Delphine Farmer, chimica atmosferica della Colorado State University, aveva trascorso tutta la sua carriera a sondare le complessità dell'aria esterna:come si muovono i gas e le particelle nell'atmosfera, interagire e cambiare, e come le attività umane perturbano l'aria che respiriamo.

Quindi, è entrata.

Questo è, il professore associato del Dipartimento di Chimica ha rivolto la sua attenzione al regno meno studiato dell'aria interna. Ed è venuta a scoprire che la chimica all'interno può essere molto più complessa di quella dei sistemi di aria esterna.

Più di due anni fa, Farmer e oltre 60 collaboratori di 13 università hanno messo in moto un esperimento unico nel suo genere per tentare di mappare la chimica aerotrasportata di una tipica casa, sottoposto a tipiche attività domestiche come cucinare e pulire. Lo sforzo è stato soprannominato HOMEChem—House Observations of Microbial and Environmental Chemistry—ed è stato guidato da Farmer e Marina Vance, un ingegnere meccanico presso l'Università del Colorado Boulder.

Ora, mentre il team vaglia le risme di dati che ha raccolto, Farmer e il suo team di ricerca CSU hanno pubblicato il loro primo studio importante da HOMEChem. La carta, che appare in Scienze e tecnologie ambientali , riporta ciò che hanno appreso sulle reazioni chimiche che si sono verificate durante la pulizia dei pavimenti con una comune soluzione di candeggina.

Su HOMEChem, la sua prima incursione nella chimica indoor, Farmer "si è convertito quando ho sentito la statistica secondo cui trascorriamo il 90 percento della nostra vita al chiuso".

"È sconcertante, veramente, che tutti i nostri risultati sulla salute sono legati all'aria esterna, " Farmer ha detto. "Mi ha incuriosito come scienziato quando mi sono reso conto di quanto poco sappiamo della chimica all'interno".

Il suo team di studenti laureati e postdoc è ora impegnato a elaborare più dati e compilare potenziali studi di follow-up.

Nella casa di prova

Sostenuto da 1,1 milioni di dollari dal programma Chemistry of Indoor Environments della Sloan Foundation, il team di HOMEChem è sceso nel luogo perfetto per i loro esperimenti:la Test House dell'Università del Texas ad Austin, a grandezza naturale, fabbricato "casa" che funge da sorta di tabula rasa per esperimenti scientifici. La squadra ha occupato la casa per gran parte di giugno 2018, simulare le attività in una casa occidentale media. I loro sforzi sono dettagliati in un documento di sintesi in Environmental Science:Processes &Impacts.

Il loro run-of-show sperimentale, che assomiglia molto a un elenco di faccende di famiglia, includeva cose come cucinare verdure saltate in padella, strofinare le superfici con prodotti per la casa, e pavimenti bagnati. Una sessione è stata persino dedicata alla preparazione di un tipico pasto del Ringraziamento registrando le emissioni risultanti. Tutto questo, mentre utilizzava apparecchiature sensibili del valore di centinaia di migliaia di dollari in grado di rilevare qualsiasi cosa nell'aria da particelle di un nanometro, a centinaia di diversi composti organici volatili.

Il team di agricoltori della CSU includeva gli studenti laureati Jimmy Mattila, Matson Pothier e Erin Boedicker, e i ricercatori post-dottorato Yong Zhou e Andy Abeleira. Il team ha implementato 12 strumenti separati per tracciare tre ampie categorie di composti:sostanze organiche, ossidanti e particelle. La ricercatrice post-dottorato e scienziata dei dati Anna Hodshire si è recentemente unita al team di Farmer e sarà responsabile della gestione dei grandi set di dati raccolti dai ricercatori nel corso di HOMEChem.

Risultati di pulizia con candeggina

Per lo studio sulla pulizia con candeggina, Il team di Farmer ha registrato la chimica dell'aria e dell'acqua da diversi giorni consecutivi di lavaggio del pavimento con candeggina, diluito secondo le specifiche del produttore. In alcuni giorni, hanno anche osservato come quella chimica fosse influenzata quando i pavimenti venivano lavati dopo una sessione di cucina.

Secondo il giornale, i ricercatori hanno osservato acutamente, anche se di breve durata, picchi di acido ipocloroso, cloro e cloruro di nitrile nell'aria, che sono composti più tipicamente associati, a livelli inferiori, con l'aria esterna delle città costiere.

Mattila, il primo autore dell'articolo e studente laureato che ha utilizzato uno spettrometro di massa a ionizzazione chimica durante HOMEChem, ha detto che il team è rimasto sorpreso nell'apprendere che la chimica multifase, non solo la fase gassosa, controlla la produzione e la rimozione di composti inorganici nell'aria durante la pulizia con candeggina. La candeggina nell'acqua del mocio, applicato al pavimento, reagirebbe con le molecole delle superfici e delle pareti della casa per creare nuovi composti. Si scopre che tali superfici - e lo strato di letame accumulato da molte case in anni di vita - possono fungere da serbatoi per un'ampia varietà di molecole acide e basiche che possono quindi interagire con sostanze come la candeggina.

"Intuitivamente penseresti che dal momento che stiamo facendo questi fumi nell'aria, e c'è altra roba nell'aria, probabilmente stanno solo reagendo, " disse Mattila. "Si scopre che la chimica multifase indoor, nella soluzione di candeggina e su varie superfici interne, è ciò che sta effettivamente guidando le osservazioni."

Il gruppo ha collaborato con gli scienziati dell'UC Irvine per sviluppare un modello per comprendere come le molecole acquose e di superficie portano alla chimica secondaria.

Quando si sono asciugati dopo la cottura, hanno anche osservato le interazioni delle emissioni di azoto e ammoniaca dal cibo con i prodotti per la pulizia. 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.

"Per esempio, 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.