Mensen brengen doorgaans 90% van hun leven binnen, thuis, op het werk of in het transport door. Binnen deze besloten ruimten worden de bewoners blootgesteld aan een groot aantal chemicaliën uit verschillende bronnen, waaronder verontreinigende stoffen die binnenshuis binnendringen, gasvormige emissies van bouwmaterialen en meubels, en producten van onze eigen activiteiten zoals koken en schoonmaken. Daarnaast zijn we zelf krachtige mobiele emissiebronnen van chemicaliën die via onze adem en huid de binnenlucht binnendringen.

Maar hoe verdwijnen de chemicaliën weer? In de buitenlucht gebeurt dit tot op zekere hoogte vanzelf, bij regen en door chemische oxidatie. Hydroxyl (OH) radicalen zijn grotendeels verantwoordelijk voor deze chemische reiniging. Deze zeer reactieve moleculen worden ook wel de detergentia van de atmosfeer genoemd en ze worden voornamelijk gevormd wanneer UV-licht van de zon in wisselwerking staat met ozon en waterdamp.

Binnen daarentegen wordt de lucht natuurlijk veel minder beïnvloed door direct zonlicht en regen. Aangezien UV-stralen grotendeels worden weggefilterd door glazen ramen, wordt algemeen aangenomen dat de concentratie van OH-radicalen binnenshuis aanzienlijk lager is dan buitenshuis en dat ozon, dat van buiten naar binnen lekt, de belangrijkste oxidant is van chemische verontreinigende stoffen in de lucht binnenshuis.

OH-radicalen worden gevormd uit ozon en huidoliën

Nu is echter ontdekt dat binnenshuis hoge niveaus van OH-radicalen kunnen worden gegenereerd, simpelweg door de aanwezigheid van mensen en ozon. Dit heeft een team onder leiding van het Max Planck Institute for Chemistry aangetoond in samenwerking met onderzoekers uit de VS en Denemarken.

"De ontdekking dat wij mensen niet alleen een bron zijn van reactieve chemicaliën, maar dat we deze chemicaliën ook zelf kunnen transformeren, was zeer verrassend voor ons", zegt Nora Zannoni, eerste auteur van de studie gepubliceerd in Science , en nu aan het Instituut voor Atmosferische Wetenschappen en Klimaat in Bologna, Italië. "De sterkte en vorm van het oxidatieveld worden bepaald door hoeveel ozon er aanwezig is, waar het infiltreert en hoe de ventilatie van de binnenruimte is geconfigureerd", voegt de wetenschapper van het team van Jonathan Williams toe. De niveaus die de wetenschappers vonden, waren zelfs vergelijkbaar met de OH-concentraties buiten overdag.

Het oxidatieveld wordt gegenereerd door de reactie van ozon met oliën en vetten op onze huid, vooral het onverzadigde triterpeensqualeen, dat ongeveer 10% van de huidlipiden vormt die onze huid beschermen en soepel houden. Bij de reactie komen een groot aantal chemicaliën in de gasfase vrij die dubbele bindingen bevatten die in de lucht verder reageren met ozon om substantiële niveaus van OH-radicalen te genereren.

Deze afbraakproducten van squaleen werden afzonderlijk gekarakteriseerd en gekwantificeerd met behulp van protonoverdrachtsreactiemassaspectrometrie en snelle gaschromatograaf-massaspectrometriesystemen. Bovendien werd parallel de totale OH-reactiviteit bepaald, waardoor de OH-niveaus empirisch konden worden gekwantificeerd.

De experimenten werden uitgevoerd aan de Technische Universiteit van Denemarken (DTU) in Kopenhagen. Vier proefpersonen verbleven onder gestandaardiseerde omstandigheden in een speciale klimaatkamer. Ozon werd toegevoegd aan de luchtinstroom in de kamer in een hoeveelheid die niet schadelijk was voor de mens, maar representatief was voor hogere niveaus binnenshuis. Het team bepaalde de OH-waarden voor en tijdens het verblijf van de vrijwilligers, zowel met als zonder aanwezige ozon.

Om te begrijpen hoe het door de mens gegenereerde OH-veld er tijdens de experimenten in ruimte en tijd uitzag, werden de resultaten van een gedetailleerd meerfasig chemisch kinetisch model van de Universiteit van Californië, Irvine, gecombineerd met een computationeel vloeistofdynamicamodel van de Pennsylvania State University.

Na het valideren van de modellen tegen de experimentele resultaten, onderzocht het modelleringsteam hoe het door de mens gegenereerde OH-veld varieerde onder verschillende omstandigheden van ventilatie en ozon, naast die welke in het laboratorium werden getest. Uit de resultaten bleek duidelijk dat de OH-radicalen aanwezig waren, overvloedig aanwezig waren en sterke ruimtelijke gradiënten vormden.

"Ons modelleringsteam is de eerste en momenteel de enige groep die chemische processen tussen de huid en de binnenlucht kan integreren, van moleculaire schalen tot kamerschalen", zegt Manabu Shiraiwa, een professor aan UC Irvine die het modelleergedeelte van het nieuwe werk leidde. . "Het model geeft betekenis aan de metingen - waarom OH wordt gegenereerd door de reactie met de huid."

Shiraiwa voegde eraan toe dat er onbeantwoorde vragen blijven, zoals de manier waarop vochtigheidsniveaus de reacties beïnvloeden die het team heeft getraceerd. "Ik denk dat deze studie een nieuwe weg opent voor onderzoek naar binnenlucht," zei hij.

"We moeten de chemie binnenshuis in bezette ruimtes heroverwegen, omdat het oxidatieveld dat we creëren veel van de chemicaliën in onze directe omgeving zal transformeren. OH kan veel meer soorten oxideren dan ozon, waardoor een veelvoud aan producten direct in onze ademzone ontstaat met tot nu toe onbekende gevolgen voor de gezondheid. Dit oxidatieveld zal ook van invloed zijn op de chemische signalen die we uitzenden en ontvangen, en mogelijk helpen bij het verklaren van de recente bevinding dat ons reukvermogen over het algemeen gevoeliger is voor moleculen die sneller reageren met OH", zegt projectleider Jonathan Williams.

De nieuwe bevinding heeft ook gevolgen voor onze gezondheid:momenteel worden de chemische emissies van veel materialen en meubels afzonderlijk getest voordat ze worden goedgekeurd voor verkoop. Het zou echter raadzaam zijn om ook tests uit te voeren in aanwezigheid van mensen en ozon, zegt atmosferisch chemicus Williams. Dit komt omdat oxidatieprocessen kunnen leiden tot de vorming van irriterende stoffen voor de luchtwegen, zoals 4-oxopentanal (4-OPA) en andere door OH-radicaal gegenereerde zuurstofhoudende soorten, en kleine deeltjes in de onmiddellijke nabijheid van de luchtwegen. Deze kunnen nadelige effecten hebben, vooral bij kinderen en zieken.

Deze bevindingen maken deel uit van het project ICHEAR (Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity Project), dat een groep samenwerkende internationale wetenschappers uit Denemarken (DTU), de VS (Rutgers University) en Duitsland (MPI) samenbracht. De modellering was onderdeel van het MOCCIE-project van de University of California Irvine en de Pennsylvania State University. + Verder verkennen

Raamwerk om ozonniveaus te bestuderen op realistische binnenoppervlakken