重新思考室内空气质量：人体参与“空气净化”？

高水平的羟基自由基(OH)可以在室内产生，仅仅是因为人和臭氧的存在。这是由马克斯普朗克化学研究所领导的一个团队与来自美国和丹麦的研究人员合作证明的。

　　

   

   

人们坐在桌子旁时，在典型的室内环境中，人体周围氢氧根的反应性(左)和氢氧根浓度(右)的计算机模型    

人们通常有90%的时间是在室内、家里、工作场所或交通工具上度过的。在这些封闭的空间里，居住者暴露在各种来源的大量化学物质中，包括渗透到室内的室外污染物，建筑材料和家具的气体排放，以及我们自己活动的产品，如烹饪和清洁。此外，我们自己也是化学物质的强大移动排放源，这些化学物质从我们的呼吸和皮肤进入室内空气。

但是这些化学物质是如何再次消失的呢?在户外的大气中，这在一定程度上是自然发生的，当下雨时，通过化学氧化。羟基(OH)自由基是这种化学清洗的主要原因。这些非常活泼的分子也被称为大气的清洁剂，它们主要是当来自太阳的紫外线与臭氧和水蒸气相互作用时形成的。另一方面，在室内，空气当然不会受到阳光和雨水的直接影响。由于紫外线在很大程度上被玻璃窗过滤掉，因此人们普遍认为，室内OH自由基的浓度大大低于室外，而从室外泄漏进来的臭氧是室内空气中化学污染物的主要氧化剂。

OH自由基是由臭氧和皮肤油脂形成的  

然而，现在人们发现，仅仅由于人和臭氧的存在，室内就会产生高浓度的OH自由基。这是由马克斯普朗克化学研究所领导的一个团队与来自美国和丹麦的研究人员合作证明的。

该研究的第一作者诺拉·扎诺尼(Nora Zannoni)说:“我们人类不仅是活性化学物质的来源，而且还能够自己转化这些化学物质，这一发现令我们非常惊讶。”她目前就职于意大利博洛尼亚的大气科学与气候研究所，发表在研究杂志《Science》上。“氧化场的强度和形状是由臭氧的数量、渗透到哪里以及室内空间的通风配置决定的。”科学家们发现，这一水平甚至可以与室外白天的OH浓度水平相媲美。

氧化场是由臭氧与我们皮肤上的油脂反应产生的，尤其是不饱和的三萜角鲨烯，它构成了约10%的皮肤脂质，保护我们的皮肤，保持它的柔嫩。反应释放出大量含有双键的气相化学物质，这些化学物质在空气中进一步与臭氧反应，产生大量的OH自由基。利用质子转移反应质谱和快速气相色谱-质谱系统对这些角鲨烯降解产物进行了表征和定量。此外，总OH反应性被确定在平行使OH水平被经验量化。

这些实验是在哥本哈根的丹麦技术大学(DTU)进行的。四名测试对象在标准化条件下呆在一个特殊的气候控制的房间里。臭氧添加到室内空气流入的数量对人体无害，但代表较高的室内水平。研究小组测定了志愿者在有和没有臭氧存在的情况下停留前和停留期间的羟基值。

为了了解实验过程中人类产生的羟基场在时空上是怎样的，来自加州大学欧文分校的详细多相化学动力学模型的结果与来自美国宾夕法尼亚州立大学的计算流体动力学模型相结合。在对模型与实验结果进行验证后，建模团队检查了人类产生的OH场在不同通风和臭氧条件下的变化情况，而不是在实验室中测试的情况。从结果可以看出，OH自由基的存在，丰富，并形成强烈的空间梯度。

加州大学欧文分校的Manabu Shiraiwa教授领导了这项新工作的建模部分，他说:“我们的建模团队是第一个，也是目前唯一一个可以将皮肤和室内空气之间的化学过程集成在一起的团队，从分子尺度到房间尺度。这个模型解释了测量结果——为什么皮肤会产生氢氧根。还有一些悬而未决的问题，比如湿度水平如何影响研究团队追踪的反应。我认为这项研究为室内空气研究开辟了一条新途径”。

适应家具和建筑材料的测试方法  

“我们需要重新思考被占用空间的室内化学，因为我们创造的氧化场将改变我们附近的许多化学物质。与臭氧相比，羟基可以氧化更多的物种，在我们的呼吸区直接产生大量产品，对健康的影响尚未可知。”这个氧化场也会影响我们发出和接收的化学信号，这可能有助于解释最近的发现，即我们的嗅觉通常对与羟基反应更快的分子更敏感。”

这项新发现对我们的健康也有影响:目前，许多材料和家具的化学排放在批准销售之前都在进行隔离测试。然而，最好也在人类和臭氧存在的情况下进行测试。这是因为氧化过程会导致呼吸道刺激物的产生，如4-氧戊烷(4-OPA)和其他OH自由基产生的含氧物质，以及呼吸道附近的小颗粒。这些会产生不良影响，尤其是对儿童和体弱者。

The Human Oxidation Field