房间通风与室内化学物质

化学与生活

本文来自Chem-Station日文版換気しても、室内の化学物質は出ていかないらしい。だからといって、健康被害はまた別の話！作者 Zeolinite

翻译投稿炸鸡校对 Sum

Human health is affected by indoor air quality. One distinctive aspect of the indoor environment is its very large surface area that acts as a poorly characterized sink and source of gas-phase chemicals. In this work, air-surface interactions of 19 common indoor air contaminants with diverse properties and sources were monitored in a house using fast-response, on-line mass spectrometric and spectroscopic methods. (引用：GIZMODO 2月26日)

室内空气质量影响着人体健康。室内环境独特在于其表面积非常大，可作为一个的气相化学物质滋生的温床和来源。在这项工作中，使用快速响应、在线质谱和光谱方法对19种不同性质和来源的常见室内空气污染物的空气-表面相互作用进行了监测。(引用：GIZMODO 2月26日)

相信大家都有在家里客厅里烤过肉，不管房间通过几次风，几天后烤肉的那股味会消散。那么今天，我来介绍下关于房间通风的研究结果。

这个研究是House Observations of Microbial and Environmental Chemistry(HOMEChem)项目中重要的一个环节。HOMEChem是普及室内化学知识的Indoor Chemistry活动的一部分，由Alfred P. Sloan Foundation赞助举行。这个论文（中所阐述）的研究是以多伦多大学的Jonathan P. D. Abbatt教授团队和UC Berkeley的William W. Nazaroff教授团队为中心展开的。Abbatt教授的团队主要在缅因州进行环境的相关研究以及在北极圈地区进行实地测试。Nazaroff则专攻土木环境工程，以室内化学环境和物理环境研究为主。因为HOMEChem是个大项目，除了上面提到的两个还有很多环境化学和环境工程方面的专家参加。

实验是在得克萨斯大学的试验住宅-UTest House进行的。虽说是试验住宅，面积也有111m²，除了厨房和客厅，还有3个卧室和2个浴室，比平常住宅要宽敞很多。实验中，浴室的门处于常闭状态，通风系统处于常开状态，因为只有一个安装在天花板上带有换气功能的中央空调。用能实时测量空气中化合物含量以及酸性成分的质量分析装置Chemical Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometer（化学电离高分辨率飞行时间质谱仪） (TOF-CIMS)检测空气中化合物的变化情况。Chemical Ionization型MS能用高压电将基质电离化，基质与测定对象反应而间接地将测定对象离子化。MS以乙酸作为基质，乙酸被高压电电离后变为乙酸根离子，乙酸根离子夺取空气中酸性物质的质子，所以空气中的酸性物质被电离化。非酸性物质用Proton Transfer Reaction Time-of-Flight Mass Spectrometer (PTR-TOF-MS)进行质量分析。PTR-TOF-MS则负责使水蒸气电离化，水分子变为水合氢离子(H₃O⁺)，从而让待测对象质子化可以被MS检测出。因为越容易变成阳离子的分子越容易被电离，所以常用挥发性化合物（VOC）作为指标。这两个测量仪器都是从处在住宅中心的厨房附近采集样本。

实验中使用的ToF-CIMS（出自：Aerodyne Research公司）

实验中使用的PTR-TOF-MS（出自：PTR-TOF-MS公司）

首先打开换气扇和窗户，确认空调的换气功能正常，再检测化学物质的浓度随着通风模式的不同有什么改变。我们检测了九种化学物质分别是氨和两个碳到九个碳的羧酸，以及VOC倍半萜烯，单萜，十甲基环戊硅氧烷，乙醇，富勒烯和苯酚，不管是哪种，通风时对于残留的物质浓度影响不大，数十分钟后就会回到原来的浓度。在窗户打开的情况下，屋外的风速越大，通风时室内化学物质的浓度就越低。因为氨和易溶于水的VOC的浓度与绝对湿度有关，所以通风后的最大浓度会随着湿度而改变，尤其是当空调换气功能打开后，易溶于水的化学物质的浓度会慢慢地下降。基于这个结果，我们可以由每小时的浓度变化得到化学物质的响应时间，换气后，羧酸可以迅速地在室内空气中扩散，而氨和萜烯类则只能缓慢地在室内空气中扩散。

接下来，用浸了醋的水溶液的抹布擦地板再用氨水喷洒地板。因为醋能让地板表面的pH值下降，所以羧酸在空气中的浓度上升了一些。而氨水喷雾能使地板表面PH值上升，由于与同时进行的醋酸擦拭有相反作用，所以地板表面PH值没有明显的差异。为了理解上述结果，可以计算各化学种类的分配系数并进行建模，再现进行换气时的各化学种类的行为规律，但对于每单位体积的吸附的规律则无从模拟，因为对于极性或非极性的表面，不能准确地再现其存在于空气中哪个位置是最稳定的。因为分子表面的相互作用也与氢键有关，所以仅用分配系数是不能够完全解释室内化学物质浓度变化趋势，还要研究出更复杂的计算模型，接下来是论文的概要。

实验模拟了对实验室进行通风和打扫时室内化学物质浓度的变化情况，因为只检测了ppb的额度指标，所以无法获知各个位置具体的变化情况。无论通多少次风室内化学物质的浓度就都会马上回到初始浓度，比起短时间内打开窗，持续性的保持空气流通会更有效果，要想去除羧酸类物质，则有必要打开空调的除湿模式。但这个实验是以室内常见的VOC作为实验对象的，而像烤肉、放屁之类的浓重气味，但是只要打开窗户一会儿气味就消散了，这是为什么呢。关于这方面的HOMEChem的论文也有发表，特别是关于烹饪的实验，通过数据显示烹饪产生的化学物质和我们这次检测的化学微粒子有很大的不同。

在室内这一极其复杂的系统中进行实验，能试图揭开分子的吸附与解吸现象，这项研究有助于减少“新房综合症”对人们的危害。虽然这篇论文没有建立一个完整的模型，但如果研究继续下去，能够提出测量和降低室内易滞留化学物质的浓度的办法，通过这个办法或许能促进绿色环保健康建筑材料和家具材料的开发。还有吸烟后残留的味道有很多缺点，例如“吸烟车”在卖的时候价格就要低一些，在租的房子抽烟，恢复出租前状态时需要更多的修缮费用，（在日本在交易二手房、车、甚至电脑手机等用品时，都会标注“非吸烟环境”）因此，随着研究的发展，对烟味等（有害化学物质）比较难吸附的建筑材料的研发肯定会越来越有必要的。