La química atmosférica de la Universidad Estatal de Colorado, Delphine Farmer, había pasado toda su carrera investigando las complejidades del aire exterior:cómo se mueven los gases y las partículas en la atmósfera, interactuar y cambiar, y cómo las actividades humanas perturban el aire que respiramos.

Luego, ella entró.

Es decir, la profesora asociada del Departamento de Química centró su atención en el ámbito menos estudiado del aire interior. Y ha descubierto que la química interna puede ser mucho más compleja que la de los sistemas de aire exterior.

Hace más de dos años, Farmer y más de 60 colaboradores de 13 universidades pusieron en marcha un experimento único en su tipo para intentar trazar un mapa de la química aérea de un hogar típico. sometidos a actividades típicas del hogar como cocinar y limpiar. El esfuerzo se denominó HOMEChem (Observaciones de la casa de química microbiana y ambiental) y fue dirigido por Farmer y Marina Vance, ingeniero mecánico de la Universidad de Colorado Boulder.

Ahora, a medida que el equipo examina la gran cantidad de datos que recopilaron, Farmer y su equipo de investigación de CSU han publicado su primer estudio importante de HOMEChem. El papel, apareciendo en Ciencia y Tecnología Ambiental , informa lo que aprendieron sobre las reacciones químicas que ocurrieron mientras fregaban pisos con una solución de lejía común.

En HOMEChem, su primera incursión en la química de interiores, Farmer "se convirtió en un converso cuando escuché la estadística de que pasamos el 90 por ciento de nuestras vidas en interiores".

"Es desconcertante, De Verdad, que todos nuestros resultados de salud están vinculados al aire exterior, ", Dijo Farmer." Me despertó la curiosidad como científico cuando me di cuenta de lo poco que sabemos acerca de la química en interiores ".

Su equipo de estudiantes graduados y postdoctorados ahora está ocupado procesando más datos y compilando posibles estudios de seguimiento.

En la casa de pruebas

Respaldado por $ 1.1 millones del programa de Química de Ambientes Interiores de la Fundación Sloan, el equipo de HOMEChem llegó al lugar perfecto para sus experimentos:la casa de pruebas de la Universidad de Texas en Austin, un tamaño completo, "casa" manufacturada que sirve como una especie de pizarra en blanco para experimentos científicos. El equipo ocupó la casa durante la mayor parte de junio de 2018, simulando actividades en un hogar occidental promedio. Sus esfuerzos se detallan en un artículo general en Environmental Science:Processes &Impacts.

Su carrera experimental, que se parece mucho a una lista de tareas familiares, incluía cosas como cocinar vegetales salteados, fregar superficies con productos domésticos, y fregar pisos en húmedo. Una sesión incluso se dedicó a cocinar una comida típica de Acción de Gracias mientras se registraban las emisiones resultantes. Todo esto, mientras opera equipos sensibles por valor de cientos de miles de dólares que podrían detectar todo en el aire a partir de partículas de un solo nanómetro, a cientos de diferentes compuestos orgánicos volátiles.

El equipo de agricultores de CSU incluyó a estudiantes graduados Jimmy Mattila, Matson Pothier y Erin Boedicker, y los investigadores postdoctorales Yong Zhou y Andy Abeleira. El equipo desplegó 12 instrumentos separados para rastrear tres amplias categorías de compuestos:orgánicos, oxidantes y partículas. La investigadora postdoctoral y científica de datos Anna Hodshire se unió recientemente al equipo de Farmer y será responsable de administrar los grandes conjuntos de datos que los investigadores recopilaron a lo largo de HOMEChem.

Resultados de limpieza con lejía

Para el estudio de limpieza con lejía, El equipo de Farmer registró la química acuosa y en el aire de varios días consecutivos de fregar un piso con lejía, diluido según las especificaciones del fabricante. En algunos dias, también observaron cómo esa química se veía afectada cuando se limpiaban los pisos después de una sesión de cocina.

Según el periódico, los investigadores observaron agudo, aunque de corta duración, picos de ácido hipocloroso, cloro y cloruro de nitrilo en el aire, que son compuestos más típicamente asociados, en niveles inferiores, con el aire exterior de las ciudades costeras.

Mattila, el primer autor del artículo y estudiante de posgrado que operó un espectrómetro de masas de ionización química durante HOMEChem, dijo que el equipo se sorprendió al saber que la química multifásica, no solo la fase gaseosa, controla la producción y eliminación de compuestos inorgánicos en el aire durante la limpieza con lejía. El blanqueador en el agua de la fregona, aplicado al suelo, reaccionaría con las moléculas en las superficies y paredes de la casa para crear nuevos compuestos. Resulta que tales superficies, y la capa de lodo que muchas casas acumulan después de años de vida, pueden actuar como depósitos para una amplia variedad de moléculas ácidas y básicas que luego pueden interactuar con sustancias como la lejía.

"Uno pensaría intuitivamente que, dado que estamos produciendo estos vapores en el aire, y hay otras cosas en el aire probablemente solo estén reaccionando, "Mattila dijo." Resulta que la química multifase en interiores, en la solución de lejía y en varias superficies interiores, es lo que realmente impulsa las observaciones ".

El grupo colaboró ​​con científicos de UC Irvine para desarrollar un modelo para comprender cómo las moléculas acuosas y superficiales conducen a la química secundaria.

Cuando fregaron después de cocinar, también observaron interacciones de las emisiones de nitrógeno y amoníaco de los alimentos con los productos de limpieza. Vieron niveles bajos de cloraminas, considerado nocivo para la salud humana, que se producen cuando el cloro se mezcla con el amoniaco. 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.

"Por ejemplo, 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.