Een MIPT-gebaseerd team van onderzoekers heeft voorgesteld de samenstelling van korstmossen te analyseren om de luchtkwaliteit in de atmosfeer te beoordelen wanneer conventionele meetstations niet beschikbaar zijn. Ze maakten een case study van de Xanthoria parietina korstmos, wiens monsters werden verzameld in Moskou, Nizjni Novgorod, en twee steden buiten Moskou:Dolgoprudny en Dubna. Monsteranalyse onthulde hun ijzer, koper, en mangaangehalte, samen met vrije radicalenconcentraties van fenol en polyfenol - twee soorten verbindingen die van nature in korstmossen voorkomen. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in de Tijdschrift voor toegepaste spectroscopie .

"Door aan te tonen dat de luchtkwaliteit de concentratie van radicalen in korstmossen bepaalt, we bewijzen dat elektronenparamagnetische resonantiespectroscopie kan worden gebruikt voor milieumonitoring in steden, " zegt universitair hoofddocent Svetlana Zhuravleva van de afdeling Scheikunde, MIPT. "Dit maakt de methode erg handig voor die gebieden waar geen luchtmeetstations beschikbaar zijn. Zelfs grote steden met miljoenen mensen hebben doorgaans niet meer dan 10 van dergelijke faciliteiten."

Metaalionen en vrije radicalen van organische moleculen zijn betrokken bij enzymatische reacties die van vitaal belang zijn voor de gezondheid. Maar overtollige ionen en radicalen verstoren het celmetabolisme en verstoren de natuurlijke balans van redoxreacties door eiwitten te beschadigen, nucleïnezuren, en de lipiden in het celmembraan. Naarmate deze schade zich ophoopt in de cellen, het kan leiden tot tal van ernstige ziekten. Luchtvervuiling in dichtbevolkte industriële steden is een van de belangrijkste factoren die betrokken zijn bij de overmatige hoeveelheid metaalionen en vrije radicalen in levende cellen. Onderzoekers schatten dat in 2015 16 procent van de sterfgevallen wereldwijd was het gevolg van ziekten veroorzaakt door slechte milieuomstandigheden. Dit is drie keer het aantal sterfgevallen als gevolg van aids, tuberculose en malaria gecombineerd, of 15 keer het aantal mensen dat is omgekomen in oorlogen en door andere vormen van geweld.

De gemeten metalen waren magnesium en twee overgangselementen:ijzer en koper. Hun ionen zijn in staat tot redoxreacties, waardoor ze relatief gemakkelijk elektronen kunnen opgeven of opnemen. Als elektronenuitwisseling in een redoxproces resulteert in een metaalion met een oneven aantal elektronen, een van hen zal ongetwijfeld ongepaard zijn. Dergelijke ionen met ongepaarde elektronen worden paramagnetisch genoemd. Radicalen lijken enigszins op elkaar. Deze term is gereserveerd voor alle andere ionen, atomen, en zelfs hele moleculen van organische of anorganische verbindingen die een ongepaard elektron hebben. Het karakteristieke kenmerk van radicalen en metaalionen is hun zeer reactieve karakter; dat is, ze ondergaan gemakkelijk chemische reacties met andere moleculen. Als gevolg van een verhoogde concentratie van dergelijke reactieve soorten in levende cellen, abnormale chemische processen komen vaker voor. Ze voorkomen dat individuele cellen en bij uitbreiding het lichaam als geheel de staat van dynamisch evenwicht handhaaft die bekend staat als homeostase. Eerder onderzoek wees uit dat een hoger gehalte aan vrije radicalen en paramagnetische metaalionen in zoogdiercellen correleert met een verslechtering van de gezondheid.

" Korstmossen absorberen gemakkelijk verbindingen van metalen uit vervuilde atmosferische lucht. ze zijn autonoom en vereisen geen speciale voorwaarden:korstmossen kunnen aan bomen groeien, rotsen, metalen constructies. Ze hebben geen grond nodig, minimaal licht en zijn dus overvloedig aanwezig in heel Rusland, " legt MIPT-hoogleraar Eduard Trukhan uit, die houder is van een ScD in natuurkunde en wiskunde. "Dit alles maakt korstmossen een uitstekende kandidaat voor gebruik bij milieumonitoring en het beoordelen van de risico's die vervuiling vormt voor de bevolking."

Om het gehalte aan metaalionen en organische radicalen in korstmossen te meten, de onderzoekers gebruikten twee analytische technieken. Eerst, het totale gehalte van alle reactieve soorten met ongepaarde elektronen werd bepaald door middel van elektronenparamagnetische resonantie. Daarna, hun individuele concentraties werden geïdentificeerd via optische emissiespectroscopie.

De onderzoekers vergeleken de verkregen gegevens met de luchtvervuilingsindex, een standaard complexe indicator van milieukwaliteit. API-waarden worden gemeten, berekend, en publiekelijk vrijgegeven door de Federale Dienst voor Hydrometeorologie en Milieumonitoring van Rusland en het Ministerie van Natuurlijke Hulpbronnen en Milieu van het land. API wordt berekend als de som van de gemiddelde jaarlijkse concentraties van verontreinigende stoffen uitgedrukt in hun maximaal toelaatbare concentraties, die zijn gebaseerd op hun gevarenclassificaties. Luchtvervuiling in Dubna en Dolgoprudny wordt als laag beschouwd (API <5), maar Moskou en Nizjni Novgorod hebben een slechte ranking (5

Pavel Bondarenko, een onderzoeker bij de afdeling Chemie, MIPT, benadrukt de relevantie van het werk:"Deze studie biedt de eerste rangschikkingsschaal voor het beoordelen van de milieukwaliteit op basis van paramagnetische centrumconcentratie in korstmossen. Het kan worden gebruikt om stedelijke vervuiling in kaart te brengen en die zones in steden te identificeren die een gevaar kunnen vormen voor de menselijke gezondheid."