隔离和室内的化学反应
电话那头听起来像是风洞。
“我为所有的噪音感到抱歉，”雷切尔·奥布莱恩说。“我丈夫正在煎培根——做实验。”
奥布莱恩是威廉玛丽大学化学系的助理教授。她研究环境化学，特别是气溶胶颗粒、空气质量和室内空气化学。
随着COVID-19和居家命令颠覆了我们所知道的生活，奥布莱恩把她的厨房变成了一个临时佳博体育。她和她的学生们通过测量烹饪过程中释放的气溶胶，在家里做实验。看来，培根在烹饪中就像一台烟雾机。
“这是一场冠军早餐，”奥布莱恩说。“它还会产生大量的气溶胶。”
当细小的固体颗粒或液滴悬浮在空气或其他气体中时，就会产生气溶胶。灰尘、雾霾和烟雾都是气溶胶的例子。它们在影响空气质量和地球气候方面发挥着至关重要的作用。
“一般来说，吸入高浓度的气溶胶颗粒是不健康的，”奥布莱恩说。“较小的颗粒会深入肺部，较大的颗粒会沉积在更高的地方。你不想让一大堆材料覆盖或进入你的肺部，所以你想确保你有一个安全的颗粒负荷。”
她解释说，即使在非大流行时期，美国人也有近90%的时间呆在室内，大部分时间都在自己家里。因此，个人对大多数空气污染物的暴露程度受到其家庭环境的强烈影响。
在过去的几年里，奥布莱恩一直是一个由来自13所大学的研究人员组成的团队的一员，该团队致力于确定控制室内环境的化学物质的最重要方面。2018年6月，该小组在德克萨斯大学奥斯汀分校进行了为期一个月的实验，在一个全尺寸的测试室内模拟现实生活中的空气质量状况。
HOMEChem实验（微生物和环境化学的室内观察）是在一个1200平方英尺的人造房屋内进行的。研究人员使用了一套仪器来测量一系列室内微生物环境和日常生活中的化学反应。他们的研究重点是在家庭环境中进行的日常活动，比如做饭和打扫卫生。
奥布莱恩说：“我们的想法是进行实验，模拟在典型的家庭环境中会发生的不同事情，在你可以研究的可控条件下。”
奥布莱恩和她的学生们仍在分析HOMEChem的数据集，该团队计划在今年夏天向公众发布。通过实时仪器收集的数据已经为室内发生的化学过程提供了一些重要的见解。
去年夏天发表在《环境科学：过程与影响》（Environmental Science: Processes & Impacts）上的一篇论文详述了一项重要发现，即烹饪活动是室内亚微米颗粒的主要来源。该论文指出，在烹饪过程中，空气中的颗粒质量增加，而增加的很大一部分是由于与食用油有关的化学物质。这些与烹饪有关的颗粒大多处于超细模式。
奥布莱恩说：“我们发现，烹饪是室内环境中沉积气溶胶颗粒的主要来源之一。”
在现实生活条件下研究空气质量的挑战之一是仪器。在佳博体育里，化学家们依靠质谱仪来分析化合物。大型仪器捕获离子并将其信号转换为质谱，从而提供样品所含分子的详细化学分析。可以理解的是，这个过程在家庭环境中是具有挑战性的，因为质谱仪不是普通的厨房用具，除非你是马里奥·莫利纳。
O’brien解释说，不充分的仪器会使测量复杂化，从而混淆化学数据的解释。这就是O 'Brien和她的学生Hannah Przelomski（环境化学硕士研究生）和Gloria Ge（2021届毕业生）开发室内表面萃取器的原因。
奥布莱恩说：“我们需要一种工具，可以让我们直接从物体表面收集样本进行分析。”斯隆基金会最近授予该团队一笔赠款，以继续发展。
ISE从注射器中提取溶剂，如水，并将其沉积在表面上。然后，该设备将溶剂连同掉在表面上的任何颗粒吸回来。
奥布莱恩说：“我们的目标是能够把这个提取器带到一个表面上，然后从表面上提取一小块材料。”“然后我们可以把样本带回佳博体育，进行准备和分析，而不需要离开无菌环境。”
Przelomski说，与两年前她用PVC管和回收盒开发的第一个原型相比，ISE已经走了很长一段路。她设计的最新版本几乎完全可以3d打印。
“我们现在唯一不能3D打印的部分是与溶剂和样品接触的部件，”她解释说。“那件东西是由不锈钢和特氟龙制成的，我们没有3D打印的能力。”
该项目始于两年前，当时的世界尚未被大流行从根本上改变。尽管如此，普泽洛姆斯基说，她正在考虑如何调整ISE来测试表面上的生物材料痕迹，比如新型冠状病毒。
“有人问我是否要用它做生物采样，”Przelomski说。“这是我们还没有完全探索过的东西，但我认为这是可能的，因为ISE从表面提取物质——表面上有细菌和病毒。”
普泽洛姆斯基这个项目的最初和最终目标是为悬浮在我们周围空气中的固体和液体提供新的认识。她解释说，室内的化学成分还有很多未知之处。与两种环境中的空气体积相比，室内的表面要比室外多得多。
“所以，如果你想想你的家或你的工作场所，所有这些表面都有东西沉积，并与已经在那里的材料发生反应，”Przelomski说。“我们正在做的是建立一个工具，以更好地了解每个人在家里制作的这种有机混合物。”
奥布莱恩说，更好地了解室内颗粒形成的原因，无论是表面反应还是一锅培根，都将有助于公众健康。
“即使我们没有一直呆在家里，也要考虑一下家里的空气质量，”她说。“这要从了解空气中的实际情况开始。”
