‘قیچی’ نشان می دهد که چگونه ذرات تکامل در فضای

تحقیقات جدید نشان می دهد که چگونه aerosol optical tweezing می تواند به دانشمندان اجازه می دهد برای بررسی ذرات در اتمسفر با دقت.

“چه این به ما اجازه می دهد آیا واقعا برای اولین بار است که به طور مستقیم پروب و درک کنند که چگونه ذرات تکامل در جو می گوید:” رایان سالیوان دانشیار شیمی و مهندسی مکانیک در دانشگاه کارنگی ملون مرکز جوی ذرات مطالعات.

موچین نوری امکان استفاده از نیروهای اعمال شده توسط نور را به دام اندازد و به آرامی دستکاری کوچک ذرات یا قطرات است. آرتور اشکین برنده 2018 جایزه نوبل در فیزیک را برای توسعه روش. در aerosol optical tweezing (AOT) فردی ذرات به آرامی levitated یا “tweezed” در یک پرتو لیزر در حالی که یک رامان طیف ارتعاشی ذرات جمع آوری شده با استفاده از همان نور لیزر.

“با تکنیک های دیگر شما به نوعی استاتیک لحظهای ذرات” سالیوان توضیح می دهد. اما با AOT محققان می توانید همان ذرات برای ساعت آن را به عنوان تغییرات در پاسخ به محرک های مختلف است که راه بسیار واقعی تر به رعایت آنها چگونه ممکن است رفتار در فضای واقعی.

“ذرات شناور در جو به مدت حداقل یک هفته به طور متوسط” سالیوان می گوید. “آنها آنقدر پویا—ترکیب و خواص دیگر دائما در حال تحول است.”

که تکامل می تواند در نتیجه نه تنها در حال تغییر از ذرات ساطع شده به اتمسفر از زمین بلکه در امکانات کاملا جدید که در حال شکل گیری است. ثانویه آلی, ذرات معلق در هوا (SOAs) در مولکول های تشکیل شده به طور مستقیم در جو از اکسیداسیون مولکولهای آلی مانند کسانی که درختان خودرو و مصرف کننده محصولات منتشر می کنند. این ذرات مهم اما بسیار متغیر مولفه های جو و می تواند اثرات آلودگی هوا, با کیفیت ابر و آب و هوا و سلامت انسان است.

ثانویه آلی آئروسل

در یک سال 2017 مطالعه در مجله علوم محیط زیست و فناوریسالیوان آزمایشگاه دستگیر شده و مورد تجزیه و تحلیل ثانویه آلی آئروسل برای اولین بار با AOT. او با نیل Donahue, یک استاد شیمی و مهندسی شیمی و کایل Gorkowski یک پژوهشگر فوق دکترا در دانشگاه مک گیل که مشغول به کار در دکترای خود را با سالیوان و Donahue.

“این بسیار پیچیده مواد” سالیوان می گوید کار با SOA که محققان تولید شده به طور مستقیم در AOT مجلسی از ازن واکنش با بخار آلی آلفا-پينن یک ترپن مولکول از درختان. “شما ده ها یا صدها نوع متفاوت از محصولات شیمیایی به عنوان یک نتیجه — آن را مانند یک فراری واکنش زنجیره ای با انواع و اقسام شاخه.” این SOA یک جزء اصلی از جوی ذرات و AOT رویکرد فراهم می کند یک راه منحصر به فرد به طور مستقیم به مطالعه خواص آن و شیمی.

با استفاده از tweezed SOA ذرات سالیوان و همکاران در یک مطالعه منتشر شده در سال بعد در مجله علوم محیط زیست: فرآیندهای & اثرات گزارش خود روش جدید برای تجزیه و تحلیل خواص و مورفولوژی ذرات که جداگانه به دو جداگانه شیمیایی فاز بر اساس طيف رامان جمع آوری شده از AOT. در اکثر موارد SOA با تشکیل یک جداگانه پوسته فاز در اطراف یکی دیگر از هسته فاز و جدید خود را تجزیه و تحلیل آنها اجازه تعیین خواص هر دو فاز به عنوان آنها را تغییر دهید از طریق ادامه واکنش های شیمیایی.

نتایج اولین مستقيم تایید آنچه محققان تا به حال مشکوک در مورد SOA قطرات —که آنها را “فاز جداگانه” در جو تشکیل یک هسته از آبی یا آبگریز مواد آلی احاطه شده توسط یک پوسته اکسید ثانویه مواد آلی.

درک دقیق مورفولوژی SOAs مهم است Sullivan زیرا چه در سطح ذرات می توانید تعیین کنید که چگونه به راحتی به آن واکنش نشان می دهد با دیگر گازها و بخار آب و نور در جو است. برای مثال بسیاری از اثری مهم گازها در جو واکنش نشان می دهند با سرعت بسیار بیشتری با فاز آبی از مواد آلی.

“اگر من یک مولکول است که واقعا می خواهد به واکنش نشان می دهند با آب و من به نقب زدن و پراکندن طریق این آلی پوسته من ممکن است رسیدن به فاز آبی که من می خواهم به واکنش نشان می دهند در زمان” سالیوان توضیح می دهد. این آلی پوسته می توانید در نتیجه تعطیل مهم گاز-ذرات واکنش های.

ذرات در جو و قطرات pH

در یک مطالعه جدید در مجله شیمی, Sullivan, Donahue و Gorkowski restaged آزمایش های پشت تیم را تا سال 2018 کار نشان فاز جدایی از SOA اما تحت شرایط مختلف.

“ما می خواستیم برای دیدن اگر نتایج ما تا به حال کشیده شده در مورد فاز جدایی و مورفولوژی ثانویه آلی آئروسل در معرض رطوبت نسبی برگزار شد در کاهش رطوبت نسبی که وجود دارد کمتر بخار آب در اطراف” سالیوان می گوید. “و آنها انجام دهد.”

در این مطالعه جمع آوری نتایج و مشاهدات از پژوهش های قبلی برای ساخت یک پیش بینی فرمول برای زمانی که یک فاز جدایی رخ می دهد که مواد متفاوتی هستند اکسیده تحت شرایط مختلف و چه مورفولوژی است که منجر به پیچیده فاز جدا کردن ذرات از جمله SOA خواهد بود. سالیوان معتقد است این بینش جدید می تواند گنجانیده شده فعلی شیمیایی مدل که پیش بینی رفتار و تکامل جوی ذرات بیش مقیاس جهانی.

در یکی دیگر از مطالعه جدید Sullivan Gorkowski و Hallie بویر استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه داکوتای شمالی و سابق پژوهشگر فوق دکترا در دانشگاه کارنگی ملون توسعه یافته یک روش به دقت اندازه گیری pH tweezed قطرات خود را به منظور تعیین اسیدیته. این تحقیق به نظر می رسد در مجله Analytical Chemistry.

“PH قطرات یک سوال باز در شیمی اتمسفر به ذرات به دلیل اسیدی مانند یک کلید ملک اساسا همه شیمیایی و رفتار” سالیوان می گوید. اموال نه تنها می تواند تحت تاثیر قرار چگونه و اگر واکنش رخ می دهد بین ذرات مختلف, اما آن را نیز می توانید تعیین اینکه آیا یک ذره به پایان می رسد تا تبدیل شدن به فاز از هم جدا شده یا نه.

در حالی که تعیین pH یک روند دشوار نیست در شرایط عادی اندازه گیری آن به طور مستقیم از معلق picoliter ذرات آئروسل را به چالش کشیده است شیمی اتمسفر جامعه برای دهه سالیوان یادداشت ها. در خصوص بالا بودن غلظت یون ها در جوی ذرات منجر یون به تعامل با یکدیگر بیشتر از در بسیاری از مواد تولید “nonideal” فعل و انفعالات شیمیایی است که می تواند به طور قابل توجهی تغییر قطره اسیدیته.

با ترکیب دو قطعه از اطلاعات منحصر به فرد تعیین شده از رامان طیف ارتعاشی ذرات این تیم شد قادر به توسعه یک روش برای غلبه بر این چالش ها و اندازه گیری pH از هر قطره به طور مستقیم با دقت بالا. علاوه بر این, آنها قادر به ردیابی تغییرات در قطرات pH. در آینده کار آنها نیز نشان می دهد توانایی برای مشاهده تغییرات در pH از هر دو هسته و پوسته فاز-جدا کردن ذرات به طور مستقل در طول زمان است.

با تمام ابزار در حال حاضر در محل سالیوان است که به دنبال به جلو به ساختمان در تمام این aerosol optical tweezing کار با استفاده از این تکنیک برای مطالعه طیف گسترده ای از ذرات و فعل و انفعالات شیمیایی در جو زمین در راه واقع بینانه.

“نوری موچین ما اجازه می دهد تا برای اولین بار به طور مستقیم پروب پویا تکامل از تمام این خواص بحرانی جوی ذرات و چگونه آنها بازخورد در هر یک از دیگر به عنوان هر ذره همچنان به تکامل” سالیوان می گوید.

بودجه برای شیمی و شیمی تجزیه نشریات از بنیاد ملی علوم. Hallie بویر تا به حال حمایت از یک کمک هزینه تحصیلی فوق دکتری از دریفوس پایه و اساس است.

منبع: بن Panko برای دانشگاه کارنگی ملون

اصلی مطالعه DOI: 10.1016/j.chempr.2019.10.018

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>