Fotochemiczne utlenianie w fazie cząsteczkowej wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych na sadzy może wytwarzać znaczne ilości wysoce nienasyconego i natlenionego aerozolu organicznego. To zmienia sadzę, aby lepiej służyła jako jądro kondensacji chmur i wpływa na jej wpływ na klimat – takie są wyniki nowego badania prowadzonego przez Yafang Cheng, niezależną grupę badawczą Minerva „Aerosols, Air Quality & Climate” w Instytucie Chemii Maxa Plancka w Moguncji.
Wysoko utlenione cząsteczki organiczne są kluczowym składnikiem atmosferycznego wtórnego aerozolu organicznego. Jednak pochodzenie i mechanizm powstawania wysoko natlenionych cząsteczek organicznych o wysokim stopniu nienasycenia (HU-HOMs) pozostają nieznane. Teraz jednak międzynarodowy zespół badaczy odkrył, że fotoutlenianie dużych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) na sadzy przez tlen singletowy i anion ponadtlenkowy może być ważnym źródłem niewyjaśnionych HU-HOMs powszechnie obserwowanych w atmosferze. Zespołem kierowali Yafang Cheng z Instytutu Chemii Maxa Plancka i Chuncheng Chen z Instytutu Chemii, Chińskiej Akademii Nauk. Ich wyniki oparte są na badaniach na poziomie molekularnym fotochemicznego starzenia się sadzy przez O2. Pochodzące z WWA HU-HOM wykazują laktonowe i bezwodnikowe grupy funkcyjne i mogą znacząco zwiększyć hydrofilowość sadzy.
Oczekuje się, że wzrost hydrofilowości sadzy po fotochemicznym starzeniu będzie miał dalszy wpływ na losy i efekty działania aerozoli sadzy w atmosferze: np. stają się lepszymi jądrami kondensacji chmur, łatwiej wchodzą w chemię fazy wodnej i starzenie, zmieniają proces mokrej depozycji itp.
Rozszyfrowanie wzorów molekularnych
Naukowcy scharakteryzowali ewolucję składu molekularnego podczas fotostarzenia sadzy stosując laserową jonizację desorpcyjną połączoną ze spektrometrią masową rezonansu jonowo-cyklotronowego z transformacją Fouriera (LDI FT-ICR MS), technikę spektrometrii masowej o ultrawysokiej rozdzielczości pozwalającą na pewne przypisanie wzorów molekularnych. Do zbadania ewolucji grup funkcyjnych w trakcie utleniania sadzy zastosowano technikę in situ attenuated total internal reflection IR (ATR-IR). Stwierdzili oni, że wysoko natlenione cząsteczki organiczne o wysokim stopniu nienasycenia (HU-HOMs) powstają w wyniku wielopokoleniowej ścieżki utleniania fotochemicznego, gdzie ketony, aldehydy i kwasy powstają w wyniku fotoutleniania dużych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych na sadzy w początkowym etapie, a następnie tworzą się i gromadzą laktony i bezwodniki podczas dalszego utleniania.
„W tym heterogenicznym utlenianiu fotochemicznym, cząsteczki O2 są początkowym utleniaczem, który jest dalej fotouczulany do tworzenia reaktywnych form tlenu, takich jak tlen singletowy i rodniki anionu ponadtlenkowego”, powiedział Meng Li, postdoc w grupie Yafang Cheng i pierwszy autor badania. „Biorąc pod uwagę obfitość O2 w troposferze, ta ścieżka utleniania powinna być bardzo ważnym procesem starzenia się WWA i cząstek sadzy, zwłaszcza w czystych i odległych regionach” – dodał Meng Li.
