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室內的臭氧化學反應機理與影響
臭氧是環境大氣中一種重要的污染物,能夠借由通風進入室內環境。由于室內比表面積大、反應性物質多,臭氧很容易發生反應。臭氧的室內反應一方面顯著降低了室內人員的臭氧暴露,另一方面也可能釋放出一些揮發性有機產物,影響室內空氣質量。
在正常居住的住宅中,臭氧化學對室內空氣成分的影響尚未直接量化。北京大學環境科學工程學院劉穎君研究員與合作者在加利福尼亞有兩名成年居民的房屋中探索室內臭氧室內空氣組分為期八周的在線觀測(如下圖所示),發表題為“Observing ozone chemistry in an occupied residence”的研究論文。
通過獲得的臭氧和揮發性有機化合物(VOC)的空間和時間分辨測量結果進行非靶向分析,發現即使觀測期間盡管室內臭氧濃度總體較低(平均值為4.3 ppb)且室內臭氧衰減常數較低(1.3 h -1),臭氧氧化反應仍對室內空氣中的一系列揮發性有機物產生顯著貢獻。這些有機物包括6-甲基-5-庚-2-酮(6-MHO),4-氧戊醛(4-OPA),壬醛和C8-C12飽和醛,它們是臭氧實驗室研究中經常報告的產物,可能對人體健康產生不利影響。這些揮發性有機化合物占整個家庭消耗臭氧的分子產率≥12%,壬醛的凈產物產率最高(≥3.5%),其次是6-甲基苯丙氨酸(2.7%)和4-OPA(2.6%)。 。6-MHO和4-OPA是皮膚脂質的主要臭氧分解產物。
該研究另一個有意思的發現是,臭氧與人體皮脂反應生成的特征性氧化產物在住戶外出五天后仍表現出較高濃度。即使居住者離開屋子5天后,臭氧驅動的化學物質仍繼續產生6-MHO和4-OPA。 結合其它定量證據,該結果表明臭氧不僅與住戶身上的皮脂發生反應,而且很大一部分與住戶散落在房間各處的皮脂皮屑發生反應。后一過程的重要性完全在意料之外,但又在情理之中。
臭氧在低濃度水平下仍能顯著影響室內空氣有機組分的觀測證據,對于我們深入認識臭氧健康效應具有啟示意義。流行病學研究顯示,室外臭氧濃度與多種不利健康效應具有相關性。相關作用機制研究往往只考慮吸入臭氧的直接影響,而本研究結果提醒我們,室內臭氧反應的間接影響可能同樣重要??茖W認識高濃度臭氧如何在我國典型的高人口密度室內環境中通過化學反應影響人體健康具有重要現實意義。