti adanya kaitan paparan CO dengan

meningkatnya kematian penderita penyakit jantung (Soedomo, 1999).

Konsentrasi oksida nitrogen di udara diukur dalam variabel rata-rata tahunan dari

rata-rata konsentrasi harian (24 Jam). Pada konsentrasi di bawah 0,05 ppm, oksida

nitrogen tidak menimbulkan efek yang berbahaya bagi kesehatan. Paparan NOx di

atas konsentrasi 0,05 ppm akan menyebabkan kejadian gangguan pernafasan akut

(Soedomo, 1999).

Ozon merupakan senyawa paling dominan dari oksidan fotokimia. Variabel yang

digunakan untuk mengukur dampak oksidan ini adalah konsentrasi puncak harian

1 jam yang tidak boleh dilampaui satu kali dalam satu tahun. Konsentrasi

maksimum oksidan umumnya terjadi selepas tengah hari setelah kulminasi

matahari. Konsentrasi puncak harian ini mencerminkan efek akumulasi konversi

dan transformasi serta transport oksidan yang terjadi selama reaksi HC dan NOx.

Setelah mencapai puncaknya, konsentrasi oksidan akan menurun akibat transport

dan proses penyisihan atmosfer. Pada malam hari, konsentrasi oksidan mencapai

tingkat minimum harian. Karena itu konsentrasi oksidan dinyatakan dalam rata-

rata 1 jam. Konsentrasi alami ozon berkisar antara 30-45 ppb (Soedomo, 1999).

Variabel yang diukur dalam penentuan baku mutu partikulat/debu adalah

konsentrasi rata-rata harian (24 jam). Partikulat yang terukur merupakan

gabungan dari semua jenis partikel, padat dan cair yang dirata-ratakan dalam 24

jam. Masalah gangguan visibilitas dan kesehatan manusia akan mulai terlihat jika

konsentrasi partikulat di atmosfer telah mencapai 26 μg/m3 (Soedomo, 1999).

Hidrokarbon dinyatakan sebagai hidrokarbon total (THC), dengan variabel

pengukuran adalah konsentrasi rata-rata tahunan dari rata-rata 3 jam harian (pukul

06.00 – 09.00). Dasar pengukuran tiga jam pada pagi hari adalah berkaitan

dengan pembentukan oksida fotokimia. Dalam periode tersebut, sumber utama

hidrokarbon yaitu kendaraan bermotor memberikan konsentrasi HC puncak di

atmosfer. Kehadiran sinar ultra violet merupakan salah satu faktor yang

menginisiasi reaksi konversi hidrokarbon dengan oksida-oksida nitrogen menjadi

ozon fotooksidan. Konsentrasi HC sebesar 0,15-0,25 ppm merupakan konsentrasi

yang memicu awal terbentuknya smog oksidan. Terbentuknya smog oksidan akan

mengakibatkan penurunan kualitas lingkungan (Soedomo, 1999).