Las personas suelen pasar el 90% de sus vidas en interiores, en casa, en el trabajo o en el transporte. Dentro de estos espacios cerrados, los ocupantes están expuestos a una multitud de productos químicos de diversas fuentes, incluidos los contaminantes del exterior que penetran en el interior, las emisiones gaseosas de los materiales y muebles de construcción y los productos de nuestras propias actividades, como cocinar y limpiar. Además, nosotros mismos somos potentes fuentes móviles de emisión de sustancias químicas que ingresan al aire interior a través de nuestro aliento y nuestra piel.

Pero, ¿cómo vuelven a desaparecer los productos químicos? En el ambiente exterior, esto ocurre en cierta medida de forma natural por sí solo, cuando llueve y por oxidación química. Los radicales hidroxilo (OH) son en gran parte responsables de esta limpieza química. Estas moléculas muy reactivas también se denominan detergentes de la atmósfera y se forman principalmente cuando la luz ultravioleta del sol interactúa con el ozono y el vapor de agua.

En el interior, por otro lado, el aire está, por supuesto, mucho menos afectado por la luz solar directa y la lluvia. Dado que los rayos ultravioleta son filtrados en gran medida por las ventanas de vidrio, generalmente se supone que la concentración de radicales OH es sustancialmente menor en interiores que en exteriores y que el ozono, que se filtra desde el exterior, es el principal oxidante de los contaminantes químicos del aire en interiores.

Los radicales OH se forman a partir del ozono y los aceites de la piel

Sin embargo, ahora se ha descubierto que se pueden generar altos niveles de radicales OH en interiores, simplemente debido a la presencia de personas y ozono. Esto ha sido demostrado por un equipo dirigido por el Instituto Max Planck de Química en cooperación con investigadores de EE. UU. y Dinamarca.

"El descubrimiento de que los humanos no solo somos una fuente de productos químicos reactivos, sino que también somos capaces de transformar estos productos químicos nosotros mismos fue muy sorprendente para nosotros", dice Nora Zannoni, primera autora del estudio publicado en Science , y ahora en el Instituto de Ciencias Atmosféricas y Clima en Bolonia, Italia. "La fuerza y ​​la forma del campo de oxidación están determinadas por la cantidad de ozono presente, dónde se infiltra y cómo se configura la ventilación del espacio interior", agrega el científico del equipo de Jonathan Williams. Los niveles que encontraron los científicos eran incluso comparables a los niveles de concentración de OH en el exterior durante el día.

El campo de oxidación se genera por la reacción del ozono con los aceites y grasas de nuestra piel, especialmente el escualeno triterpénico insaturado, que constituye aproximadamente el 10 % de los lípidos cutáneos que protegen nuestra piel y la mantienen flexible. La reacción libera una gran cantidad de sustancias químicas en fase gaseosa que contienen dobles enlaces que reaccionan aún más en el aire con el ozono para generar niveles sustanciales de radicales OH.

Estos productos de degradación de escualeno se caracterizaron y cuantificaron individualmente mediante espectrometría de masas con reacción de transferencia de protones y sistemas de cromatografía de gases rápidos-espectrometría de masas. Además, se determinó en paralelo la reactividad total de OH, lo que permitió cuantificar empíricamente los niveles de OH.

Los experimentos se realizaron en la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) en Copenhague. Cuatro sujetos de prueba permanecieron en una cámara especial de clima controlado bajo condiciones estandarizadas. Se agregó ozono al flujo de entrada de aire de la cámara en una cantidad que no era dañina para los humanos pero representaba niveles más altos en interiores. El equipo determinó los valores de OH antes y durante la estancia de los voluntarios con y sin presencia de ozono.

Para comprender cómo se veía el campo de OH generado por humanos en el espacio y el tiempo durante los experimentos, los resultados de un modelo cinético químico multifásico detallado de la Universidad de California, Irvine, se combinaron con un modelo de dinámica de fluidos computacional de la Universidad Estatal de Pensilvania.

Después de validar los modelos con los resultados experimentales, el equipo de modelado examinó cómo variaba el campo de OH generado por humanos en diferentes condiciones de ventilación y ozono, más allá de las probadas en el laboratorio. A partir de los resultados, quedó claro que los radicales OH estaban presentes, eran abundantes y formaban fuertes gradientes espaciales.

"Nuestro equipo de modelado es el primero y actualmente el único grupo que puede integrar procesos químicos entre la piel y el aire interior, desde escalas moleculares hasta escalas de habitaciones", dijo Manabu Shiraiwa, profesor de UC Irvine que dirigió la parte de modelado del nuevo trabajo. . "El modelo da sentido a las medidas:por qué se genera OH a partir de la reacción con la piel".

Shiraiwa agregó que quedan preguntas sin respuesta, como la forma en que los niveles de humedad afectan las reacciones que rastreó el equipo. "Creo que este estudio abre una nueva vía para la investigación del aire interior", dijo.

"Necesitamos repensar la química interior en espacios ocupados porque el campo de oxidación que creamos transformará muchos de los químicos en nuestra vecindad inmediata. El OH puede oxidar muchas más especies que el ozono, creando una multitud de productos directamente en nuestra zona de respiración con una cantidad aún desconocida. impactos en la salud. Este campo de oxidación también afectará las señales químicas que emitimos y recibimos, y posiblemente ayude a explicar el hallazgo reciente de que nuestro sentido del olfato es generalmente más sensible a las moléculas que reaccionan más rápido con OH ", dice el líder del proyecto Jonathan Williams.

El nuevo hallazgo también tiene implicaciones para nuestra salud:actualmente, las emisiones químicas de muchos materiales y muebles se están probando de forma aislada antes de aprobar su venta. Sin embargo, sería recomendable realizar pruebas también en presencia de personas y ozono, dice el químico atmosférico Williams. Esto se debe a que los procesos de oxidación pueden dar lugar a la generación de irritantes respiratorios como el 4-oxopentanal (4-OPA) y otras especies oxigenadas generadas por radicales OH, y pequeñas partículas en las inmediaciones de las vías respiratorias. Estos pueden tener efectos adversos, especialmente en niños y enfermos.

Estos hallazgos son parte del proyecto ICHEAR (Proyecto de Reactividad y Emisiones Humanas Químicas en Interiores) que reunió a un grupo de científicos internacionales colaboradores de Dinamarca (DTU), los EE. UU. (Universidad de Rutgers) y Alemania (MPI). El modelado fue parte del proyecto MOCCIE basado en la Universidad de California Irvine y la Universidad Estatal de Pensilvania. + Explora más

Marco para estudiar los niveles de ozono en superficies interiores realistas