Människor tillbringar vanligtvis 90 % av sitt liv inomhus, hemma, på jobbet eller i transporter. Inom dessa slutna utrymmen utsätts de boende för en mängd kemikalier från olika källor, inklusive utomhusföroreningar som tränger in inomhus, gasformiga utsläpp från byggmaterial och möbler och produkter från våra egna aktiviteter som matlagning och städning. Dessutom är vi själva potenta mobila emissionskällor av kemikalier som kommer in i inomhusluften från vår andedräkt och hud.

Men hur försvinner kemikalierna igen? I atmosfären utomhus sker detta till viss del naturligt av sig självt, när det regnar och genom kemisk oxidation. Hydroxyl (OH) radikaler är till stor del ansvariga för denna kemiska rengöring. Dessa mycket reaktiva molekyler kallas även atmosfärens rengöringsmedel och de bildas främst när UV-ljus från solen interagerar med ozon och vattenånga.

Inomhus däremot påverkas luften naturligtvis betydligt mindre av direkt solljus och regn. Eftersom UV-strålar till stor del filtreras bort av glasfönster har det allmänt antagits att koncentrationen av OH-radikaler är betydligt lägre inomhus än utomhus och att ozon, som läcker in från utomhus, är den huvudsakliga oxidanten av luftburna kemiska föroreningar inomhus.

OH-radikaler bildas från ozon och hudoljor

Men nu har det upptäckts att höga halter av OH-radikaler kan genereras inomhus, helt enkelt på grund av närvaron av människor och ozon. Det har ett team som leds av Max Planck Institute for Chemistry i samarbete med forskare från USA och Danmark visat.

"Upptäckten att vi människor inte bara är en källa till reaktiva kemikalier, utan att vi också kan omvandla dessa kemikalier själva var mycket överraskande för oss", säger Nora Zannoni, första författare till studien publicerad i Science , och nu vid Institutet för atmosfäriska vetenskaper och klimat i Bologna, Italien. "Oxidationsfältets styrka och form bestäms av hur mycket ozon som finns, var det infiltrerar och hur ventilationen av inomhusutrymmet är konfigurerad", tillägger forskaren från Jonathan Williams team. De nivåer som forskarna fann var till och med jämförbara med OH-koncentrationer utanför dagtid.

Oxidationsfältet genereras av ozons reaktion med oljor och fetter på vår hud, speciellt den omättade triterpenskvalenen, som utgör cirka 10 % av hudlipiderna som skyddar vår hud och håller den smidig. Reaktionen frigör en mängd gasfaskemikalier som innehåller dubbelbindningar som reagerar vidare i luften med ozon för att generera betydande halter av OH-radikaler.

Dessa skvalennedbrytningsprodukter karakteriserades och kvantifierades individuellt med användning av protonöverföringsreaktionsmasspektrometri och snabba gaskromatograf-masspektrometrisystem. Dessutom bestämdes den totala OH-reaktiviteten parallellt, vilket gjorde det möjligt att kvantifiera OH-nivåerna empiriskt.

Experimenten utfördes vid Danmarks Tekniske Universitet (DTU) i Köpenhamn. Fyra försökspersoner vistades i en speciell klimatkontrollerad kammare under standardiserade förhållanden. Ozon tillsattes till kammarens luftinflöde i en mängd som inte var skadlig för människor men representativ för högre inomhusnivåer. Teamet fastställde OH-värdena före och under volontärernas vistelse både med och utan ozon närvarande.

För att förstå hur det mänskligt genererade OH-fältet såg ut i rum och tid under experimenten, kombinerades resultat från en detaljerad flerfas kemisk kinetisk modell från University of California, Irvine med en beräkningsmodell för vätskedynamik från Pennsylvania State University.

Efter att ha validerat modellerna mot de experimentella resultaten undersökte modellteamet hur det mänskligt genererade OH-fältet varierade under olika förhållanden av ventilation och ozon, utöver de som testades i laboratoriet. Från resultaten var det tydligt att OH-radikaler var närvarande, rikliga och bildade starka rumsliga gradienter.

"Vårt modelleringsteam är den första och för närvarande den enda gruppen som kan integrera kemiska processer mellan huden och inomhusluften, från molekylära skalor till rumsskalor", säger Manabu Shiraiwa, professor vid UC Irvine som ledde modelleringsdelen av det nya arbetet. . "Modellen ger mening med mätningarna - varför OH genereras från reaktionen med huden."

Shiraiwa tillade att det återstår obesvarade frågor, som hur luftfuktighetsnivåer påverkar reaktionerna som laget spårade. "Jag tror att den här studien öppnar en ny väg för forskning om inomhusluft," sa han.

"Vi måste tänka om inomhuskemin i ockuperade utrymmen eftersom oxidationsfältet vi skapar kommer att omvandla många av kemikalierna i vår omedelbara närhet. OH kan oxidera många fler arter än ozon, vilket skapar en mängd produkter direkt i vår andningszon med ännu okända hälsoeffekter. Detta oxidationsfält kommer också att påverka de kemiska signaler som vi sänder ut och tar emot, och möjligen hjälpa till att förklara den senaste upptäckten att vårt luktsinne i allmänhet är känsligare för molekyler som reagerar snabbare med OH", säger projektledaren Jonathan Williams.

Det nya fyndet har också konsekvenser för vår hälsa:För närvarande testas kemiska utsläpp av många material och möbler isolerat innan de godkänns för försäljning. Det skulle dock vara tillrådligt att även genomföra tester i närvaro av människor och ozon, säger atmosfärskemisten Williams. Detta beror på att oxidationsprocesser kan leda till generering av luftvägsirriterande ämnen såsom 4-oxopentanal (4-OPA) och andra OH-radikalgenererade syresatta arter, och små partiklar i omedelbar närhet av luftvägarna. Dessa kan ha negativa effekter, särskilt hos barn och handikappade.

Dessa fynd är en del av projektet ICHEAR (Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity Project) som samlade en grupp samarbetande internationella forskare från Danmark (DTU), USA (Rutgers University) och Tyskland (MPI). Modelleringen var en del av MOCCIE-projektet baserat vid University of California Irvine och Pennsylvania State University. + Utforska vidare

Ramverk för att studera ozonnivåer på realistiska inomhusytor