Particle bound Reactive Oxygen Species emitted from indoor sources - assessment through offline methods

Abstract

Particle-bound reactive oxygen species (ROS) play a key role in mechanisms linking particulate air pollution to adverse health effects through oxidative stress. Understanding the ways in which humans are exposed to ROS is important, and since humans spend most of their time indoors, indoor air quality is a relevant field of research. This thesis investigates particle-bound ROS emitted from typical household activities using offline analytical methods and compares the results with data from a novel online measurement technique, the Particle Into Nitroxide Quencher (PINQ).

Particles were generated in an aerosol chamber from several indoor sources, including candle burning, incense, frying, secondary organic aerosol (SOA) formation from air fresheners, and squalene-ozone reactions representing human skin reacting with ozone, as well as combinations of these sources. Particles were collected on filters and extracted for offline ROS analysis using the dichlorofluorescein (DCFH) assay and spectrofluorometry. The results were compared with real-time ROS measurements during generation obtained using the PINQ, which employs the BPEAnit probe. Additional particle characterization data, including particle size, black carbon concentration, and metal content, were analyzed to explore potential relationships with ROS levels.

The offline method detected particle-bound ROS in all sampled particle types, with particularly high levels observed for candle- and incense-related emissions. However, large variability was found between experiments of the same particle type. Online PINQ measurements showed both positive and negative ROS signals, likely influenced by probe sensitivity and scavenging effects from black carbon. Comparisons between methods reveal limited agreement, highlighting differences in chemical sensitivity, temporal resolution, and methodological constraints.

The results demonstrate that ROS is present on particles in indoor air, hence their health effects are of relevance for further assessment. However, the complexity of assessing particle-bound ROS suggests that no single method can fully capture the oxidative properties of indoor aerosols.

Abstract (Swedish)

Partikelbundna reaktiva syreföreningar (ROS) spelar en central roll i mekanismer som kopplar luftföroreningspartiklar till negativa hälsoeffekter genom oxidativ stress. Förståelsen för hur människor exponeras för ROS är därför viktig och eftersom människor tillbringar större delen av sin tid inomhus är inomhusluftens kvalitet ett relevant forskningsområde. Denna examensuppsats undersöker partikelbunda ROS som avges vid typiska hushållsaktiviteter med hjälp av offline analytiska metoder och jämför resultaten med data från en ny online-mätteknik, Particle Into Nitroxide Quencher (PINQ).

Partiklar genererades i en aerosolkammare från flera inomhuskällor. Dessa inkluderar stearinljus, rökelse, stekning, bildning av sekundära organiska aerosoler (SOA) från luftfräschare samt reaktioner mellan squalen (som representerar hud) och ozon, både var för sig och i kombinationer. Partiklar samlades på filter och extraherades för offline-analys av ROS med hjälp av diklorofluorescein (DCFH) som kemisk prob och spektrofluorometri. Resultaten jämfördes med realtidsmätningar av ROS utförda med PINQ-instrumentet, som använder den kemiska proben BPEAnit. Ytterligare partikelkarakterisering, inklusive partikelstorlek, halt av svart kol och metallinnehåll, analyserades för att undersöka potentiella samband med ROS-nivåer.

Offline-metoden detekterade partikelbundna ROS i samtliga undersökta partikeltyper, med särskilt höga nivåer för emissioner relaterade till stearinljus och rökelse. Samtidigt observerades betydande variationer mellan experiment av samma partikeltyp. Online-mätningar med PINQ uppvisade både positiva och negativa ROS-signaler, vilket sannolikt påverkades av probens känslighet samt scavenging-effekter från svart kol. Jämförelser mellan metoderna visar begränsad överensstämmelse, vilket belyser skillnader i kemisk känslighet, tidsupplösning och metodologiska begränsningar.

Resultaten visar att ROS finns på partiklar i inomhusluft, vilket innebär att det är relevant att fortsatt studera dess hälsoeffekter. Dock indikerar komplexiteten i att bedöma partikelbundna ROS att ingen enskild metod fullt ut kan fånga de oxidativa egenskaperna hos inomhusaerosoler.

Popular Abstract (Swedish)

Skadliga syreföreningar finns i inomhusluften – men metoderna ger olika svar

Reaktiva syreföreningar (ROS) kan leda till negativa hälsoeffekter som hjärt-kärlsjukdomar, stroke och cancer och kopplas till hög dödlighet till följd av luftföroreningar. I detta arbete undersöks ROS från vanliga inomhuskällor och två olika mätmetoder jämförs. Resultaten visar tydliga halter av ROS, men också skillnader mellan metoderna.

Luftburna partiklar är kopplade till flera allvarliga hälsoproblem som hjärt-kärlsjukdomar, stroke och cancer. En viktig förklaring är oxidativ stress, som uppstår när kroppen utsätts för höga halter av reaktiva syreföreningar (ROS). ROS kan finnas direkt på partiklar i luften som vi andas in, så kallad partikelbunden ROS, samt indirekt bildas i kroppen när inandade partiklar interagerar med våra celler. Detta faller under begreppet oxidativ potential.
Eftersom människor spenderar en stor del av vår tid inomhus är det viktigt att förstå hur ROS kan förekomma i inomhusluft och vilka källor som bidrar. Syftet med detta examensarbete var att undersöka partikelbunden ROS från typiska inomhuskällor, samt att jämföra en etablerad traditionell laboratoriemetod med en nyare metod som mäter partiklar i realtid.

Partiklar skapades i en aerosolkammare från följande källor: stearinljus, rökelse, stekning av hamburgare, bildning av sekundära organiska aerosoler (SOA) från alfa-pinen (som används i luftfräschare och rengöringsprodukter samt produceras naturligt av växter), samt reaktioner mellan squalen och ozon, som representerar hur oljor i huden reagerar med ozon. Även kombinationer av dessa källor undersöktes. Partiklar samlades på filter och analyserades med en laboratoriemetod där den kemiska proben DCFH användes. När DCFH reagerar med ROS bildas ett fluorescerande derivat, DCF, och genom att mäta fluorescensen kan man dra slutsatser om hur hög koncentrationen av ROS är. Resultaten jämfördes med mätningar från instrumentet Particle Into Nitroxide Quencher (PINQ), som mätte partikelbunden ROS direkt under experimenten och som använder sig av en annan prob som kallas BPEAnit. Utöver detta analyserades partikelegenskaper som kan påverka förekomsten av ROS såsom partikelstorlek, svart kol och metallinnehåll.

Den traditionella laboratoriemetoden visade att ROS kunde påvisas i alla undersökta partikeltyper, med särskilt höga nivåer för utsläpp kopplade till stearinljus och rökelse. Samtidigt sågs stora variationer mellan olika experiment av samma partikeltyp, vilket gör det svårt att dra enkla slutsatser enbart utifrån medelvärden.

Realtidsmätningarna med PINQ gav både positiva och negativa signaler. Resultaten tyder på att mätningen kan påverkas av instrumentets och probens känslighet samt att vissa patiklar, särskilt sådana med höga halter svart kol, kan störa mätningen genom att binda till sig och inaktivera proben. När metoderna jämfördes fanns endast begränsad överensstämmelse, vilket visar att metoderna fångar olika aspekter av partiklarnas kemiska egenskaper.

Sammanfattningsvis visar arbetet att partikelbunden ROS förekommer i inomhusluft och därför är relevant för fortsatt forskning om inomhusmiljö och hälsa. Samtidigt visar resultaten att det är komplext att mäta ROS, och att flera metoder kan behövas för att få en mer komplett bild av hur inomhuspartiklar påverkar vår hälsa.

• author: Ahrling, Fredric
• supervisor: Aneta Wierzbicka; Jonas Enarsson
• organization: Ergonomics and Aerosol Technology
• course: MAMM05 20252
• year: 2026
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Reactive oxygen species, indoor air quality, particulate matter, aerosol technology, Particle Into Nitroxide Quencher (PINQ)
• language: English
• id: 9224435
• date added to LUP: 2026-03-24 08:03:53
• date last changed: 2026-03-24 08:03:53