De atmosferische chemicus Delphine Farmer van de Colorado State University had haar hele carrière besteed aan het onderzoeken van de complexiteit van de buitenlucht - hoe gassen en deeltjes in de atmosfeer bewegen, interageren en veranderen, en hoe menselijke activiteiten de lucht die we inademen verstoren.

Vervolgens, ze ging naar binnen.

Dat is, de universitair hoofddocent Scheikunde richtte haar aandacht op het minder bestudeerde rijk van de binnenlucht. En ze is tot de ontdekking gekomen dat de chemie binnenin veel complexer kan zijn dan die van buitenluchtsystemen.

Meer dan twee jaar geleden, Boer en meer dan 60 medewerkers van 13 universiteiten zetten een uniek experiment in gang om de luchtchemie van een typisch huis in kaart te brengen, onderworpen aan typische huishoudelijke activiteiten zoals koken en schoonmaken. De inspanning werd HOMEChem genoemd - House Observations of Microbial and Environmental Chemistry - en werd geleid door Farmer en Marina Vance, een werktuigbouwkundig ingenieur aan de Universiteit van Colorado Boulder.

Nutsvoorzieningen, terwijl het team de stapels gegevens doorzoekt die ze hebben verzameld, Farmer en haar CSU-onderzoeksteam hebben hun eerste grote studie van HOMEChem gepubliceerd. De krant, verschijnen in Milieuwetenschap en -technologie , vertelt wat ze hebben geleerd over chemische reacties die plaatsvonden tijdens het dweilen van vloeren met een gewone bleekoplossing.

Op HOMEChem, haar eerste uitstapje naar binnenchemie, Boer "werd een bekeerling toen ik de statistiek hoorde dat we 90 procent van ons leven binnenshuis doorbrengen."

"Het is raadselachtig, Echt, dat al onze gezondheidsresultaten te maken hebben met buitenlucht, " zei Farmer. "Het maakte me nieuwsgierig als wetenschapper toen ik me realiseerde hoe weinig we weten over chemie binnenshuis."

Haar team van afstudeerders en postdocs is nu druk bezig met het kraken van meer data en het samenstellen van mogelijke vervolgonderzoeken.

In het testhuis

Gesteund door $ 1,1 miljoen van het Chemistry of Indoor Environments-programma van de Sloan Foundation, het HOMEChem-team daalde af naar de perfecte locatie voor hun experimenten:het Test House aan de Universiteit van Texas in Austin, een volledige, vervaardigd "huis" dat als een soort onbeschreven blad dient voor wetenschappelijke experimenten. Het team bewoonde het huis het grootste deel van juni 2018, simuleren van activiteiten in een gemiddeld westers huis. Hun inspanningen worden gedetailleerd beschreven in een overzichtsartikel in Environmental Science:Processes &Impacts.

Hun experimentele run-of-show, die heel erg lijkt op een lijst met gezinstaken, inclusief dingen als het koken van groente roerbakken, oppervlakken schrobben met huishoudelijke producten, en nat dweilen van vloeren. Eén sessie was zelfs gewijd aan het koken van een typische Thanksgiving-maaltijd terwijl de resulterende emissies werden geregistreerd. Dit allemaal, terwijl ze voor honderdduizenden dollars aan gevoelige apparatuur gebruiken die alles in de lucht kan detecteren van deeltjes van één nanometer, tot honderden verschillende vluchtige organische stoffen.

Het boerenteam van CSU omvatte afgestudeerde studenten Jimmy Mattila, Matson Pothier en Erin Boedicker, en postdoctoraal onderzoekers Yong Zhou en Andy Abeleira. Het team heeft 12 afzonderlijke instrumenten ingezet voor het volgen van drie brede categorieën verbindingen:organische stoffen, oxidanten en deeltjes. Postdoctoraal onderzoeker en datawetenschapper Anna Hodshire is onlangs lid geworden van Farmer's team en zal verantwoordelijk zijn voor het beheer van de grote datasets die de onderzoekers tijdens HOMEChem hebben verzameld.

Reinigingsresultaten bleekmiddel

Voor de bleekreinigingsstudie, Het boerenteam registreerde de chemie in de lucht en in water van verschillende opeenvolgende dagen van het dweilen van een vloer met bleekmiddel, verdund volgens de specificaties van de fabrikant. Op sommige dagen, ze observeerden ook hoe die chemie werd beïnvloed wanneer vloeren werden gedweild na een kooksessie.

Volgens het blad, zagen de onderzoekers scherp, zij het van korte duur, pieken in hypochloorzuur, chloor en nitrylchloride in de lucht, welke verbindingen meer typisch geassocieerd zijn, op lagere niveaus, met de buitenlucht van kuststeden.

Mattila, de eerste auteur en afgestudeerde student van het artikel die een chemische ionisatie-massaspectrometer bediende tijdens HOMEChem, zei dat het team verrast was om te horen dat meerfasige chemie - niet alleen de gasfase - de productie en verwijdering van anorganische verbindingen in de lucht tijdens het reinigen van bleek regelt. Het bleekmiddel in het dweilwater, aangebracht op de vloer, zou reageren met de moleculen in de oppervlakken en muren van het huis om nieuwe verbindingen te creëren. Het blijkt dat dergelijke oppervlakken - en de laag modder die veel huizen verzamelen na jaren van leven - kunnen fungeren als reservoirs voor een breed scala aan zure en basische moleculen die vervolgens kunnen interageren met stoffen zoals bleekmiddel.

"Je zou intuïtief denken dat, aangezien we deze dampen in de lucht maken, en er hangt nog meer in de lucht, ze reageren waarschijnlijk gewoon, "Zei Mattila. "Het blijkt dat meerfasige chemie binnenshuis, in de bleekoplossing en op verschillende binnenoppervlakken, is wat de waarnemingen feitelijk aandrijft."

De groep werkte samen met wetenschappers van UC Irvine om een ​​model te ontwikkelen om te begrijpen hoe de waterige en oppervlaktemoleculen tot secundaire chemie leiden.

When they mopped after cooking, 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.

"Bijvoorbeeld, 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.