Химики проследили за озоном в жилом доме
Содержание озона на улице (красная линия) и в различных помещениях жилого дома
Yingjun Liu et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021
Американские и китайские ученые проследили за судьбой озона в жилом доме. С помощью мониторинга поглощения ультрафиолетового излучения и масс-спектрометрии исследователи регистрировали концентрации озона и некоторых продуктов озонолиза в комнатах дома, в котором жили два человека. Оказалось, что больший вклад в химию озона вносят кожные жиры жильцов, оставленные на поверхностях. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Недавние исследования ученых демонстрируют связь наличия озона и продуктов озонолиза в помещениях с развитием патологий и смертностью. При попадании атмосферного озона в жилые помещения запускается цепочка быстрых окислительных реакций на поверхностях, в результате которых образуются летучие органические соединения (ЛОС). Чаще всего в исследованиях этих процессов внимание уделяют реакциям озона с определенными поверхностями и материалами, используемыми в обитаемых людьми помещениях, а также исследованию полученных продуктов. Однако применить эти результаты для оценки состава динамически меняющегося воздуха в жилых помещениях невозможно из-за влияния присутствия и деятельности жильцов.
Инцзюнь Лю (Yingjun Liu) с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли в течении восьми недель лета следили за составом воздуха в доме в Калифорнии, в котором жила пара (60 и 65 лет). Ученые периодически регистрировали концентрации озона и летучих органических соединений в пяти местах в доме и на улице. Количество озона мониторили по поглощению ультрафиолетового излучения, а ЛОС определяли методом масс-спектрометрии. Приборы находились в гараже, а образцы анализируемого воздуха поступали по тридцатиметровым трубкам из кухни, спальни, подвала, подпола, чердака и с улицы.
Количество уличного озона в течение дня менялось: днем значения концентрации достигали 28 миллиардных объемных долей, а ранним утром снижались до 20 миллиардных долей. В различных частях дома эти значения тоже различались, что авторы объясняют паттернами движения потоков воздуха от подпола к чердаку. В подполе, куда воздух поступает напрямую с улицы, озона зарегистрировали почти в десять раз меньше, чем снаружи — всего три миллиардных доли. Это, по словам авторов, свидетельствует о значительной потере озона в этой части дома. Концентрации озона в жилых помещениях в течение дня изменялись, так как ночью окна и двери были закрыты, единственным источником уличного воздуха был подпол, а днем жильцы открывали окна, и воздух попадал напрямую с улицы. Средние значения отношения содержания озона в помещении и на улице менялись от 0,12 ночью до 0,27 днем. Количество вещества в нежилом чердаке, куда воздух попадал как из дома, так и с улицы, оказалось таким же как в жилых пространствах. В небольшом подвале, где все время мониторинга было открыто окно, значения концентраций озона было схожим со значениями на улице ранним вечером.
Изменение концентрации в миллиардных долях по объему озона (вверху), сигнала ионов протонированных ионов 6-метил-5-гептен-2-она (посередине) и 4-оксопентаналя (внизу) в спальне, кухне и на улице (зеленая, оранжевая и красная линии, соответственно)
Yingjun Liu et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021
Несмотря на низкие средние значения концентрации озона в помещениях (около четырех миллиардных частей) и относительно низкое значение константы его разложения (около 1,3 в час) исследователи зарегистрировали несколько ЛОС, образованных в результате реакций окисления озоном. Детектированные авторами 6-метил-5-гептен-2-он, 4-оксопентаналь, ноненаль и насыщенные альдегиды С8-С12 часто образуются в результате обработки поверхностей в жилых помещениях и липидами кожи человека. Вместе они образуют более 12 процентов от продуктов реакций, вызванных озоном в жилых помещениях. Больше всего, около трех с половиной процентов, обнаружили ноналя, чуть меньше — 2,7 процентов, образовалось 6-метил-5-гептен-2-она и примерно столько же 4-оксопентаналя. Хоть последние два и являются основными продуктами озонолиза кожных жиров, объяснить их количества реакциями на коже жильцов нельзя. Соединения образовывались даже когда проживающая в доме пара на пять дней его покинула. Значит, наибольший вклад в образование 6-метил-5-гептен-2-она и 4-оксопентаналя при взаимодействии с озоном вносят кожные жиры, которые остались на поверхностях исследованных помещений.
Зависимость скорости образования 6-метил-5-гептен-2-она от концентрации озона в доме. Цвет точек соответствует заполненности дома: чем «теплее» цвет маркера, тем больше человек было в доме
Yingjun Liu et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021
Результаты исследования подтверждают предыдущие лабораторные эксперименты. По словам авторов, дальше важно понять, насколько вред для здоровья вызывается наличием озона, а насколько — продуктами реакции его с веществами в жилых помещениях. Причем не только исследованными в этой работе, но и другими потенциально токсичными продуктами озонолиза вроде озонидов, гидропероксидов и эпоксидов, которые в этой работе не смогли детектировать.
Помимо кожных жиров реакционно активный озон может реагировать на поверхностях и другими соединениями. В конце прошлого года канадские ученые сообщили о результатах исследования влияния озона на третичный дым от марихуаны — веществ, которые осели на поверхностях помещения, в котором курили. Оказалось, что в результате озонолиза этих соединений образуются менее летучие компоненты, чем тетрагидроканнабинол, и вероятность их попадания в организм человека низка.
Алина Кротова
Это подтвердили лабораторные эксперименты
Астрономы путем лабораторных экспериментов подтвердили идею образования красной окраски тел Пояса Койпера за счет облучения галактическим космическими лучами льдов, содержащих органические вещества. За красный цвет Макемаке или Орка могут в первую очередь отвечать ароматические углеводороды, такие как фенантрен. Статья опубликована в журнале Science Advances. Пояс Койпера представляет собой обширную область за пределами орбиты Нептуна, населенную более чем ста тысячами тел, богатых льдом и оставшихся после формирования Солнечной системы. Наблюдения за этими объектами выявили наличие на них замороженных летучих веществ, таких как метан, аммиак, вода, угарный и углекислый газ, и метанол, а также разнообразие в окраске, видимой в оптическом диапазоне — от синеватого до ультракрасного. Предполагается, что цвет может быть результатом вариаций состава исходного вещества из протосолнечной туманности или же быть связанным с эволюцией поверхностного слоя транснептуновых объектов под действием ионизирующего излучения. В частности, красноватый цвет связывают с наличием толинов — тугоплавких, полимероподобных органических веществ, образовавшихся в результате воздействия на льды частиц космических лучей и излучения Солнца. Понимание природы цвета транснептуновых объектов важно для определения механизмов их эволюции, а также роли в зарождении жизни на Земле, так как короткопериодические кометы, способные доставлять на Землю воду и органические вещества, могут быть из Пояса Койпера. Группа астрономов во главе с Ральфом Кайзером (Ralf I. Kaiser) из Гавайского университета представила результаты поисков природы красноватой окраски некоторых объектов пояса Койпера. Они проанализировали данные спектроскопических исследований поверхностей транснептуновых объектов и сравнили их с результатами лабораторных экспериментов по облучению льдов в сверхвысоком вакууме. В работе в качестве реальных представителей Пояса Койпера рассматривались красноватые тела, расположенные на расстоянии от 39 до 44 астрономических единиц от Солнца, такие как карликовая планета Макемаке и кандидаты в карликовые планеты Орк и Салация. В экспериментах велось облучение электронами метанового (13CH4) и ацетиленового (13C2H2) льдов дозами до 80 электронвольт на атомную единицу массы при температурах от 10 до 40 кельвинов. Таким образом ученые имитировали облучение углеводородов на поверхностях тел Пояса Койпера потоком галактических космических лучей на протяжении времени до 1800 миллионов лет при дистанции около 40 астрономических единиц от Солнца. Льды, содержащие изотоп 13С, брались специально, чтобы учитывать только результаты экспериментов. Оказалось, что ароматические соединения, содержащие до трех бензольных колец, такие как фенантрен (C14H10), фенален (C9H10) и аценафтилен (C12H8), играют ключевую роль в получении красноватых цветов. При этом покраснение и потемнение льдов сопровождается выделением молекулярного водорода в газовую фазу, что ведет к истощению содержания водорода и обогащению углеродом. Самая высокая доза облучения дала более красный цвет льдам, чем наблюдаемые в природе, особенно для облученного ацетилена. Это может означать либо то, что ацетилена на телах Пояса Койпера меньше, чем кажется, или что время облучения космическими лучами ограничено, например, бомбардировкой микрометеоритами. Кроме того, выяснилось, что, хотя цвета облученных льдов сильно зависят от дозы облучения, они инвариантны по отношению к температуре при нагревании образцов от 10 до 300 кельвинов во время экспериментов по выделению молекулярного водорода. Это контрастирует с отсутствием ультракрасных цветов комет и других тел, прибывших во внутреннюю Солнечную систему из внешней. Возможно это связано с тем, что облученное вещество может быть выброшено с поверхности объекта или погребено под новыми слоями. В дальнейшем ученые планируют расширить список льдов, с которыми будут вестись эксперименты по облучению — это будут льды из двух и трех компонентов, а также с минеральными добавками. Вы хорошо знаете обитателей пояса Койпера и окрестностей? Пройдите наш тест «Занептуныши», посвященный его населению.