La chimiste atmosphérique de la Colorado State University Delphine Farmer avait passé toute sa carrière à sonder les complexités de l'air extérieur - comment les gaz et les particules dans l'atmosphère se déplacent, interagir et changer, et comment les activités humaines perturbent l'air que nous respirons.

Puis, elle est entrée.

C'est-à-dire, la professeure agrégée du Département de chimie a tourné son attention vers le domaine moins étudié de l'air intérieur. Et elle en est venue à découvrir que la chimie à l'intérieur peut être beaucoup plus complexe que celle des systèmes d'air extérieur.

Il y a plus de deux ans, Farmer et plus de 60 collaborateurs de 13 universités ont lancé une expérience unique en son genre pour tenter de cartographier la chimie aéroportée d'une maison typique, soumis à des activités domestiques typiques comme la cuisine et le ménage. L'effort a été surnommé HOMEChem—House Observations of Microbial and Environmental Chemistry—et a été dirigé par Farmer et Marina Vance, un ingénieur en mécanique à l'Université du Colorado Boulder.

Maintenant, au fur et à mesure que l'équipe passe au crible les tonnes de données qu'elle a collectées, Farmer et son équipe de recherche CSU ont publié leur première étude majeure de HOMEChem. Le papier, apparaissant dans Sciences et technologies de l'environnement , rapporte ce qu'ils ont appris sur les réactions chimiques qui se sont produites lors du nettoyage des sols avec une solution d'eau de Javel commune.

Sur HOMEChem, sa première incursion dans la chimie en salle, Farmer "s'est converti lorsque j'ai entendu la statistique selon laquelle nous passons 90 pour cent de notre vie à l'intérieur".

"C'est déroutant, vraiment, que tous nos résultats pour la santé sont liés à l'air extérieur, " Farmer a déclaré. " Cela m'a rendu curieux en tant que scientifique quand j'ai réalisé à quel point nous en savons peu sur la chimie à l'intérieur. "

Son équipe d'étudiants diplômés et de postdoctorants est maintenant occupée à rassembler plus de données et à compiler des études de suivi potentielles.

Dans la maison d'essai

Soutenu par 1,1 million de dollars du programme Chemistry of Indoor Environments de la Sloan Foundation, l'équipe HOMEChem est descendue sur l'endroit parfait pour leurs expériences :la Test House de l'Université du Texas à Austin, une taille réelle, "maison" fabriquée qui sert en quelque sorte d'ardoise vierge pour les expériences scientifiques. L'équipe a occupé la maison pendant la majeure partie de juin 2018, simuler des activités dans une maison occidentale moyenne. Leurs efforts sont détaillés dans un document de synthèse dans Environmental Science:Processes &Impacts.

Leur run-of-show expérimental, qui ressemble beaucoup à une liste de tâches familiales, inclus des choses comme la cuisson de légumes sautés, frotter les surfaces avec des produits ménagers, et les sols humides. Une session a même été consacrée à la préparation d'un repas typique de Thanksgiving tout en enregistrant les émissions résultantes. Tout ça, tout en utilisant des équipements sensibles d'une valeur de centaines de milliers de dollars capables de détecter tout ce qui se trouve dans l'air à partir de particules d'un seul nanomètre, à des centaines de composés organiques volatils différents.

L'équipe d'agriculteurs de la CSU comprenait des étudiants diplômés Jimmy Mattila, Matson Pothier et Erin Boedicker, et les chercheurs postdoctoraux Yong Zhou et Andy Abeleira. L'équipe a déployé 12 instruments distincts pour suivre trois grandes catégories de composés :les composés organiques, oxydants et particules. La chercheuse postdoctorale et scientifique des données Anna Hodshire a récemment rejoint l'équipe de Farmer et sera responsable de la gestion des grands ensembles de données que les chercheurs ont rassemblés au cours de HOMEChem.

Résultats de nettoyage à l'eau de Javel

Pour l'étude de blanchiment-nettoyage, L'équipe d'agriculteurs a enregistré la chimie aéroportée et aqueuse de plusieurs jours consécutifs de nettoyage d'un sol avec de l'eau de Javel, dilué selon les spécifications du fabricant. Certains jours, ils ont également observé comment cette chimie était affectée lorsque les sols étaient nettoyés après une séance de cuisine.

Selon le journal, les chercheurs ont observé une netteté, bien que de courte durée, pics d'acide hypochloreux, chlore et chlorure de nitryle dans l'air, qui sont des composés plus typiquement associés, aux niveaux inférieurs, avec l'air extérieur des villes côtières.

Mattila, le premier auteur de l'article et étudiant diplômé qui a utilisé un spectromètre de masse à ionisation chimique pendant HOMEChem, a déclaré que l'équipe a été surprise d'apprendre que la chimie multiphasique - pas seulement la phase gazeuse - contrôle la production et l'élimination des composés inorganiques dans l'air pendant le nettoyage à l'eau de Javel. L'eau de Javel dans l'eau de la vadrouille, appliqué au sol, réagiraient avec les molécules présentes sur les surfaces et les murs de la maison pour créer de nouveaux composés. Il s'avère que de telles surfaces - et la couche de boue accumulée par de nombreuses maisons après des années de vie - peuvent servir de réservoirs pour une grande variété de molécules acides et basiques qui peuvent ensuite interagir avec des substances comme l'eau de Javel.

"Vous penseriez intuitivement que puisque nous produisons ces vapeurs dans l'air, et il y a d'autres trucs dans l'air, ils ne font probablement que réagir, " dit Mattila. " Il s'avère que la chimie multiphasique d'intérieur, dans la solution d'eau de Javel et sur diverses surfaces intérieures, est ce qui motive réellement les observations."

Le groupe a collaboré avec des scientifiques de l'UC Irvine pour développer un modèle permettant de comprendre comment les molécules aqueuses et de surface conduisent à la chimie secondaire.

Quand ils ont passé la serpillière après la cuisson, ils ont également observé des interactions des émissions d'azote et d'ammoniac des aliments avec les produits de nettoyage. They saw low levels of chloramines, considered harmful to human health, which are made when chlorine mixes with ammonia. 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.

"Par exemple, 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.