İKİNCİL ORGANİK AEROSOLLERİN İÇ ORTAMLARDA OLUŞMA MEKANİZMASI
Sibel MENTEŞE
ÖZET
Aerosollerin çapları azaldıkça sağlık etkileri de o kadar önem kazanmaktadır. Çapları çok küçük olan ikincil organik aerosoller, akciğerlerin en uç noktalarına kadar ulaşabildiği için olumsuz sağlık etkileri halk sağlığını ilgilendirebilecek önemli bir duruma işaret etmektedir. İkincil organik aerosollerin oluşması için belirli uçucu organik bileşiklerin (genellikle alkenler) ozon varlığında reaksiyona girmesi gerekmektedir. Uçucu organik bileşikler hemen hemen her iç ortamda ahşap eşya, bina malzemeleri (izolasyon malzemeleri, alçıpan, boya gibi) ile deodorant, temizlik ürünleri ve oda kokusu gibi birçok tüketici malzemesinden hava ortamına salınabilmektedir. İkincil organik aerosollerin oluşumuna neden olan bu koşullar, kuvvetle muhtemel olarak birçok ortamda mevcuttur. Bu çalışmada tipik bir ev ortamında havadaki ikincil olarak oluşan aerosollerin sayıca büyük bir bölümünün nanometre seviyesinde olduğu belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: ikincil organik aerosoller, uçucu organik bileşikler, ozon, iç ortam havası.
ABSTRACT
As the diameter of aerosols decresase, their health effects are getting more crucial. Since secondary organic aerosols, which are socalled ultrafine diameters, can deep into lung, their adverse health effects indicate important situations in terms of public health. To generate secondary organic aerosols, reaction between certain volatile organic compounds (generally alkenes) and ozone is provided.
Volatile organic compounds can emit into almost all indoor environments from pressed-wood products, building materials (insulation materials, gypsum board, paint etc.) and comsumer products such as deodorant, household cleaners, and air fresheners. Those conditions that can result in secondary organic aerosol formation are most probably available in many environments. In this research, it was determined in a typical house environment, that the number of secondarily generated organic aerosols in the air are mostly within nanometer scale.
Key Words: secondary organic aerosols, volatile organic compounds, ozone, indoor air.
1. GİRİŞ
İnsanların zamanlarının çoğunu ev, okul ve araç içi gibi iç ortamlarda geçirmeleri ve iç ortamda hava kalitesine etkisi olabilecek fazla kaynağın olması nedeni ile özellikle doğal havalandırmalı binalarda halk sağlığı açısından tehdit oluşturabilmektedir. İç ortam hava kirleticileri oluşum mekanizmalarına göre birincil kirleticiler ve ikincil kirleticiler olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Birincil kirleticiler konusu (Ör: kaba partiküller, biyoaerosoller, gaz kirleticiler gibi) üzerinde şimdiye kadar pek çok çalışma yapılmıştır. Ancak bazı kirleticilerin ikincil olarak oluştuğu yönünde yapılan çalışmalar çok yenidir ve halen pek çok kirleticinin bu yolla oluşum mekanizması tam olarak açıklanamamıştır. İkincil organik aerosoller de bu grup içerisinde yer almaktadır.
Aerosollerin çapları azaldıkça sağlık etkileri de o kadar önem kazanmaktadır. İkincil organik aerosoller, gaz fazında gerçekleşen reaksiyonlar neticesinde oluşan nanometre boyutundaki partiküllerdir. Çapları çok küçük olan ikincil organik aerosoller, akciğerlerin en uç noktalarına kadar ulaşabildiği için, olumsuz sağlık etkileri halk sağlığını ilgilendirebilecek önemli bir duruma işaret etmektedir. Bu kirleticilerin boyutlarının küçük olmasının yanında; toksik kimyasallar için taşınım ortamı olmaları da insan solunum sistemi ve akciğer dokularında tahribata neden olması nedeni ile de ayrı bir öneme sahiptir [1]. Bu nedenle halk sağlığının korunması açısından genellikle nanometre gibi ultraince boyuttaki ikincil organik aerosollerin oluşumunda hangi parametrelerin ne derecede etkin olduğunun araştırılması alınabilecek önlemlerin ortaya çıkarılması için elzemdir. İkincil organik aerosollerin oluşması için belirli uçucu organik bileşiklerin ozon gibi oksitleyicilerin varlığında kompleks seri reaksiyonların neticesinde gerçekleştiği düşünülmektedir [2-4]. Havadaki ozon seviyesi; coğrafi durum, mevsim ve günün periyodu gibi birçok faktörün etkisiyle değişim göstermektedir [5]. Uçucu organik bileşikler hemen hemen her iç ortamda ahşap eşya, bina malzemeleri (izolasyon malzemeleri, alçıpan, boya gibi) ile deodorant, temizlik ürünleri ve oda kokusu gibi birçok tüketici malzesinden hava ortamına salınabilmektedir [6-8]. Ülkemiz koşullarında çoğu iç ortam, doğal havalandırma yolu ile havalandırılmaktadır. İkincil organik aerosollerin oluşumuna neden olan bu iki koşul, kuvvetle muhtemel olarak birçok ortamda mevcuttur. Şekil 1’de ikincil organik aerosol oluşumu şematize edilmiştir. Bu çalışmada ikincil organik aerosollerin oluşum mekanizması; partikül sayısı ve partikül çap aralığı açısından tipik bir ev koşulunda araştırılmıştır.
Şekil 1. Bina İçinde İkincil Organik Aerosol Oluşumu.
2. İKİNCİL ORGANİK AEROSOL OLUŞUMU
İkincil organik aerosol oluşumunun araştırıldığı bu çalışma tipik ev koşullarında gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla önceden ortam havası organik ve partikül kirleticileri açısından izlenen bu mikro ortama belirli bir dozda 1 saat süre ile ozon (<100 ppb) verilmiştir. Ozon seviyesi, çalışma öncesinde ölçülmüştür ve ortamdaki ozon konsatrasyonu sürekli olarak sıfırdır. Ev havasında 100 ppb’den düşük ozon koşullarında ikincil organik aerosollerin oluşumu, ozon ilavesi öncesinde ve sonrasında partikül sayısının ölçümü ile izlenmiştir. Partikül seviyesi, 0.3 µm ila 20 µm çapındaki partiküllerin sayısını 15 farklı çap aralığındaki çoklu-kanallar ile sayarak partiküllerin çap aralığına göre konsantrasyonunu belirlemeye imkan veren bir cihaz ile (GRIMM) ölçülmüştür.
Şekil 2’de 0.3-0.4 µm çap aralığındaki ve 0.3-20 µm çap aralığındaki partiküllerin çalışma boyunca zamansal olarak değişimi verilmiştir. Buna göre, ozon ortamda olduğu andan itibaren en küçük boyuttaki partiküllerin (<300 nm) seviyesinde çok hızlı bir artış gözlenmiştir (1000 partikül/cm3). Ozon dozlamasının sona erdiği 1 saatlik süre sonunda partikül madde seviyesi, ozon varlığındaki artış hızına göre daha yavaş bir hızla azalmaya başlamıştır. Ozon dozlanması biter bitmez, nanopartikül seviyesinde hızla düşüş; partikül çapında ise artış gözlenmiştir. Ozon miktarı sıfıra düştükten belirli bir
süre sonra ise ortamdaki partikül seviyesi ve çap dağılımı, ozon ilavesinden önceki kompozisyonuna tekrar ulaşmıştır. Partikül madde seviyesi yaklaşık 18 saat içerisinde ozon dozlamaya başlanmadan önceki seviyesine tekrar ulaşmıştır. Çalışma süresince ölçülen aerosollerin sayı olarak neredeyse tamamı cihaz ölçümünün yapıldığı en düşük kanaldaki çap aralığı olan 0.3 ila 0.4 mikrometre arasında olduğu gözlenmiştir.
0,1 1 10 100 1000 10000
1 61 121 181 241 301 361 421 481 541 601 661 721 781 841 901 961 10211081
partikül sayısı/cm3
süre (dk)
0.3-0.4 µm (sayı/cm³) 0.3-20 µm (sayı/cm³)
ozon dozlama başlangıç
ozon dozlama son
Şekil 2. İkincil Organik Aerosol Oluşumu: 300-400 nm Çap Aralığı ve 300 nm-20 µm için (toplam) Partikül Madde Konsantrasyonu
Partikül konsantrasyonu, ozon dozlamasının hemen ardından önceki düşük seviyesinde seyretmiştir (Şekil 3a). Ancak ozon dozlamasının başlamasından 15 dakika sonra partikül seviyesi 2 kat artmıştır (Şekil 3b), ozon dozlaması bitmeden hemen önce ise maksimum seviyesine ulaşmıştır (Şekil 3c).
Şekil 2’den de görüldüğü üzere, ozon dozlaması bittikten hemen sonra partikül seviyesi düşmeye başlamıştır.
0 50 100 150 200 250
partikül sayısı/L
çap aralığı
1 dk
(a)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
partikül sayısı/L
çap aralığı
15 dk
(b)
1 10 100 1000 10000 100000
partikül sayısı/L
çap aralığı
60 dk
(c)
Şekil 3. Ozon Dozlanmasına Başlandıktan a) 1 dk, b) 15 dk, c) 60 dk Sonra Partikül Konsantrasyonunun 0.3-20 µm Çap Aralığına Göre Değişimi
SONUÇ
İkincil organik aerosol oluşum mekanizması, literatürün son zamanlarda araştırmaya başladığı çok yeni bir konudur. Bu çalışma ile de saptandığı üzere, gerek oluşum mekanizması, gerekse reaksiyonun hızını değiştirebilen çeşitli faktörlerin ortamda bulunması neticesinde oluşabilecek partikül çap aralığı ve konsantrasyonu değişim gösterebilmektedir. Bu çalışmada, ozon varlığında partikül seviyesinin belirgin olarak arttığı; ozon yokluğunda ise azaldığı gözlenmiştir.
KAYNAKLAR
[1] LAMORENA, R.B., Jung, S.G., Bae, G.N., Lee, W., “The formation of ultra-fine particles during ozone-initiated oxidations with terpenes emitted from natural paint”, J Hazardous Materials, 141:245-251, 2007.
[2] EUR 23052 EN, European Collaborative Action: Urban air, indoor environment and human exposure, “Impact of ozone-initiated terpene chemistry on indoor air quality and human health”, 2007.
[3] SARWAR, G., Corsi, R., Allen, D., Weschler, C., “The significance of secondary organic aerosol formation and growth in buildings: experimental and computational evidence”, Atmospheric Environment, 1365-1381, 2003.
[4] CARSLAW, N., “A new detailed chemical model for indoor air pollution”, Atmospheric Environment, 41:1164-1179, 2007.
[5] WESCHLER, C.J., “Changes in indoor pollutants since the 1950s”, Atmospheric Environment, 43:153-169, 2009.
[6] WOLKOFF, P., Wilkins, C.K., Clausen, P.A., Nielsen, G.D., “Organic compounds in office environments - sensory irritation, odor, measurements and the role of reactive chemistry”, Indoor Air, 16:7-19, 2006.
[7] NICOLAS, M., Ramalho, O., Maupetit, F., “Reactions between ozone and building products:
Impact on primary and secondary emissions”, Atmospheric Environment, 41:3129-3138, 2007.
[8] ZHAO, B., Chen, C., Tan, Z., “Modeling of ultrafineparticle dispersion in indoor environments with an improved drift flux model”, Aerosol Science, 40:29-43, 2009.
ÖZGEÇMİŞ Sibel MENTEŞE
1981 doğumlu Menteşe, 2002 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümünden mezun olmuştur. 2004 yılında Hacettepe Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümünde Yüksek Mühendis unvanını almıştır. Sosyal Çevre konuları üzerine de ilgisi olan Menteşe, 2007 yılında Ankara Üniversitesi Sosyal Çevre Bilimleri Bölümünden ikinci Yüksek Lisans derecesini almıştır. 2004-2009 yılları arasında aynı üniversitede Araştırma Görevlisi olarak çalışmıştır ve 2009 yılında iç hava kalitesi üzerine kapsamlı bir doktora tezi tamamlamıştır. Dr. Menteşe Türkiye ve Almanya’da iç ortam hava kalitesi ve materyal analizi konuları üzerine çeşitli projeler yapmıştır. 2010 yılından bu yana Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Çevre Mühendisliği bölümünde Yrd. Doç. Dr. olarak görev yapmaktadır.
