Forskere afslører en helt ny verden af ​​kemi ved at træde indendørs

Atmosfæriske kemiker Delphine Farmer fra Colorado State University havde brugt hele sin karriere på at undersøge kompleksiteten af ​​udendørsluft - hvordan gasser og partikler i atmosfæren bevæger sig, interagere og ændre, og hvordan menneskelige aktiviteter forstyrrer den luft, vi indånder.

Derefter, hun gik indenfor.

Det er, lektor i Kemisk Institut vendte sin opmærksomhed mod indeluftens mindre undersøgte område. Og hun er kommet til at opdage, at kemien indeni kan være meget mere kompleks end den i udendørs luftsystemer.

For mere end to år siden, Landmand og over 60 samarbejdspartnere fra 13 universiteter satte gang i et første af sin slags eksperiment, der forsøgte at kortlægge den luftbårne kemi i et typisk hjem, udsat for typiske hjemmeaktiviteter som madlavning og rengøring. Indsatsen blev døbt HOMEChem—House Observations of Microbial and Environmental Chemistry—og blev ledet af Farmer og Marina Vance, en maskiningeniør ved University of Colorado Boulder.

Nu, efterhånden som holdet gennemgår de datamængder, de har indsamlet, Farmer og hendes CSU forskerhold har offentliggjort deres første store undersøgelse fra HOMEChem. Papiret, optræder i Miljøvidenskab og -teknologi , rapporterer, hvad de lærte om kemiske reaktioner, der opstod, mens de vaskede gulve med en almindelig blegeopløsning.

På HOMEChem, hendes første indtog i indendørs kemi, Farmer "blev en konvertit, da jeg hørte statistikken om, at vi tilbringer 90 procent af vores liv indendørs."

"Det er gådefuldt, virkelig, at alle vores sundhedsresultater er knyttet til udendørsluft, " sagde Farmer. "Det gjorde mig nysgerrig som videnskabsmand, da jeg indså, hvor lidt vi ved om kemi indendørs."

Hendes hold af kandidatstuderende og postdocs har nu travlt med at knaske mere data og samle potentielle opfølgende undersøgelser.

I Testhuset

Støttet af 1,1 millioner dollars fra Sloan Foundations Chemistry of Indoor Environments-program, HOMEChem-teamet kom til det perfekte sted for deres eksperimenter:Test House ved University of Texas i Austin, en fuld størrelse, fremstillet "hjem", der fungerer som en slags blank tavle til videnskabelige eksperimenter. Holdet besatte huset i det meste af juni 2018, simulering af aktiviteter i et gennemsnitligt vestligt hjem. Deres indsats er beskrevet i en oversigtsartikel i Environmental Science:Processes &Impacts.

Deres eksperimentelle run-of-show, som læser meget som en liste over familieopgaver, inkluderede ting som at tilberede grøntsagsrøre, skrubbe overflader med husholdningsprodukter, og vådmoppe gulve. En session var endda dedikeret til at tilberede et typisk Thanksgiving-måltid, mens de resulterende emissioner blev registreret. Alt dette, mens han betjener hundredtusindvis af dollars af følsomt udstyr, der kunne detektere alt i luften fra partikler på en nanometer, til hundredvis af forskellige flygtige organiske forbindelser.

Farmer's team fra CSU omfattede kandidatstuderende Jimmy Mattila, Matson Pothier og Erin Boedicker, og postdoktorale forskere Yong Zhou og Andy Abeleira. Holdet implementerede 12 separate instrumenter til sporing af tre brede kategorier af forbindelser:organiske, oxidanter og partikler. Postdoc-forsker og dataforsker Anna Hodshire sluttede sig for nylig til Farmers team og vil være ansvarlig for at administrere de store datasæt, som forskerne indsamlede i løbet af HOMEChem.

Blegemiddel rengøringsresultater

Til undersøgelsen af ​​blegemiddelrensning, Farmer's team registrerede luftbåren og vandig kemi fra flere på hinanden følgende dage med vask af et gulv med blegemiddel, fortyndet til producentens specifikationer. Nogle dage, de observerede også, hvordan denne kemi blev påvirket, når gulve blev vasket efter en madlavningssession.

Ifølge avisen, forskerne observerede skarpe, om end kortvarig, spidser i hypoklorsyre, klor og nitrylchlorid i luften, som er forbindelser mere typisk forbundet, på lavere niveauer, med kystbyernes udendørsluft.

Mattila, avisens første forfatter og kandidatstuderende, der betjente et kemisk ioniseringsmassespektrometer under HOMEChem, sagde, at holdet var overrasket over at erfare, at flerfasekemi - ikke kun gasfasen - styrer produktionen og fjernelsen af ​​uorganiske forbindelser i luften under blegemiddelrensning. Blegemidlet i moppevandet, påført gulvet, ville reagere med molekylerne i husets overflader og vægge for at skabe nye forbindelser. Det viser sig, at sådanne overflader - og det møglag, mange hjem akkumulerer fra mange års levevis - kan fungere som reservoirer for en lang række sure og basiske molekyler, der derefter kan interagere med stoffer som blegemiddel.

"Man skulle intuitivt tro, at siden vi laver disse dampe i luften, og der er andre ting i luften, de reagerer nok bare " sagde Mattila. "Det viser sig, at indendørs flerfasekemi, i blegemiddelopløsningen og på forskellige indendørs overflader, er det, der rent faktisk driver observationerne."

Gruppen samarbejdede med forskere ved UC Irvine for at udvikle en model til at forstå, hvordan de vandige molekyler og overflademolekyler fører til sekundær kemi.

Når de moppede efter tilberedning, they also observed interactions of nitrogen and ammonia emissions from the food with the cleaning products. They saw low levels of chloramines, considered harmful to human health, which are made when chlorine mixes with ammonia. Humans also breathe out trace amounts of ammonia.

"If you look on any bottle of bleach, you'll see a serious warning not to mix chlorine and ammonia, because it will make a dangerous set of compounds called chloramines, " Farmer said. "What we found is there was enough ambient ammonia to still make some of these compounds, even without mixing them. Not to the point where it was dangerous, but it was interesting to see that chemistry happening."

An obvious takeaway from the researchers:When cleaning with bleach, open a window or use a fan to increase ventilation. And always appropriately dilute the solution; cleaning with straight bleach could create dangerous breathable compounds, depending on what else is in the air or on the walls.

A baseline for future studies

The entire HOMEChem experiment was unprecedented in its scope. The study is an attempt at establishing a baseline understanding of what a person at home, doing typical home activities, can expect to be breathing. Among the key takeaways from the experiments as a whole was that combining different indoor activities leads to very different chemistry in the house.

"For eksempel, we see that cleaning with bleach after you clean indoors with a terpene solution, like Pine Sol, can actually lead to some chemistry you wouldn't normally see with bleach alone, " Mattila said. "That was kind of unexpected, and could be potentially harmful, because it could lead to the production of secondary organic aerosols."

HOMEChem was a measurement experiment and did not involve epidemiologists. The researchers believe their data will serve as a useful starting point for inquiries into human health outcomes tied to indoor air environments.