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導語：人體皮膚上的油脂會與臭氧發生反應，產生高活性自由基 ，這些自由基在室內產生有毒的化學物質在空氣中傳播。是的，你沒看錯，我們人類本質上是室內空氣污染的源頭。 COVID-19大流行引發了人們對室內空氣質量研究的興趣。根據世界衛生組織的說法，空氣污染是世界上最大的環境健康威脅，但是，大多數人可能并未意識到自己的身體也是污染源的一部分。 近期，德國、丹麥、法國和美國的化學家和工程師之間的跨學科合作表明，人體皮膚中的油脂與臭氧發生反應，產生強效自由基，這些自由基可以進一步與室內環境中存在的有機化合物發生反應，從而又會產生危險的污染物。人類是行走、呼吸、化學反應的機器，這對室內空氣質量和人類健康都有影響。 9月1日，發表在Science上的一篇題為“The human oxidation field”的研究（圖1）詳細介紹了這種反應途徑，有助于解釋人體如何直接影響室內環境的化學成分。本研究有助于研究吸入由人體產生的有毒化合物對健康的不利影響。
圖1 研究成果（圖源：[1]） 羥基自由基（OH·）是具有強氧化性的不穩定化學基團，可以氧化大多數污染物。在這項研究中，當人們暴露在含有臭氧的氣候控制室中時，會產生高濃度的自由基。OH·本身無害，并且也存在于室外環境中。它們是在陽光將臭氧分解成氧原子時產生的，氧原子攻擊水產生OH·。它們有時被稱為“洗滌器”，加拿大薩斯喀徹溫大學的大氣化學家塔拉·卡漢說，它們會繼續與空氣中的碳氫化合物污染物發生反應，以凈化大氣。但OH·在室內的存在是危險的，因為它們還會將空氣中的有機化合物氧化成導致呼吸道和心血管疾病的產物。 美國人和歐洲人平均90%的時間呆在室內（包括家里、工作場所和交通工具），室內空氣質量對健康影響巨大。在封閉的室內空間中，居住者暴露在來自各種來源的大量化學物質中：包括滲透到室內的室外污染物、建筑材料和家具的氣體排放，以及烹飪和清潔等人類活動的產物。居住者本身是產生呼吸和皮膚的氣體排放的一個強有力的流動來源。對這些室內來源的表征和室內空氣污染物去除機制是了解室內空氣質量的關鍵。 白天室外空氣中氣相物質的化學去除主要是由羥基自由基引發的，它是由臭氧與水發生反應時的短波光解產物形成的。亞硝酸（HONO）和甲醛（HCHO）的光解也在室外提供了少量額外的OH·源，不依賴光的烯烴通過Criegee（臭氧化反應）中間體臭氧分解也是如此。相比之下，室內環境受陽光直射的影響較小。尤其是紫外光，它大部分被玻璃窗過濾掉了，所以在室內通過氧氣產生OH·的初級生成量是可以忽略不計的。 在這項研究中，威廉姆斯和他的同事要求三組不同成年參與者在不同的時間里坐在一間小臥室大小的恒溫不銹鋼房間里，時間長達五個小時（圖2）。然后，使用他們開發的高靈敏度儀器，研究人員測量了室內空氣中有機化合物和羥基自由基的濃度。他們還要求參與者戴著一個特殊的面罩呼吸，以確保不是他們的呼吸改變了房間的空氣成分，從而研究了參與者呼吸的化學成分。
圖2 研究過程（圖源：[1]） 在獲得這些測量結果后，研究人員重復了實驗，這次將十億分之35（ppb）的臭氧引入艙室，這與乘坐飛機時的臭氧暴露水平相當。研究人員驚訝地發現皮膚油角鯊烯與臭氧反應產生化合物，然后再次與臭氧反應產生稱為羥基自由基的強氧化劑。這些分子可以與室內環境中發現的其他分子發生反應，例如與從家具、家用清潔劑甚至新鮮烹制的飯菜中散發出來的分子產生有毒化合物。 研究表明： 01 暴露在臭氧中的人類會在周圍產生大量的OH·氧化場 本研究通過實驗和理論的一致結果確定，由于人類和臭氧的存在，室內環境中產生了大量的OH·濃度。利用氫氧根的產生過程，可以對氫氧根的反應性進行直接測量，在平衡條件下得到的OH·濃度為（7.1±2）×105分子cm?3，而前驅產物得到的OH·濃度為1.2×106分子cm?3。在裸室實驗條件下（ACR為3.2±0.11h-1,臭氧為35ppb），單個成蟲產生的氧化場為1.8×105分子cm-3。 結果表明，暴露在臭氧中的人類會在周圍產生大量的OH·氧化場。OH·自由基的水平足夠高，足以與更豐富但更慢的臭氧反應競爭，而臭氧反應目前被認為在室內有機化合物氧化中占主導地位。例如，異戊二烯在這個室的實驗條件下主要被OH·氧化。 02 OH·濃度可以形成強烈的空間梯度，其方向取決于臭氧源的位置和通風條件 人類居住者氧化所產生的磁場強度與產生的物質是室內烯烴的來源。在這種情況下，需要注意的是，人類是移動的，因此代表了室內可移動的化學源和氧化場。此外，研究還表明，在室內環境中，OH·濃度可以形成強烈的空間梯度，其方向取決于臭氧源的位置和通風。
圖3 OH·反應性和OH·濃度的空間分布（圖源：[1]） 在之前的室內實驗中已經證實了OH·水平隨著照明程度的變化而變化，微量氣體在呼吸區周圍顯示出強烈的梯度。在烹飪過程中，地板和天花板之間出現了明顯不同的揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）水平。在現實條件下，被占用的空間可能會受到其他熱源的影響，如來自入射光或熱烹飪表面的熱源，這將進一步影響觀測到的空間梯度。室內成分的時空尺度受化學反應速率、表面相互作用和建筑通風的調節，包括OH·自由基在內的壽命較短的化合物。因為它們的時間尺度主要由反應速率決定，僅受沉積和通氣速率的輕微影響，可以表現出明顯的空間梯度。 03 人體皮膚上的油脂會與臭氧發生反應，產生高活性自由基 ，這些自由基在室內產生有毒的化學物質在空氣中傳播 氧化場是由臭氧與我們皮膚上的油脂反應產生的，尤其是不飽和三萜角鯊烯，它約占皮膚脂質的10%，可以保護我們的皮膚并使其保持柔軟。 研究表明，當陽光直射到一個沒有人的教室時，HONO光解是室內OH·的主要來源。這些與人類和非人類相關的OH·源的相對重要性將在很大程度上取決于特定的室內環境條件，包括照明、室外和室內來源、溫度、濕度，以及這里演示的人。人為引起的OH·場還會與其他室內污染源和室內物質表面相互作用，包括地板、墻壁、家具和香味產品。在現實環境中，臭氧還可以與塵埃中的角鯊烯發生反應。 因此，室內臭氧濃度是確定人為氧化場強度的關鍵參數。這反過來又取決于室外臭氧濃度和室內空間的通風量?，F實世界的室內環境，包括辦公室和家庭，通常通風率較低。因此，盡管室內臭氧水平為40ppb，但當室外臭氧水平較高時，也會發生臭氧水平偏高的情況。住宅、辦公室和教室的臭氧水平中位數約為5ppb。 即使在臭氧濃度較低的情況下，只要人類接觸到臭氧，就會形成大量的OH·場，幾乎包括所有室內和室外環境。除了產生OH·自由基外，臭氧與皮膚表面脂質的反應也會產生納米團簇氣溶膠。 OH·自由基是一種氧化劑，與室內空氣中的幾乎所有有機物都能迅速反應。許多被測產物不能用臭氧化學解釋;它們只能用OH·自由基化學來解釋。這項研究揭示的化學成分對健康有影響，包括某些已評估毒性的產品的對人體急性或慢性健康影響。然而，局限性在于有一大批反應產物的毒性尚未評估。 了解基礎化學及其產物可以指導我們如何避免選擇會生成毒性氣體的化合物產品。這類化合物可能包括對人類健康產生不利影響的化合物。研究提出了關于香水、除臭劑和清潔劑等家居用品中化學物質氧化對健康的潛在長期影響的問題。在未來的研究中，將對各種臭氧水平進行測試，以了解其如何影響羥基自由基的產生。通過進一步的實驗，科學家們或許可以衡量在典型家庭環境中可能發生的不良氧化反應的數量。 撰文|喬維鈞 參考資料： |
