Genovertænker indendørs luftkemi

Folk bruger typisk 90 % af deres liv inde, hjemme, på arbejde eller i transport. Inden for disse lukkede rum udsættes beboerne for et væld af kemikalier fra forskellige kilder, herunder udendørs forurenende stoffer, der trænger ind indendørs, gasformige emissioner fra byggematerialer og møbler og produkter fra vores egne aktiviteter såsom madlavning og rengøring. Derudover er vi selv potente mobile emissionskilder af kemikalier, der kommer ind i indeluften fra vores ånde og hud.

Men hvordan forsvinder kemikalierne igen? I atmosfæren udendørs sker dette til en vis grad naturligt af sig selv, når det regner og ved kemisk oxidation. Hydroxyl (OH) radikaler er i høj grad ansvarlige for denne kemiske rensning. Disse meget reaktive molekyler kaldes også atmosfærens detergenter, og de dannes primært, når UV-lys fra solen interagerer med ozon og vanddamp.

Indendørs er luften derimod naturligvis langt mindre påvirket af direkte sollys og regn. Da UV-stråler i vid udstrækning filtreres ud af glasvinduer, er det generelt blevet antaget, at koncentrationen af ​​OH-radikaler er væsentligt lavere indendørs end udendørs, og at ozon, der lækker ind fra udendørs, er den vigtigste oxidant af indendørs luftbårne kemiske forurenende stoffer.

OH-radikaler dannes af ozon og hudolier

Men nu er det blevet opdaget, at høje niveauer af OH-radikaler kan genereres indendørs, simpelthen på grund af tilstedeværelsen af ​​mennesker og ozon. Det har et hold under ledelse af Max Planck Institute for Chemistry i samarbejde med forskere fra USA og Danmark vist.

"Opdagelsen af, at vi mennesker ikke kun er en kilde til reaktive kemikalier, men vi er også i stand til selv at omdanne disse kemikalier, var meget overraskende for os," siger Nora Zannoni, førsteforfatter til undersøgelsen offentliggjort i Science , og nu ved Institut for Atmosfærisk Videnskab og Klima i Bologna, Italien. "Oxidationsfeltets styrke og form bestemmes af, hvor meget ozon der er til stede, hvor det infiltrerer, og hvordan ventilationen af ​​det indendørs rum er konfigureret," tilføjer videnskabsmanden fra Jonathan Williams' team. De niveauer, som forskerne fandt, var endda sammenlignelige med OH-koncentrationer udenfor dagtimerne.

Oxidationsfeltet genereres af ozons reaktion med olier og fedtstoffer på vores hud, især den umættede triterpene squalen, som udgør omkring 10 % af de hudlipider, der beskytter vores hud og holder den smidig. Reaktionen frigiver et væld af gasfasekemikalier indeholdende dobbeltbindinger, der reagerer yderligere i luften med ozon for at generere betydelige niveauer af OH-radikaler.

Disse squalennedbrydningsprodukter blev karakteriseret og kvantificeret individuelt under anvendelse af protonoverførselsreaktionsmassespektrometri og hurtige gaskromatograf-massespektrometrisystemer. Derudover blev den totale OH-reaktivitet bestemt parallelt, hvilket gjorde det muligt at kvantificere OH-niveauerne empirisk.

Forsøgene er udført på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) i København. Fire testpersoner opholdt sig i et særligt klimakontrolleret kammer under standardiserede forhold. Ozon blev tilsat til kammerlufttilstrømningen i en mængde, der ikke var skadelig for mennesker, men repræsentativ for højere indendørs niveauer. Holdet bestemte OH-værdierne før og under de frivilliges ophold både med og uden ozon til stede.

For at forstå, hvordan det menneskeskabte OH-felt så ud i rum og tid under eksperimenterne, blev resultater fra en detaljeret flerfaset kemisk kinetisk model fra University of California, Irvine kombineret med en beregningsmæssig væskedynamikmodel fra Pennsylvania State University.

Efter at have valideret modellerne i forhold til de eksperimentelle resultater, undersøgte modelleringsteamet, hvordan det menneskeskabte OH-felt varierede under forskellige betingelser for ventilation og ozon, ud over dem, der blev testet i laboratoriet. Fra resultaterne var det klart, at OH-radikaler var til stede, rigelige og dannede stærke rumlige gradienter.

"Vores modelleringsteam er den første og i øjeblikket den eneste gruppe, der kan integrere kemiske processer mellem huden og indendørsluften, fra molekylære skalaer til rumskalaer," siger Manabu Shiraiwa, professor ved UC Irvine, der ledede modelleringsdelen af ​​det nye arbejde. . "Modellen giver mening med målingerne - hvorfor OH genereres fra reaktionen med huden."

Shiraiwa tilføjede, at der stadig er ubesvarede spørgsmål, som den måde, fugtighedsniveauer påvirker de reaktioner, holdet sporede. "Jeg tror, ​​at denne undersøgelse åbner en ny vej for indendørs luftforskning," sagde han.

"Vi er nødt til at gentænke indendørs kemi i besatte rum, fordi det oxidationsfelt, vi skaber, vil transformere mange af kemikalierne i vores umiddelbare nærhed. OH kan oxidere mange flere arter end ozon, hvilket skaber et væld af produkter direkte i vores åndedrætszone med endnu ukendt sundhedspåvirkninger. Dette oxidationsfelt vil også påvirke de kemiske signaler, vi udsender og modtager, og muligvis være med til at forklare den seneste opdagelse af, at vores lugtesans generelt er mere følsom over for molekyler, der reagerer hurtigere med OH," siger projektleder Jonathan Williams.

Det nye fund har også konsekvenser for vores sundhed:I øjeblikket testes kemiske emissioner af mange materialer og møbler isoleret, før de godkendes til salg. Det vil dog være tilrådeligt også at udføre test i nærværelse af mennesker og ozon, siger atmosfærisk kemiker Williams. Dette skyldes, at oxidationsprocesser kan føre til dannelse af luftvejsirriterende stoffer såsom 4-oxopentanal (4-OPA) og andre OH-radikal-genererede iltede arter og små partikler i umiddelbar nærhed af luftvejene. Disse kan have negative virkninger, især hos børn og svagelige.

Disse resultater er en del af projektet ICHEAR (Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity Project), som samlede en gruppe af samarbejdende internationale forskere fra Danmark (DTU), USA (Rutgers University) og Tyskland (MPI). Modelleringen var en del af MOCCIE-projektet baseret på University of California Irvine og Pennsylvania State University. + Udforsk yderligere

Ramme for undersøgelse af ozonniveauer på realistiske indendørs overflader