Приготовление пищи и уборка могут высвобождать триллионы наночастиц

Фото из открытых источников

Повседневные кулинарные, чистящие и ароматизированные средства могут насыщать воздух в помещениях триллионами невидимых наночастиц, даже в домах, где используются электроприборы. Результаты исследования опубликованы в Journal of Hazardous Materials.

Воздух в помещении может выглядеть чистым и пахнуть чистотой, даже если он содержит огромное количество загрязняющих частиц, слишком мелких, чтобы их увидеть. Повседневные действия, такие как приготовление пищи, уборка, использование ароматизаторов и нагревание средств личной гигиены, могут приводить к образованию этих частиц без видимого дыма.

Новые измерения, проведенные в контролируемой испытательной лаборатории, показывают, что переход от отопительных приборов с двигателями внутреннего сгорания к электрическим не всегда устраняет этот вид загрязнения. Нагревание, растительные масла, ароматизаторы и реакции в воздухе могут приводить к образованию наночастиц, которыми могут дышать люди.

Брэндон Бур изучает качество воздуха в помещениях в Университете Пердью, в Школе гражданского строительства и строительства им. Лайлса. Он и его коллеги, в том числе Сатья С. Патра из Университета Алабамы, проводят поочередные испытания обычных бытовых задач в экспериментальном доме на территории кампуса.

Приборы могли обнаруживать частицы размером примерно в один нанометр, что составляет одну миллиардную часть метра. Мытье пола ароматизированным чистящим средством увеличивало количество частиц до 100 000 на каждый кубический сантиметр воздуха, большинство из которых имели толщину менее 3 нанометров. Человеческий волос в десятки тысяч раз толще этого.

Эти частицы называются наночастицами, потому что они чрезвычайно малы. Некоторые из них могут оседать в разных частях дыхательной системы, а более ранние исследования показывают, что некоторые крошечные частицы могут перемещаться за пределы легких в другие органы.

«Мы ожидали высоких концентраций, но нас поразило, как быстро наночастицы образовывались и размножались — в течение нескольких минут после распыления или мытья полов», — объяснил Бур. «К тому времени, как вы закончите уборку комнаты, наночастицы уже образуются, и вы, вероятно, вдохнете значительную их часть».

Команда сравнила газовую плиту на пропане с электрической индукционной плитой. Они кипятили воду и готовили бутерброды с сыром на гриле в контролируемых условиях. Кипячение воды на индукционной плите не привело к заметному увеличению количества наночастиц. Газовая плита, напротив, произвела частицы, поскольку ее открытое пламя непосредственно их высвободило.

Результат изменился, когда исследователи готовили жареный сыр при высоких температурах, используя сливочное масло. Уровень частиц стал очень высоким при обоих типах плит, что показывает, что нагретый жир сам по себе может создавать большое количество наночастиц.

Максимальный уровень загрязнения достигал примерно 1,5 миллиарда частиц на кубический дюйм при использовании газовой плиты и около 660 миллионов при использовании индукционной плиты. Более 80 процентов частиц, подсчитанных в процессе высокотемпературной обработки, имели размер менее трех нанометров.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что источник энергии — это лишь часть картины. При сильном нагреве жиры могут распадаться, образуя химические вещества, которые впоследствии способствуют образованию наночастиц в воздухе.

Это помогает объяснить, почему электрическая индукционная плита производила очень мало частиц при кипячении воды, но гораздо больше при приготовлении пищи при высокой температуре с использованием сливочного масла. Процесс приготовления сыграл важную роль.

В ходе испытаний газовой плиты кухонная вытяжка позволила снизить уровень наночастиц примерно на 85 процентов. Даже после этого снижения уровень выбросов оставался выше примерно 16 миллионов частиц на кубический дюйм, поскольку первоначальные выбросы были очень высокими.

Вытяжка уменьшила количество загрязняющих веществ, остающихся внутри дома, но также вывела часть этих частиц наружу. Это означает, что вентиляция может снизить воздействие загрязняющих веществ внутри помещения, но при этом продолжать выводить их наружу.

Приготовление пищи было не единственным источником наночастиц. Использование ароматизированного чистящего средства для мытья полов повысило концентрацию частиц примерно до 1,6 миллиона на кубический дюйм, и большинство из этих частиц относилось к самой мелкой из измеренных групп.

Многие ароматизированные продукты содержат химические вещества, называемые терпенами. Эти соединения встречаются в природе в таких веществах, как цитрусовые и сосновые масла, и широко используются в парфюмерии. Бур в первую очередь уделил внимание аромату, потому что это тот ингредиент, над которым люди имеют наибольший контроль.

«Часто это делается для создания приятной атмосферы запахов в помещении, — продолжил он. — Но чистый воздух не должен пахнуть сильно концентрированными цитрусовыми фруктами. Он вообще не должен пахнуть ничем. Выбор средств без отдушек или с минимальным количеством отдушек — это самый эффективный шаг, особенно в небольшой квартире».

Эксперименты, длившиеся целый день, показали, что различные виды деятельности могут влиять друг на друга. Когда лимоны выжимали для лимонада, они выделяли лимонен — химическое вещество, придающее цитрусовым их знакомый запах. После окончания процесса выжимания лимона лимонен продолжал вступать в реакцию с воздухом. В результате в течение некоторого времени продолжалось образование новых наночастиц.

Использование диффузора с эфирными маслами повысило концентрацию частиц примерно до 16 миллионов частиц на кубический дюйм. Освежитель воздуха, не содержащий терпенов, практически не оказал заметного влияния. Электрический восковой нагреватель также создавал множество чрезвычайно мелких частиц, несмотря на отсутствие пламени. Эти частицы образовывались в результате реакции ароматических веществ с озоном в воздухе помещения.

«Мы показали, что реакции озона в помещении с ароматизаторами от уборки приводят к образованию наночастиц, которые несут в дыхательных путях дозу, сопоставимую или превышающую ту, которую вы бы испытали, стоя на улице вдоль оживленной дороги», — сказал Брэндон Бур. «Частицы различаются по своему составу, но общая доза может быть выше. Вы не видите в воздухе дыма, пыли или смога. Вместо этого вам кажется, что воздух приятно пахнет, значит, он чистый».

Бур также рассказал о своей новой работе с коллегами из Университета Пердью, Нусратом Юнгом и Эрнестом Блатчли, над ультрафиолетовыми лампами, продаваемыми для дезинфекции воздуха. Эти лампы взаимодействуют с кислородом и генерируют собственный озон.

Внутри крошечного домика они повысили концентрацию примерно до 20-40 частей на миллиард, что немного ниже уровня в наружном воздухе на тот момент. Уровень терпенов и без того был высоким после очистки, и образовалось больше частиц.

Он сказал, что результат подтверждает рекомендации команды избегать использования устройств, генерирующих озон, во время уборки с применением ароматизированных средств. Команда также предложила использовать вытяжной вентилятор или открытое окно, а Бур поставил условие для второго варианта.

«Вентиляция помогает очистить воздух от терпенов и наночастиц, но открытие окна также может пропускать озон извне, поэтому лучше всего использовать средство в сочетании с продуктами без отдушек, а не отдельно», — сказал он.

Исследователи также подсчитали, сколько частиц может осесть в дыхательной системе взрослого человека. Они сопоставили измеренные уровни частиц с моделями, показывающими, где частицы разных размеров, вероятно, будут оседать во время дыхания.

Этот расчет не показывает, вызвали ли частицы заболевание или травму. Он лишь оценивает, сколько частиц может осесть в дыхательных путях головы, крупных дыхательных путях и более глубоких отделах легких.

К концу испытаний, длившихся целый день, расчетная доза осажденных частиц достигла примерно 4,4 триллиона в день испытаний с использованием отопительных приборов и около 3,4 триллиона в день испытаний с использованием электроприборов.

Таким образом, в течение дня с использованием электрического тока не было выявлено явного общего снижения воздействия наночастиц в исследованных условиях. Однако частицы также оседали по-разному в зависимости от их размера.

По оценкам, в день использования электроприборов около 70 процентов частиц осели в дыхательных путях головы. В день, когда использовались отопительные приборы, большая доля частиц достигала более глубоких слоев легких.

«К тому времени, как вы закончите уборку в помещении, у вас уже образуется множество наночастиц, и вы их вдохнете», — сказал Брэндон Бур.

Полученные результаты не означают, что электроприборы не оказывают никакого положительного влияния на качество воздуха. В статье основное внимание уделялось наночастицам, и не измерялся полный спектр газов, образующихся в результате сгорания, которые можно избежать при использовании электроприборов.

Группа исследователей также подсчитала, сколько частиц покидало дом через вентиляцию. В течение обеих тестовых сессий во время домашних дел каждую минуту на улицу перемещалось от одного до десяти триллионов частиц.

Когда исследователи скорректировали эти оценки с учетом площади здания, потоки частиц на единицу площади оказались как минимум в 10 раз выше, чем сообщалось ранее о потоках от городского транспорта.

Это не означает, что один дом производит больше загрязнения, чем целая дорога. Вместо этого результаты показывают, что загрязнение, создаваемое внутри домов, может также попадать в городской воздух на открытом воздухе. Таким образом, бытовая деятельность может влиять как на качество воздуха внутри помещений, так и на качество воздуха на улице.

Эксперименты проводились в одном контролируемом экспериментальном доме. Исследователи также сравнили дни, когда использовались только электроприборы, с днями, когда использовались только приборы с двигателями внутреннего сгорания, в то время как во многих реальных домах используется сочетание того и другого.

Измерения частиц размером менее трех нанометров также несут в себе некоторую неопределенность. Команда не проверяла токсичность частиц из каждого источника и не измеряла все задействованные химические вещества в течение всего дня.

Таким образом, результаты не показывают, что электроприборы и приборы, работающие на сжигании топлива, оказывают одинаковое общее воздействие на здоровье. Они показывают, что тепло, масла, ароматизаторы и химические реакции в помещении могут оставаться важными источниками наночастиц даже при отсутствии пламени.