Å tenke nytt innendørs luftkjemi

Folk tilbringer vanligvis 90 % av livet sitt inne, hjemme, på jobb eller i transport. Innenfor disse lukkede rommene blir beboerne utsatt for en mengde kjemikalier fra ulike kilder, inkludert utendørs forurensninger som trenger inn innendørs, gassutslipp fra byggematerialer og møbler, og produkter fra våre egne aktiviteter som matlaging og rengjøring. I tillegg er vi selv potente mobile utslippskilder av kjemikalier som kommer inn i inneluften fra pusten og huden vår.

Men hvordan forsvinner kjemikaliene igjen? I atmosfæren utendørs skjer dette til en viss grad naturlig av seg selv, når det regner og gjennom kjemisk oksidasjon. Hydroksyl (OH) radikaler er i stor grad ansvarlige for denne kjemiske rengjøringen. Disse veldig reaktive molekyler kalles også atmosfærens vaskemidler og de dannes først og fremst når UV-lys fra solen samhandler med ozon og vanndamp.

Innendørs derimot, er luften selvsagt langt mindre påvirket av direkte sollys og regn. Siden UV-stråler i stor grad filtreres ut av glassvinduer, har det generelt vært antatt at konsentrasjonen av OH-radikaler er betydelig lavere innendørs enn utendørs, og at ozon, som lekker inn fra utendørs, er den viktigste oksidanten av innendørs luftbårne kjemiske forurensninger.

OH-radikaler dannes fra ozon og hudoljer

Nå har det imidlertid blitt oppdaget at høye nivåer av OH-radikaler kan genereres innendørs, ganske enkelt på grunn av tilstedeværelsen av mennesker og ozon. Dette har et team ledet av Max Planck Institute for Chemistry i samarbeid med forskere fra USA og Danmark vist.

“Oppdagelsen av at vi mennesker ikke bare er en kilde til reaktive kjemikalier, men vi er også i stand til å transformere disse kjemikaliene selv var veldig overraskende for oss,” sier Nora Zannoni, førsteforfatter av studien publisert i Vitenskap, og nå ved Institute of Atmospheric Sciences and Climate i Bologna, Italia. “Styrken og formen til oksidasjonsfeltet bestemmes av hvor mye ozon som er tilstede, hvor det infiltrerer, og hvordan ventilasjonen av innendørsrommet er konfigurert,” legger forskeren fra Jonathan Williams team. Nivåene forskerne fant var til og med sammenlignbare med OH-konsentrasjoner utenfor dagtid.

Oksydasjonsfeltet genereres av reaksjonen av ozon med oljer og fett på huden vår, spesielt den umettede triterpene squalene, som utgjør omtrent 10 % av hudlipidene som beskytter huden vår og holder den smidig. Reaksjonen frigjør en rekke gassfasekjemikalier som inneholder dobbeltbindinger som reagerer videre i luften med ozon for å generere betydelige nivåer av OH-radikaler.

Disse squalen-nedbrytningsproduktene ble karakterisert og kvantifisert individuelt ved bruk av protonoverføringsreaksjonsmassespektrometri og raske gasskromatograf-massespektrometrisystemer. I tillegg ble den totale OH-reaktiviteten bestemt parallelt, noe som gjorde det mulig å kvantifisere OH-nivåene empirisk.

Forsøkene ble utført ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU) i København. Fire forsøkspersoner oppholdt seg i et spesielt klimakontrollert kammer under standardiserte forhold. Ozon ble tilsatt kammerlufttilførselen i en mengde som ikke var skadelig for mennesker, men representativ for høyere nivåer innendørs. Teamet bestemte OH-verdiene før og under de frivilliges opphold både med og uten ozon tilstede.

For å forstå hvordan det menneskeskapte OH-feltet så ut i rom og tid under eksperimentene, ble resultater fra en detaljert flerfase kjemisk kinetisk modell fra University of California, Irvine kombinert med en beregningsbasert væskedynamikkmodell fra Pennsylvania State University.

Etter å ha validert modellene mot de eksperimentelle resultatene, undersøkte modellteamet hvordan det menneskeskapte OH-feltet varierte under forskjellige forhold med ventilasjon og ozon, utover de som ble testet i laboratoriet. Fra resultatene var det klart at OH-radikalene var tilstede, rikelig og dannet sterke romlige gradienter.

“Vårt modellteam er den første og foreløpig eneste gruppen som kan integreres kjemiske prosesser mellom huden og inneluftfra molekylskalaer til romskalaer,” sa Manabu Shiraiwa, professor ved UC Irvine som ledet modelleringsdelen av det nye arbeidet. “Modellen gir mening med målingene – hvorfor OH genereres fra reaksjonen med huden.”

Shiraiwa la til at det gjenstår ubesvarte spørsmål, som måten fuktighetsnivåer påvirker reaksjonene teamet sporet. “Jeg tror denne studien åpner en ny vei for innendørs luftforskning,” sa han.

“Vi må tenke nytt om innendørs kjemi i okkuperte rom fordi oksidasjonsfeltet vi lager vil transformere mange av kjemikaliene i vår umiddelbare nærhet. OH kan oksidere mange flere arter enn ozon, og skape en mengde produkter direkte i pustesonen vår med hittil ukjente helseeffekter. Dette oksidasjonsfeltet vil også påvirke de kjemiske signalene vi sender ut og mottar, og muligens bidra til å forklare det nylige funnet at luktesansen vår generelt er mer følsom for molekyler som reagerer raskere med OH, sier prosjektleder Jonathan Williams.

Det nye funnet har også implikasjoner for helsen vår: For tiden testes kjemiske utslipp av mange materialer og møbler isolert før de godkjennes for salg. Imidlertid vil det være tilrådelig å også gjennomføre tester i nærvær av mennesker og ozon, sier atmosfærisk kjemiker Williams. Dette er fordi oksidasjonsprosesser kan føre til generering av luftveisirriterende stoffer som 4-oksopentanal (4-OPA) og andre OH-radikalgenererte oksygenerte arter, og små partikler i umiddelbar nærhet av luftveiene. Disse kan ha uheldige effekter, spesielt hos barn og bevegelseshemmede.

Disse funnene er en del av prosjektet ICHEAR (Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity Project) som samlet en gruppe samarbeidende internasjonale forskere fra Danmark (DTU), USA (Rutgers University) og Tyskland (MPI). Modelleringen var en del av MOCCIE-prosjektet basert ved University of California Irvine og Pennsylvania State University.

---

---