Mikrobien tuottamat haitalliset rikkiyhdisteet sisäilmassa: uusi on-line sovellettava mittaustekniikka - Sisäilmapoliisi-projekti

Transkriptio

1 Mikrobien tuottamat haitalliset rikkiyhdisteet sisäilmassa: uusi on-line sovellettava mittaustekniikka - Sisäilmapoliisi-projekti Panu Harmo 1, Janne Puusa 1,2, Simo Lehtinen 3, Jorma Selkäinaho 1, Elisa Aattela 4, Arto Visala 1 ja Mirja Salkinoja-Salonen 1,5 1 Aalto Yliopisto, Sähkötekniikan ja automaation lts, PL 15500, Aalto 2 Kelloseppäkoulu, Vanha Maantie 11, Espoo; 3 Mikrofokus Oy, Viikinkaari 4, Helsinki, 4 Sisäilmatutkimuspalvelut Elisa Aattela OY, Tampere; 5 Elintarvike- ja ympäristötieteiden lts, PL56, Helsingin Yliopisto

2 Esitelmän sisältö: Rikkivedyn haitalliset pitoisuudet Matalien rikkivetypitoisuuksien terveyshaitat sisätiloissa Rikkivedyn päästölähteet mistä rikkivetyä voi tulla Matalien rikkivetypitoisuuksien mittaaminen Hopeapinta rikkivetyanturina Mittausjärjestelmän käytännön toteutus Tuloksia Johtopäätöksiä Jatkotutkimusta ja kehitystyötä 2

3 Rikkivedyn pitoisuuksien arvoja ja raja-arvoja Ulkoilman 0,11 0,33 ppb * Kaupunki-ilmassakin alle 1 ppb * Pitkäaikaisaltistuksessa ihmisen terveydelle haitalliseksi on raportoitu ppb * Yhdysvaltain terveysviranomainen on asettanut MRL arvoksi (minimal risk level) akuutissa altistumisessa 70 ppb ja pitkäaikaiselle tai toistuvalle altistukselle (asunnot, julkiset rakennukset) 20 ppb * Rikkivedyn hajukynnys 8 ppb, mutta hajuaisti turtuu altistumisen jatkuessa Haitalliseksi tunnetut pitoisuudet (HTP) 5000 ppb/8h Lypsylehmien jatkuvan altistumisen maksimiarvo eläinsuojissa 500 ppb ** Suomessa ei ole asetettu rajaarvoja asunnoille tai julkisille tiloille *) US Department of Health and Human Services. Public Health Service, Agency for toxic Substances and Disease (ATSDR) **) Finlex: 3

4 Matalien rikkivetypitoisuuksien haitallisuus Imeytyy suoraan nenäontelosta hajuhermoa myöten hajukäämiin aivoissa Imeytyy nopeasti keuhkoista verenkiertoon (0,5 cm/s )* Rikkivety on neurologinen myrkky, joka estää mitokondrioiden soluhengitystä ** Edistää alternatiivisen oksidaasin avulla toimivien toksiinia tuottavien homeiden kasvuedellytyksiä *** Rikkivety on immunologinen myrkky, koska se häiritsee ihmisen makrofagien (syöjäsolu) toimintaa. *** *) Riahi S., Rowley C. N. JACS (2014) **) Fiedler N. et al, 2008, Sensory and Cognitive Effects of Acute Exposure to Hydrogen Sulfide, Environmental Health Perspectives, 116:78-85 ***) Magnani T., 2008, J Bioenerg Biomembr 40:

5 Rikkivedyn mahdolliset päästölähteet sisätiloihin Viemärit (putkivuodot, kuivuneet vesilukot) Kostuneet kipsilevyt hajoavat bakteeritoiminnan seurauksena kalsiumsulfidiksi, hiilidioksidiksi, kalsiumkarbonaatiksi, vedeksi, rikkivedyksi ja rikkihiileksi.(caso 4 + orgaaninen aines CaS + CO 2 + CaCO 3 + H 2 O + H 2 S + CS 2 ) *) Ulkoilma, jonka rikkivetylähteitä ovat mm. kaivostoiminta, prosessiteollisuus ja lietelantalat *) Andersen B. et al, Pre-contamination of new gypsum wallboard with potentially harmful fungal species, Indoor Air 2017; 27:

6 Rikkivedyn havainnointi ja mittaus ilmasta Petrokemian ja prosessiteollisuuden prosessit ja ympäristö: erilaisia kemiallisia menetelmiä, korkea H 2 S pitoisuus Teollisuuden työntekijöiden turvallisuus: näytteenotto ja analyysi, kromatografia, johtokyky, 0,6-14 ppm alueella, kannettavat kaasuilmaisimet Kaasuanalysaattoreita: kaasukromatografia, FTIR spektrometria ja muita optisia menetelmiä, sähkökemiallinen kenno, metallioksidipuolijohdekenno, Kolorimetrisiä menetelmiä: lyijyasetaattiteippi, elohopeakloriditeippi, hopea Metyleenisininen 6

7 Hopean tummuminen rikkivedyn ansiosta Laboratoriohuoneeseen laitettiin kolmeen kohtaan (lattiakaivon ritilälle, pesualtaaseen ja pöytätasolle) hopealevyt viiden päivän ajaksi. Vesilukon päälle asetettu tummui voimakkaasti. Hopean tummuminen osoittaa, että ilmassa on epäpuhtautta. Hopean tummuminen rikkivedyn ansiosta on tunnettu ja mittauksissa käytetty reaktio.* 7

8 Rikkivedyn havainnointi pyyhkäisyelektronimikroskoopilla Ongelmattomassa sisäilmassa altistettu sensori. Sensorin pinta koostuu metallisesta hopeasta, mikä näkyy siinä, että EDS antaa vahvan hopeaspektrin (Ag). Sisäilma-ongelmaisessa tilassa altistettu sensori: kahden Ag-huipun lisäksi näkyy rikkihuippu (S) 2,3 kev:n kohdalla. 8

9 Rikkivedyn havainnointi pyyhkäisyelektronimikroskoopilla Kuva EDS-spektri anturista, jossa nähdään hyvin pienen rikkipiikin, 2,3 kev, lisäksi kaksi kalsiumpiikkiä, 3,7 kev ja 4,0 kev kohdalla. Tämä osoittaa kipsipölyn (kalsiumsulfaatin) läsnäoloa anturin pinnalla. Kuva EDS-spektri anturista, joka altistettiin kammiokokeessa 1 µg:lle rikkivetyä. Sulfiditulos on pieni mutta selvä (2,3 kev), samankokoinen kuin viereinen pieni hopeapiikki (Ag 2,6 kev). 9

10 Mittausjärjestelmän käytännön toteutus Hopean tummuusasteen mittaus tapahtuu valaisemalla valkoisella LED-valolla mitattavaa hopeapintaa ja lukemalla heijastuneen valon määrää RGB-värianturilla. Kumulatiivinen menetelmä, hopea-anturit analysoidaan tutkimusjakson lopussa. Usean välipisteen kumulatiivinen menetelmä, hopea-anturit analysoidaan tasaisin välien, esim. kerran viikossa. Lukijalaite, jossa on hopea-anturi, voidaan sijoittaa mitattavaan tilaan ja on-line mittauksia tehdään tasaisin välein tallentaen tiedot muistiin tai lähettäen ne mittauspalvelimelle internetin kautta reaaliajassa. 10

11 Hopealevy tummuu H 2 S:n ansiosta Rikkivetyanturin kirkkaus rikkivetyannosten funktiona kammiokokeissa. Sensori ripustettiin lasista ja metallista koostetun kammion sisätilaan. Kammioon sijoitettiin rikkivedyn päästölähde ja kammio suljettiin välittömästi alumiinitarrateipillä ilmastointiteipillä vahvistettuna. Sensorin hopeapinnan reaktiot rikkivedyn kanssa skannattiin optisesti määräajoin. Signaalin additiivisuutta tutkittiin perättäisillä rikkivetyinjektioilla 2 5 päivän välein. Toisissa kokeissa rikkivety absorboitui koekammioon sijoitettuihin rakennusmateriaaleihin, mikä näkyi siinä että hopeapalat tummuivat hitaammin mutta pidempään. 11

12 Koululuokissa tehdyt mittaukset Laboratoriotiloissa tehdyt mittaukset color lux R G B C Luokka Luokka Luokka Luokka Luokka Luokka Luokka Luokka Luokka Luokka Luokka Luokka lattiakaivo allas pöytä 12

13 Koululuokissa tehdyt mittaukset 2 Edellisen kalvon koulumittauksista saa paremman kuvan, kun ottaa puhtaan hopealevyn ja sisäilmalle altistuneen hopealevyn tummuusarvoista erotuksen. Mitä suurempi erotus, sen enemmän levy on tummunut. Oikealla olevan taulukon neljännen rivin levyssä on tapahtunut selvästi paljon enemmän tummumista kuin muissa levyissä. Asian varmistamiseksi palat vietiin tämän jälkeen samoihin luokkiin vielä kuukaudeksi. color lux R G B

14 Johtopäätöksia Hopeasensorilla havaittiin rikkivetypäästöjä julkisissa sisätiloissa. Opetustilassa, jossa opettaja oireili havaittiin hopeasulfidia, joka osoittaa, että ilmassa on ollut rikkivetyä. Sensorit soveltuvat pitkäaikaisseurantaa, jossa niitä voidaan lukea halutuin välein Usealla anturilla samassa tilassa voitiin paikantaa rikkivedyn lähde Hopea-anturilla paikannettiin rikkivetypäästö, jota kaupallinen mittalaite ei havainnut (GrayWolf) Kehitetty laitteisto on pienikokoinen, kevyt, äänetön ja edullinen 14

15 Jatkotutkimuksia ja kehitystyötä Mittausjärjestelmään kehitetään reaaliaikainen pilvipalvelu Lukulaitteen kehittäminen Hopea-anturin kotelointi ja käsittelyn helpottaminen Parannetaan järjestelmän tarkkuutta Anturin antaman raakadatan analysoinnin kehittämistä Laitteen kaupallistaminen sisäilmahaittojen havainnointiin Tutkimustyötä on tukenut TEKES, ja SISÄILMAPOLIISI hankkeeseen osallistuvat yritykset. Kiitämme yhteistyöstä pääkaupunkiseudun kuntien tilapalveluyksiköitä. 15