06.09.2022 - Max-Planck-Institut für Chemie

Repensar la química del aire interior

Las personas generan su propio campo de oxidación y cambian la química del aire interior a su alrededor

Las personas suelen pasar el 90% de su vida en el interior, en casa, en el trabajo o en el transporte. En estos espacios cerrados, los ocupantes están expuestos a una multitud de sustancias químicas procedentes de diversas fuentes, como los contaminantes del exterior que penetran en el interior, las emisiones gaseosas de los materiales de construcción y el mobiliario, y los productos de nuestras propias actividades, como la cocina y la limpieza. Además, somos potentes fuentes móviles de emisión de sustancias químicas que entran en el aire interior a través de nuestra respiración y nuestra piel.

Pero, ¿cómo vuelven a desaparecer las sustancias químicas? En la atmósfera exterior, esto ocurre hasta cierto punto de forma natural por sí misma, cuando llueve y a través de la oxidación química. Los radicales hidroxilos (OH) son los principales responsables de esta limpieza química. Estas moléculas, muy reactivas, se llaman también los detergentes de la atmósfera y se forman principalmente cuando la luz ultravioleta del sol interactúa con el ozono y el vapor de agua.

En cambio, en el interior, el aire se ve mucho menos afectado por la luz solar directa y la lluvia. Dado que los rayos UV son filtrados en gran medida por las ventanas de cristal, se ha asumido generalmente que la concentración de radicales OH es sustancialmente menor en el interior que en el exterior y que el ozono, que se filtra desde el exterior, es el principal oxidante de los contaminantes químicos del aire interior.

Los radicales OH se forman a partir del ozono y los aceites de la piel

Sin embargo, ahora se ha descubierto que se pueden generar altos niveles de radicales OH en interiores, simplemente por la presencia de personas y de ozono. Así lo ha demostrado un equipo dirigido por el Instituto Max Planck de Química en colaboración con investigadores de Estados Unidos y Dinamarca.

"El descubrimiento de que los seres humanos no sólo somos una fuente de sustancias químicas reactivas, sino que también somos capaces de transformarlas nosotros mismos nos sorprendió mucho", afirma Nora Zannoni, primera autora del estudio publicado en la revista de investigación Science, y actualmente en el Instituto de Ciencias Atmosféricas y del Clima de Bolonia (Italia). "La fuerza y la forma del campo de oxidación vienen determinadas por la cantidad de ozono presente, por dónde se infiltra y por cómo está configurada la ventilación del espacio interior", añade la científica del equipo de Jonathan Williams. Los niveles que los científicos encontraron eran incluso comparables a los niveles de concentración de OH en el exterior durante el día.

El campo de oxidación se genera por la reacción del ozono con los aceites y grasas de nuestra piel, especialmente el triterpeno insaturado escualeno, que constituye alrededor del 10 por ciento de los lípidos cutáneos que protegen nuestra piel y la mantienen flexible. La reacción libera una serie de sustancias químicas en fase gaseosa que contienen dobles enlaces y que reaccionan además en el aire con el ozono para generar niveles sustanciales de radicales OH. Estos productos de degradación del escualeno se caracterizaron y cuantificaron individualmente mediante sistemas de espectrometría de masas de reacción de transferencia de protones y de cromatografía de gases rápida. Además, se determinó paralelamente la reactividad total del OH, lo que permitió cuantificar empíricamente los niveles de OH.

Los experimentos se realizaron en la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) en Copenhague. Cuatro sujetos de prueba permanecieron en una cámara especial de clima controlado en condiciones estandarizadas. Se añadió ozono a la entrada de aire de la cámara en una cantidad que no era perjudicial para los seres humanos, pero que era representativa de los niveles más altos en interiores. El equipo determinó los valores de OH antes y durante la estancia de los voluntarios con y sin presencia de ozono.

Para entender cómo era el campo de OH generado por el ser humano en el espacio y el tiempo durante los experimentos, se combinaron los resultados de un modelo cinético químico multifásico detallado de la Universidad de California en Irvine con un modelo de dinámica de fluidos computacional de la Universidad Estatal de Pensilvania, ambas con sede en Estados Unidos. Tras validar los modelos con los resultados experimentales, el equipo de modelización examinó cómo variaba el campo de OH generado por el ser humano en diferentes condiciones de ventilación y ozono, más allá de las probadas en el laboratorio. De los resultados se desprende que los radicales OH estaban presentes, eran abundantes y formaban fuertes gradientes espaciales.

"Nuestro equipo de modelización es el primero y actualmente el único grupo que puede integrar los procesos químicos entre la piel y el aire interior, desde las escalas moleculares hasta las escalas de la sala", dijo Manabu Shiraiwa, profesor de la UC Irvine que dirigió la parte de modelización del nuevo trabajo. "El modelo da sentido a las mediciones: por qué se genera OH a partir de la reacción con la piel".

Shiraiwa añadió que aún quedan preguntas sin respuesta, como el modo en que los niveles de humedad influyen en las reacciones que el equipo rastreó. "Creo que este estudio abre una nueva vía para la investigación del aire interior", dijo.

Adaptar los métodos de ensayo de los muebles y los materiales de construcción

"Tenemos que replantearnos la química de interiores en los espacios ocupados porque el campo de oxidación que creamos transformará muchas de las sustancias químicas de nuestro entorno inmediato. El OH puede oxidar muchas más especies que el ozono, creando una multitud de productos directamente en nuestra zona de respiración con impactos aún desconocidos para la salud". Este campo de oxidación también repercutirá en las señales químicas que emitimos y recibimos", afirma el director del proyecto, Jonathan Williams, "y posiblemente ayude a explicar el reciente hallazgo de que nuestro sentido del olfato suele ser más sensible a las moléculas que reaccionan más rápidamente con el OH".

El nuevo hallazgo también tiene implicaciones para nuestra salud: En la actualidad, las emisiones químicas de muchos materiales y muebles se prueban de forma aislada antes de aprobar su venta. Sin embargo, sería aconsejable realizar también pruebas en presencia de personas y de ozono, afirma el químico atmosférico Williams. Esto se debe a que los procesos de oxidación pueden dar lugar a la generación de irritantes respiratorios, como el 4-oxopentanal (4-OPA) y otras especies oxigenadas generadas por los radicales OH, así como a pequeñas partículas en las inmediaciones del tracto respiratorio. Esto puede tener efectos adversos, especialmente en los niños y los enfermos.

Estos resultados forman parte del proyecto ICHEAR (Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity Project), que reunió a un grupo de científicos internacionales de Dinamarca (DTU), Estados Unidos (Rutgers University) y Alemania (MPI). La modelización formaba parte del proyecto MOCCIE con sede en la Universidad de California Irvine y la Universidad Estatal de Pensilvania. Ambos proyectos se financiaron con subvenciones de la fundación A. P. Sloan.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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