Lesben álló molekulák: komfortérzet és beltéri levegőminőség

Átírás

1 Lesben álló molekulák: komfortérzet és beltéri levegőminőség Mihucz Viktor Gábor ELTE TTK, Kémiai Intézet, Analitikai Kémiai Tanszék ELTE-Környezettudományi Kooperációs Kutató Központ Alkímia Ma előadás-sorozat, február 6.

2 OFFICAIR OFFICAIR: az Európai Bizottság által anyagilag támogatott 3 éves (2010. XI I.) együttműködési pályázat korszerű irodaházak beltéri levegőminőségének és az ott dolgozók komfortérzetének és egészségi állapotának felmérésére. On the reduction of health effects from combined exposure to indoor pollutants in Modern Offices;

3 OFFICAIR Koordinátor: University of Western Macedonia (Prof. John Bartzis) Résztvevők: - Joint Research Centre (Ispra, Olaszország) - Flemish Institute for Technological Research (VITO, Belgium) - National Research Centre for Working Environment (NRCWE, Dánia) - University of York (Egyesült Királyság) - University of Milan (Olaszország) - Instituto de Engenharia Mecânica (IDMEC FEUP, Porto, Portugália) - Kings College (London, Egyesült Királyság) - Built Environment and Geosciences, TNO (Hollandia) - Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB, Franciaország) - Institute for Atmospheric Pollution, CNR (Róma, Olaszország) - Eötvös Loránd Tudományegyetem, Környezettudományi Kooperációs Kutató Központ (ELTE) - University of Ioannina (Ioannina, Görögország) - University degli Studi dell Insubria (Olaszország)

4 Miért irodaházak? Globális felmelegedés, növekvő energiaigény Energiatakarékos épületek Csökkentett légcsere Kültéri légszennyezők hozzájárulása beltéri levegőminőséghez Modern irodaház homlokzata Budapesten Életvitele (munka, utazás stb.) következtében a mai kor városi embere ideje 90 %-át beltérben tölti.

5 Beltéri légszennyezők csoportosítása Csoport Alcsoport Példák Kémiai Gázok, gőzök Szervetlen: CO, CO 2, NO x, SO x, O 3 Szerves: Illékony szerves vegyületek (VOC), aldehidek (pl. formaldehid) Fizikaikémiai Lebegő részecskék Rostszerkezetű porok: természetes: azbeszt; szintetikus: ásványi gyapot. Szemcsés, üveges és kristályos szerkezetű porok: kerámia alapú Szálló por: PM 10 respirábilis (PM 2.5 ) frakció Szerves anyagok: biocidek és poliaromás szénhidrogének. Radioaktív részecskék és gázok (radon és bomlástermékei). Biológiai Mikroorganizmusok, penész(gombák), mikotoxinok, pollen, spórák, baktériumok stb. Forrás: Philomena M. Bluyssen

6 Szálló por Levegőben diszpergált, lebegő különböző méretű és kémiai összetételű szilárd és folyadék részecskék keveréke (PM). Csoportosítás: elsődleges (közvetlenül kibocsátott) és másodlagos (gázok fizikai-kémiai változásával keletkező) szilárd részecskék; Forrásai: természetes: - vulkánkitörés; - erdőtüzek; - biológiai (pollen és baktérium); - talajdiszperzió; - cseppképződés tengervízből. antropogén: - ipar; - közlekedés; - mezőgazdaság.

7 Szálló por részecskék Forrás: US EPA

8 Antioxidáns mennyiségének csökkenése tüdőhámfolyadékban (RTLF) ROS = reaktív oxigén specieszek!

9 Forrás: Cape (2008)

10 NO 2 és O 3 keletkezése a troposzférában NO + O 3 NO 2 + O 2 NO 2 + hν + O 2 NO + O 3, hν = fényenergia, λ < 424 nm Az NO 2 mennyiségének csökkenése a levegő O 3 koncentrációjának növekedésével jár. Az erős nyári napsugárzás és a magas hőmérséklet az NO 2 NO 3 - fotooxidációjának kedvez.

11 Ózon és szerves légszennyezők beltéri forrásai A kültéri ózon koncentrációjának növekedése növeli a beltéri ózon koncentrációját is. A beltéri ózonkoncentráció kisebb a kültérinél, de a mai kor városi embere több időt tölt beltérben, mint kültérben. Fénymásolók, faxgépek, lézernyomtatók, szkennerek ózont termelnek. Az ózon asztmát okoz. Szerves vegyületek beltéri forrásai: egyén: testápolók, parfümök, kozmetikumok környezet: (padló)szőnyeg, puha fából készült bútorok, linóleum, festékek, lakkok, légfrissítők, takarítószerek.

12 A beltéri ózon mennyiségének csökkentése beltérben A beltéri ózon (pl. C-C kettős kötést tartalmazó) szerves vegyületekkel: egészségre káros formaldehid, akrolein, hidroperoxidok keletkeznek. Az ózon és terpének reakciójából felső légutak irritációját okozó vegyületek keletkeznek. Tudatosan: Gázfázisú reakciókkal Aktív szenes szűrés Szűrés vegyszerekkel impregnált szűrőkön Passzívan: pl. perlitalapú mennyezet

13 Az NO 2 beltéri forrásai NO 2 vagy NO x? Főleg kültérből: gépjárműforgalom, ipar, hajózás, fűtés. Dízelüzemű gépjárművek több NO 2 -ot bocsátanak ki, mint NO x -et. (Oxidatív) katalizátorral felszerelt gépjárművek kevesebb szilárd részecskéket bocsátanak ki, de megnő az NO 2 - kibocsátás 40-50%-kal az NO x -hez képest. NO 2 is káros az egészségre.

14 Szempontok irodaházak kiválasztására Új vagy korszerű irodaépület (országonként 20 irodaépület kiválasztása); Hozzáférés épületszerkezetre, szolgáltatásokra, HVACrendszer működésére vonatkozó alapvető információhoz; Elegendő számú dolgozó kérdőíves felmérés kitöltésére (10 épületben legalább 50, másik 10 épületben pedig legalább 20 válaszadó); Az épület a vizsgálat megkezdése előtt jelenlegi formájában legalább 1 éve működjön; Ne tervezzenek nagyszabású felújítást 2013 tavaszáig.

15 Irodaépületek műszaki állapotának felmérése - kültéri légszennyezettséghez való kitettség; - bútorzat és padlóburkolat típusa; - nyomtatók, faxgépek és fénymásolók száma és elhelyezkedése; - légkezelő berendezés működése és karbantartása; - radon, ólom, azbeszt jelenléte; - takarítási ütemterv.

16 Az előzetes, általános felmérés eredményei Előzetes felmérés 167 korszerű irodaházban az EU különböző tagállamaiban 7500 dolgozó bevonásával 37 épület / 1500 dolgozó részletes kémiai vizsgálatra és komfortérzet felmérésére 6 épület kémiai és munkaegészségügyi vizsgálat. Előzetes felmérés Magyarországon: 24 irodaépület (19 városi, 2 elővárosi, 3 vidéki irodaház); 4215 dolgozóhoz jutott el; 34,3%-os kitöltési arány; 10 épületben, egyenként legalább 50 válaszadó.

17 Komfortérzet előzetes felmérése

18 Beltéri levegőminőségre visszavezethető betegségtünetek előzetes felmérése

19 Effort/Reward Imbalance (ERI) ERI-arány > 1 kiegyensúlyozatlanság / túlvállalás % ERI ratio > 1 EMOCARDS

20 Épületek rangsorolása Felmérés I. Felmérés II. Hajlandóság Végeredmény Műszaki kérdőív Általános felmérés i) komfortérzet ii) Betegségre utaló tünetek iii) ERI i) tulajdonos ii) üzemeltetés iii) monitorálandó cég 24 5 Ózon NO 2 VOC Aldehidek PM 2.5 (5 nap & 8 órás műszak) +Hőmérséklet és páratartalmom mérése.

21 Épületek eloszlása

22 Forrás: sigmaaldrich.com Passzív mintavevők előnyei és hátrányai Olcsó; Könnyű; Egyszerű felépítés, nem bocsát ki zajt; Többpontos mintavételi lehetőség ; Különböző beltéri és kültéri légszennyezők mintavételére; Gyenge időfelbontás.

23 Ózon spektrofotometriás meghatározása Kondenzációs reakció 3-metil-2-benzothiazolinon hidrazon (MBTH) reagenssel sárga színű azid, fényelnyelés 430 nm hullámhosszon.

24 Ózon beltéri és kültéri koncentrációjának átlaga 2012 nyarán és 2012/2013 telén (5 napos mintavétel) Nyár, beltér Tél, beltér Nyár, kültér Tél, kültér

25 100 O 3 és NO 2 beltéri átlagos koncentrációja nyáron (S) és télen (W) EU-határértékek kültérre (μg/m 3 ): Ózon: Napi 8 órás: 120 (25x, 3 évre) Napi 1 órás: 180 (riasztási szint) Napi 1 órás: 240 (tájékoztatási kötelezettség) NO 2 : Éves: 40 Napi 1 órás: 200 (max. 18x egy évben) Napi 1 órás: 400 (max. 3 órán át) Concentration / µg/m 3 Concentration / µg/m HU2W 11W 11S HU2S 14W HU3W 14S HU3S 15W HU1W 15S HU1S 18W HU4W 18S HU4S 23WHU5 23S HU5S O 3 és NO 2 kültéri átlagos koncentrációja nyáron (S) és télen (W) Ozone Nitrogen dioxide Ozone Nitrogen dioxide W 11S 14W 14S 15W 15S 18W 18S 23W 23S HU2W HU2S HU3W HU3S HU1W HU1S HU4W HU4S HU5 HU5S

26 Elválasztás illékony vagy illékonnyá tehető vegyületekre: gázkromatográfia (GC) GC-kromatogram Minta-előkészítés hődeszorpcióval Elválasztás kapilláris oszlopon adszorpcióval

27 Elválasztás folyadékkromatográfiával (HPLC, IC) HPLC-kromatogram Minta-előkészítés megfelelő szerves oldószeres extrakcióval (metanol, acetonitril) aldehidekre (HPLC); ioncserélt vizes extrakcióval kationokra, illetve anionokra (IC) Elválasztás: megoszlás, ioncsere stb. és HITACHI.com

28 Vizsgált VOC és aldehidek. Magyarországon beltérre érvényes határtértékek (25/2000/IX.30. EüM-SzCsM együttes rendelet) Vegyület neve Szerkezeti képlet ÁK/CK/MK (mg/m 3 ) Vegyület neve Szerkezeti képlet benzol C 6 H 6 -/-/3 2-etil-hexanol - ÁK/CK/MK (mg/m 3 ) toluol C 6 H 5 -CH 3 190/380/- sztirol C 6 H 5 CH=CH 2 50/50/- etil-benzol C 6 H 5 -CH 2 -CH 3 442/884/- formaldehid CH 2 O 0,6/0,6/- o-, m-, p-xilol C 6 H 4 (CH 3 ) 2 221/442/- acetaldehid CH 3 CHO 25/25/- n-hexán CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 72/-/- akrolein CH 2 =CHCHO 0,23/-/- triklór-etilén Cl 2 C=CHCl 270/540/- propionaldehid CH 3 CH 2 CHO - tetraklór-etilén Cl 2 C=CCl 2 50/50/- benzaldehid C 6 H 5 CHO 5/10/- α-pinén - glutáraldehid CH 2 (CH 2 CHO) 2 - limonén - hexanal CH 3 (CH 2 ) 4 CHO - 2-butoxi-etanol C 4 H 9 OCH 2 CH 2 OH 98/246/- Nitrogén-dioxid Ózon NO 2 9/9/- O 3 0,2/0,2/- ÁK / CK / MK = műszakra megengedett átlagos / csúcs / maximális koncentráció (dolgozó munkaképes élete során)

29 Légszenyezők átlagos koncentrációja beltérben és kültéren nyáron Beltér, µg/m 3 hexanal acetaldehid formaldehid toluol 2-butoxi-etanol HU1 HU2 HU3 HU4 HU5 Kültér, µg/m 3 HU1 HU2 HU3 HU4 HU5

30 Légszenyezők átlagos koncentrációja beltérben és kültéren télen n-hexanal Beltér, µg/m 3 acetaldehid formaldehid α-pinén toluol limonén HU1 HU2 HU3 HU4 HU5 Kültér, µg/m 3 HU1 HU2 HU3 HU4 HU5

31 formaldehid Nyár Beltér HU1 HU2 HU3 HU4 HU5 Tél Beltér limonén HU1 HU2 HU3 HU4 HU5

32 PM 2.5 aeroszol frakció mintavétele

33 Pásztázó elektronmikroszkópos felvétel Kvarcszálas szűrő Teflon membránszűrő W 2 O x

34 Példa PM 2.5 aeroszol frakció 8 órás mintavételére Hétfő Kedd Szerda Csütörtök Péntek Kvarcszálas Teflon Kvarcszálas Teflon Kvarcszálas Mintavétel: napi 8 órás műszak, 47 mm átmérőjű kvarcszálas vagy Whatman Teflon membránszűrőre (Whatman QM-A). Szűrők kondícionálása: 20 1 C és 50 5% RH. Tömegmérés: Mettler Toledo XP26DR mikromérlegen. levegőbeszívás PM 2.5 mintavevő (Tecora, 2,3 m 3 /h)

35 Beltéri kültéri PM 2.5 tömegkoncentráció-arány (5 napos mintavétellel) 1,40 nyár 1,20 tél 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 GR1 GR2 GR3 GR4 GR5 HU1 HU2 HU3 HU4 HU5 IT1 IT2 PT1 NL1 NL2 NL3 FI1 FI2 FI3

36 PM 2.5 tömegkoncentráció 8 órás mintavétel esetén

37 Mon Tue Wed Thu Fri Mon Tue Wed Thu Fri Mon Tue Wed Thu Fri Mon Tue Wed Thu Fri Mon Tue Wed Thu Fri Indoor/outdoor mass concentration ratio Bel- / külér PM 2.5 tömegkoncentrációjának aránya 8 órás mintavétel esetén 1,6 1,4 HU1 HU2 HU3 HU4 HU5 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

38 Elemek meghatározási lehetősége kis tömegű PM 2.5 frakció esetén: Protonindukált röntgenemisszós spektrometria (PIXE) Mérés: ATOMKI (Debrecen). Besugárzás: 2 MeV protonnyaláb, 5-6 na áramerősség. Detektor: Si(Li), 135º megfigyelési szögnél. Spektrum értékelés: PIXECOM program. PIXE-spektrum

39 Elemek meghatározási lehetősége nagyobb tömegű PM 2.5 frakció esetén: induktív csatolású plazma tömegspektrometria (ICP-MS) ICP-spektrum Ha a szűrőre gyűjtött PM 2.5 frakció tömege > 500 μg pl. Görögország, Hollandia, Olaszország

40 Analitikai eljárások 5 munkanapon keresztül gyűjtött PM 2.5 frakciók elemzésére + Szerves (OC) / elemi szén (EC) meghatározása (OC: pirolízis He-ban + Mn(IV) CO 2 (IR); EC: +O 2 CO 2 (IR) Oxidatív potenciál (KCL, London) Ultrahanggal támogatott vizes extrakció Vízoldható nyomelemek (ICP-MS) Ionkromatográfia Kationok: Li +, Na +, NH 4+, K +, Ca 2+, Mg 2+ Anionok: F -, Cl -, NO 2-, Br - NO 3-, PO 3-4, SO 2-4 Szerves szén (OC)/ Elemi szén (EC) (OC/EC-elemző) OC 1,6 = OM Királyvizes mikrohullámmal támogatott feltárás Királyvízzel extrahálható nyomelemek (ICP-MS)

41 Nyomelemösszetetél 8 órás mintavétellel A mintákra jellemző elemek koncentrációja (ng/m 3 ) (n = 25) ± SD: HU 1 HU 2 HU 3 HU 4 HU 5 indoor outdoor indoor outdoor indoor outdoor indoor outdoor indoor outdoor K 40 ± ± ± ± ± 8 42 ± ± ± ± ± 41 Ca 237 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 61 Ti 7.7 ± ± ± ± ± ± ± 7 12 ± ± ± 4.0 Cr 7.6 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 5.4 Fe 39 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±47 Zn 16 ± 7 21 ± ± 8 20 ± 5 12 ± 7 19 ± 7 25 ± ± ± 3 16 ± 6 Beltéri dúsulás: Cr, Ca, Ti

42 Minta-előkészítés bel- és kültéri PM 2.5 frakciók oxidatív potenciáljának meghatározására Kvarcszálas szűrők 5 mm átmérőjű korongok lyukasztása Inkubálás szintetikus tüdőhámfolyadékkal (RTLF) 4 órán keresztül 37 o C-on kevertetés nélkül A PM oxidatív potenciáljának meghatározása antioxidánsok fogyásából (aszkorbát, urát és glutation) - HPLC Nátrium-aszkorbát(AA) Redukált glutation(gsh) Húgysav

43 Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor OP AA and OP GSH / µg Aszkorbát és redukált glutation csökkenése AA GSH Mon Wed Fri Mon Wed Fri Mon Wed Fri Mon Wed Fri Mon Wed Fri Site 1 Site 2 Site 3 Site 4 Site 5 Glutation (GSH) oxidáció Cr (r s =0.56, p<0.002) és Zn (r s =0.50, p<0.002) koncentrációjával korrelál (Spearman-féle korrelációs analízissel). Vizsgálat csak kvarcszálas szűrővel; Teflon membránszűrő: hidrofób felület kis extrakciós hatékonyság Antioxidáns-csökkenés (pozitív válasz) redukált glutationra és aszkorbátra.

44 Bel- és kültéri PM 2.5 átlagos százalékos összetétele görögországi (GR) mintákra GR beltér GR kültér sulfate nitrate 10,5 29,5 30,3 24,0 ammonium sodium chloride?? SO 4 2- calcium 38,6 OM EC 4,3 2,1 SO 4 2- NH 4 + 6,6 Na + 3,8 0,2 1,2 1,2 0,1 1,8 OM 23,9 EC 4,3 NH 4 + Ca 2+ 2,4 4,0 Na + 3,9 0,7 0,3 2,7 3,0 0,5 potassium magnesium trace elements EC OM unidentified

45 Nyomelemek koncentrációja bel- és kültéri PM 2.5 frakcióban (GR) vízoldható / Királyvizes extraktum Vízoldható frakció királyvizes mg/g extraktum (%) kültér beltér kültér beltér kültér beltér Al 9,93 3,11 0,15 0,27 kis visszanyerés! V 0,060 0,044 0,055 0, Cr 0,13 0,26 0,02 0, Mn 0,25 0,10 0,18 0, Fe 13,3 5,23 0,48 0, Co 0,007 0,003 0,003 0, Ni 0,068 0,032 0,030 0, Cu 0,23 0,17 0,13 0, Zn 2,26 5,10 2,35 4, Ga 0,0041 0,0019 0,0001 0, Rb 0,030 0,035 0,015 0, Sr 0,073 0,074 0,067 0, Mo 0,010 0,006 0,005 0, Cd 0,007 0,013 0,003 0, Sn 0,041 0,034 0,003 0, Sb 0,004 0,005 0,05 0,03 illékony Pt 0, , , , Pb 0,18 0,36 0,01 0, Fő nyomelem: Fe OP-hez releváns elemek: Al, Cr, Fe, Zn, Pb

46 Következtetések Elengedhetetlen megfelelő protokoll a mintavételi helyek kiválasztásához. A kültéri légszennyezés leképezése beltérre. A kültéri légszennyezők kevésbé hatolnak be korszerű irodaházak belterébe. A formaldehid jelentős beltéri légszennyező. Terpenék nagyobb koncentrációja tapasztalható beltérben. PM 2.5 aeroszol frakció kulcsfontosságú légszennyező, mely reaktív oxigén specieszeket (ROS) tartalmaz. ROS által okozott oxidatív potenciál és (vegyértékváltó) fémek között kapcsolat mutatható ki.

47 Egységes jövő? 2010 januárjától Franciaországban CMR-szabályozás létezik építőipari termékekre. (CMR = carcinogenic, mutagenic and/or reprotoxic substances) Forgalomba hozatal: a gyártást követő 28 nap után, a termék triklóretilén, benzol, DEHP és DBP kibocsátása egyenként < 1 μg/m január 1-jétől Franciaországban kötelező minden építő anyagot, irodai dekorációra szolgáló terméket, irodai bútort ellátnak ún. VOC-cimkével. Substances/Emissions class A+ A B C Formaldehyde <10 <60 <120 >120 Acetaldehyde <200 <300 <400 >400 Toloul <300 <450 <600 >600 Tetrachloroethen <250 <350 <500 >500 Xylene <200 <300 <400 >400 1,2,4-Trimethylbenzene <1000 <1500 <2000 >2000 1,4-Dichlorbenzene <60 <90 <120 >120 Ethylbenzene <750 <1000 <1500 > Butoxyethanol <1000 <1500 <2000 >2000 Styrene <250 <350 <500 >500 TVOC <1000 <1500 <2000 >2000 Fából készült ajtó, ablak, padlóburkoló, festétek, pácok, lakkok, fal és mennyezeti elemek.

48 Köszönetnyilvánítás Dimitrios KOTZIAS (JRC, Ispra, Olaszország) John G. BARTZIS (UOWM, Görögország) Philomena M. BLUYSSEN (TNO és University of Delft, Hollandia) Paolo CARRER (UMIL, Olaszország) Serena FOSSATI (UMIL, Olaszország és Harvard University, USA) Andrea CATTANEO (UNINS, Italy) BÁLINT Mária (Bálint Analitika Kft., Magyarország) BURAI László (Servier, Magyarország) Franco LUCARELLI (University of Firenze, Olaszország) Rosanna MABILIA (CNR, Róma, Olaszország) Erica PERRECA (CNR, Róma, Olaszország) Frank J. KELLY (KCL, London) Chrissi DUNSTER (KCL, London) KERTÉSZ Zsófia (ATOMKI, Debrecen) ZÁRAY Gyula (ELTE KKKK, Budapest) This work was supported from the project OFFICAIR (On the reduction of health effects from combined exposure to indoor air pollutants in modern offices) funded by the European Union 7 th Framework (Agreement ) under Theme: ENV SZIGETI Tamás, MSc, PhD-hallgató

49 Köszönöm a megtisztelő figyelmet! A budapesti Szent István Bazilika az OFFICAIR-pályázatban résztvevő egyik irodaház tetejéről