Инженеры из Университета Пердью в ходе серии исследований обнаружили, что использование химических продуктов для создания приятных ароматов в помещениях, таких как освежители воздуха, ароматические свечи, чистящие средства и дезодоранты, приводит к быстрому насыщению воздуха наноразмерными частицами. Эти частицы достаточно малы, чтобы проникнуть глубоко в легкие человека.
Наночастицы образуются, когда ароматические вещества взаимодействуют с озоном, проникающим в здания через системы вентиляции. Это взаимодействие запускает химические реакции, в результате которых образуются новые загрязнители воздуха.
Профессор Нусрат Юнг отмечает, что использование чистящих и ароматических средств с химически изготовленными ароматами, призванными воссоздать атмосферу леса, на самом деле приводит к значительному загрязнению воздуха внутри помещений, которое вредно для здоровья.
Наночастицы размером всего в несколько нанометров способны проникать глубоко в дыхательную систему и распространяться на другие органы. Профессора Юнг и Брэндон Бур первыми начали изучать образование наноразмерных частиц в воздухе внутри помещений и сравнивать его с атмосферными процессами на открытом воздухе.
Профессор Бур объясняет, что для понимания процесса образования частиц в воздухе внутри помещений необходимо измерять самые маленькие наночастицы, вплоть до одного нанометра. На этом уровне можно наблюдать самые ранние стадии образования новых частиц, когда ароматические вещества реагируют с озоном, образуя крошечные молекулярные кластеры. Эти кластеры затем быстро развиваются, растут и трансформируются в окружающем воздухе.
В специальной «лаборатории крошечного дома» — жилом помещении, предназначенном для исследований качества воздуха внутри помещений, — Юнг и Бур используют новейшие приборы для контроля качества воздуха. Они отслеживают, как бытовые продукты выделяют летучие химические вещества, которые легко испаряются, и образуют мельчайшие наночастицы в воздухе.
Лаборатория Purdue zero Energy Design Guidance for Engineers (zEDGE), представляет собой типичный дом, оснащенный датчиками для тщательного мониторинга влияния повседневной деятельности на качество воздуха. Юнг руководила проектированием лаборатории, которая была построена в 2020 году и стала первой в своем роде.
Благодаря беспрецедентному уровню детализации и точности, Юнг и Бур сделали открытия, свидетельствующие о том, что многие повседневные бытовые продукты, используемые в помещениях, могут быть не такими безопасными, как считалось ранее.
Несмотря на то, что влияние вдыхания летучих химических веществ из этих продуктов на здоровье еще предстоит выяснить, ученые неоднократно обнаруживали, что при высвобождении ароматических веществ в помещении они быстро вступают в реакцию с озоном, образуя наночастицы. Эти вновь образованные наночастицы вызывают особую озабоченность, поскольку они могут достигать очень высоких концентраций, потенциально создавая риски для здоровья органов дыхания.
Юнг и Бур считают, что эти результаты подчеркивают необходимость дальнейшего изучения образования наночастиц в помещениях, вызванного химическими продуктами с сильным запахом.
Юнг подчеркивает, что ароматизированные продукты не просто являются источниками приятных запахов — они активно изменяют химический состав воздуха в помещениях, приводя к образованию наночастиц в концентрациях, которые могут иметь серьезные последствия для здоровья. Она добавляет, что эти процессы следует учитывать при проектировании и эксплуатации зданий и их систем вентиляции, чтобы снизить воздействие загрязняющих веществ.
Недавно опубликованная статья показывает, что ароматизированные восковые кубики, которые обычно рекламируются как нетоксичные из-за отсутствия пламени, на самом деле загрязняют воздух в помещениях как минимум так же сильно, как и свечи.
Восковые кубики и другие ароматизированные продукты выделяют терпены — химические соединения, отвечающие за их запах. Поскольку восковые кубики содержат более высокую концентрацию ароматических масел, чем многие свечи, они выделяют больше терпенов в воздух помещений.
Именно терпены в этих продуктах быстро реагируют с озоном, вызывая значительное образование наночастиц. Загрязнение наночастицами от восковых кубиков сравнимо с загрязнением от свечей, несмотря на отсутствие горения. Эти результаты подчеркивают необходимость изучения негорючих источников наноразмерных частиц, таких как ароматизированные химические продукты. В другом исследовании Юнг и Бур обнаружили, что диффузоры эфирных масел, дезинфицирующие средства, освежители воздуха и другие ароматизированные спреи также образуют значительное количество наночастиц.
Однако не только ароматизированные продукты способствуют загрязнению воздуха наночастицами в помещениях. Исследование, проведенное под руководством Бура, показало, что приготовление пищи на газовой плите также приводит к выбросу большого количества наночастиц.
Всего 1 килограмм топлива для приготовления пищи выбрасывает 10 квадриллионов частиц размером менее 3 нанометров, что соответствует или превышает выбросы от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. При такой скорости человек может вдыхать в 10-100 раз больше этих частиц размером менее 3 нанометров при приготовлении пищи на газовой плите в помещении, чем при нахождении на оживленной улице из-за выхлопных газов автомобилей.
Тем не менее, ароматизированные химические продукты соответствуют или превосходят газовые плиты и автомобильные двигатели по образованию наночастиц размером менее 3 нанометров, называемых нанокластерным аэрозолем. От 100 миллиардов до 10 триллионов этих частиц могут осесть в дыхательной системе человека всего за 20 минут воздействия ароматизированных продуктов.
Для получения более подробной информации о химических выбросах и образовании наночастиц в помещениях Юнг и Бур сотрудничают с отраслевыми партнерами, чтобы протестировать новые приборы для измерения качества воздуха в лаборатории крошечного дома Пердью, прежде чем они поступят в продажу. Компании проявляют интерес к этой лаборатории, поскольку она представляет собой более реалистичную среду, чем камерные условия, обычно используемые для исследований качества воздуха в помещениях и разработки новых продуктов.
Юнг сообщает, что компании заинтересованы в участии в передовых исследованиях, проводимых в Пердью, а если у них есть инновационный продукт, они хотят, чтобы эксперты испытали его на пределе возможностей.
Одним из таких приборов является увеличитель размера частиц — сканирующий измеритель подвижности частиц (PSMPS), разработанный GRIMM AEROSOL TECHNIK, компанией DURAG GROUP. С помощью этого современного прибора Юнг и Бур могут измерять наночастицы размером всего в один нанометр, как только они начинают формироваться.
Наличие способа сбора данных с высоким разрешением о скорости образования и роста новых частиц в помещениях позволило ученым опубликовать прорывные исследования, сравнивающие выбросы наноразмерных частиц в атмосферу внутри и вне помещений. Поскольку качество воздуха в помещениях практически не регулируется и менее изучено, чем качество наружного воздуха, эти сравнения важны для понимания воздействия загрязняющих веществ и улучшения условий в помещениях.
Юнг и Бур также используют лабораторию крошечного дома для изучения того, как другие повседневные действия в доме, такие как уход за волосами, могут повлиять на качество воздуха. Юнг и ее студенты обнаружили, что некоторые химические вещества, особенно циклические летучие метилсилоксаны, которые повсеместно используются в средствах по уходу за волосами, задерживаются в воздухе в удивительных количествах во время и после использования. За один сеанс ухода за волосами в домашних условиях человек может вдохнуть в общей сложности 1-17 миллиграммов этих химических веществ.
Токсикологам необходимо будет продолжить эти исследования, чтобы точно выяснить, насколько вредным может быть вдыхание сложных смесей летучих химических веществ и наночастиц в помещениях. Юнг и Бур также надеются, что их выводы помогут улучшить мониторинг, контроль и регулирование качества воздуха в помещениях.
Бур отмечает, что качество воздуха в помещениях часто упускается из виду при проектировании и управлении зданиями, в которых мы живем и работаем, хотя оно оказывает непосредственное влияние на наше здоровье каждый день. Он добавляет, что с помощью данных из лаборатории крошечного дома они стремятся восполнить этот пробел, превращая фундаментальные исследования в реальные решения для создания более здоровой среды в помещениях для всех.
