Atmosfärskemisten Delphine Farmer från Colorado State University hade ägnat hela sin karriär åt att undersöka komplexiteten i utomhusluften – hur gaser och partiklar i atmosfären rör sig, interagera och förändra, och hur mänskliga aktiviteter stör luften vi andas.

Sedan, hon gick in.

Det är, docenten vid kemiska institutionen riktade sin uppmärksamhet mot det mindre studerade inomhusluftsområdet. Och hon har kommit att upptäcka att kemin inuti kan vara mycket mer komplex än den för utomhusluftsystem.

För mer än två år sedan, Bonde och över 60 medarbetare från 13 universitet satte igång ett första experiment i sitt slag som försökte kartlägga den luftburna kemin i ett typiskt hem, utsätts för typiska hemaktiviteter som matlagning och städning. Insatsen kallades HOMEChem—House Observations of Microbial and Environmental Chemistry—och leddes av Farmer och Marina Vance, en maskiningenjör vid University of Colorado Boulder.

Nu, när teamet sållar igenom mängden data som de samlat in, Farmer och hennes CSU-forskarteam har publicerat sin första stora studie från HOMEChem. Pappret, dyker upp i Miljövetenskap och teknik , rapporterar vad de har lärt sig om kemiska reaktioner som inträffade när de torkade golv med en vanlig blekmedelslösning.

På HOMEChem, hennes första inhopp i inomhuskemi, Farmer "blev en konvertit när jag hörde statistiken att vi tillbringar 90 procent av våra liv inomhus."

"Det är förbryllande, verkligen, att alla våra hälsoresultat är kopplade till utomhusluft, "Bonde sa." Det gjorde mig nyfiken som forskare när jag insåg hur lite vi vet om kemi inomhus. "

Hennes team av doktorander och postdoktorer är nu upptagna med att knäcka mer data och sammanställa potentiella uppföljningsstudier.

I Testhuset

Stöds av 1,1 miljoner dollar från Sloan Foundation:s program för kemi inomhusmiljöer, HOMEChem-teamet kom till den perfekta platsen för sina experiment:testhuset vid University of Texas i Austin, en full storlek, tillverkade "hem" som fungerar som ett slags blankt blad för vetenskapliga experiment. Teamet ockuperade huset under större delen av juni 2018, simulera aktiviteter i ett genomsnittligt västerländskt hem. Deras ansträngningar beskrivs i ett översiktsdokument i Environmental Science:Processes &Impacts.

Deras experimentella genomgång, som läser mycket som en lista med familjesysslor, inkluderade saker som att laga grönsaksröra, skura ytor med hushållsprodukter, och våtmoppande golv. En session ägnades till och med åt att laga en typisk Thanksgiving-måltid samtidigt som de resulterande utsläppen registrerades. Allt detta, samtidigt som han använder hundratusentals dollar för känslig utrustning som kan upptäcka allt i luften från partiklar med en nanometer, till hundratals olika flyktiga organiska föreningar.

Farmer's team från CSU inkluderade doktorander Jimmy Mattila, Matson Pothier och Erin Boedicker, och postdoktorala forskarna Yong Zhou och Andy Abeleira. Teamet distribuerade 12 separata instrument för att spåra tre breda kategorier av föreningar:organiska, oxidanter och partiklar. Postdoktorand och datavetare Anna Hodshire anslöt sig nyligen till Farmers team och kommer att ansvara för att hantera de stora datamängder som forskarna samlade in under HOMEChems lopp.

Resultat av blekningsrengöring

För blekningsrengöringsstudien, Farmers team registrerade den luftburna och vattenhaltiga kemin från flera på varandra följande dagar av att torka ett golv med blekmedel, utspädd enligt tillverkarens specifikationer. Vissa dagar, de observerade också hur den kemin påverkades när golv moppades efter en matlagningssession.

Enligt tidningen, forskarna observerade skarpa, om än kortlivad, spikar i hypoklorsyra, klor och nitrylklorid i luften, vilka är föreningar mer typiskt associerade, på lägre nivåer, med kuststädernas utomhusluft.

Mattila, tidningens första författare och doktorand som opererade en kemisk joniseringsmasspektrometer under HOMEChem, sade att teamet var förvånade över att få veta att flerfaskemi - inte bara gasfasen - styr produktionen och avlägsnandet av oorganiska föreningar i luften under blekningsrengöring. Blekmedlet i moppvattnet, appliceras på golvet, skulle reagera med molekylerna i husets ytor och väggar för att skapa nya föreningar. Det visar sig att sådana ytor – och smutsskiktet som många hem ackumulerar från år av levande – kan fungera som reservoarer för en mängd olika sura och basiska molekyler som sedan kan interagera med ämnen som blekmedel.

"Man skulle intuitivt tro att eftersom vi gör dessa ångor i luften, och det finns andra saker i luften, de reagerar nog bara, ", sa Mattila. "Det visar sig att inomhus flerfaskemi, i blekmedelslösningen och på olika inomhusytor, är vad som faktiskt driver observationerna."

Gruppen samarbetade med forskare vid UC Irvine för att utveckla en modell för att förstå hur vatten- och ytmolekylerna leder till sekundär kemi.

När de moppade efter tillagning, 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.

"Till exempel, 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.