Door als eerste de veranderende chemie van koolstofmoleculen in de lucht volledig te volgen, een Virginia Tech-professor zou de manier kunnen veranderen waarop we verontreinigende stoffen bestuderen, smog, en emissies naar de atmosfeer.

Gabriël Isaacman-VanWertz, hoofdwetenschapper van een nieuwe studie gepubliceerd in Natuurchemie en assistent-professor aan de afdeling civiele techniek en milieutechniek van Virginia Tech, heeft een methode ontwikkeld om reacties tussen lucht en op koolstof gebaseerde verbindingen te volgen - een prestatie die voorheen ongrijpbaar was voor onderzoekers.

Deze nieuwe bevinding zou onderzoekers in staat kunnen stellen om vervuiling te bestuderen, smog, en waas op een alomvattende manier, ondersteund door gegevens die het gedrag van een verbinding in de loop van de tijd nauwkeurig weergeven.

"Er zijn tienduizenden verschillende verbindingen in de atmosfeer, Isaacman-VanWertz zei. de focus van mijn werk is om de chemie te bestuderen van hoe die tienduizenden verbindingen met elkaar omgaan en met de tijd veranderen."

Wanneer een bepaalde verbinding in de atmosfeer wordt gebracht, het reageert chemisch om in de loop van de tijd andere verbindingen en moleculen te vormen, legt Isaacman-VanWertz uit, die dit onderzoek begon als een postdoctoraal onderzoeker aan het Massachusetts Institute of Technology met studieco-auteur Jesse Kroll.

Isaacman-VanWertz is vooral gericht op het bestuderen van de manier waarop de atmosfeer interageert met organische verbindingen - de koolstofhoudende verbindingen waaruit alle levende wezens bestaan. Grote hoeveelheden van deze verbindingen worden uitgestoten door natuurlijke bronnen en menselijke activiteiten.

Alles met een geur stoot organische verbindingen uit:citrus, azijn, Nagel lak verwijderaar, en benzine, bijvoorbeeld. Zodra deze uitgestoten verbindingen de atmosfeer binnenkomen, ze veranderen op complexe manieren om honderden of duizenden andere verbindingen te vormen.

Eerder, het volgen van de manier waarop de koolstof verandert zodra het de atmosfeer binnenkomt, was een uitdaging. Dankzij tools die in het afgelopen decennium zijn ontwikkeld, uit deze studie bleek dat volledige meting van koolstof in de atmosfeer nu mogelijk is, hoewel het nog steeds de modernste instrumenten en zorgvuldige analyse vereist.

Voor dit project, Isaacman-VanWertz bestudeerde de geur van dennen, die is gemaakt van een organische verbinding die bekend staat als pineen.

Isaacman-VanWertz en zijn medewerkers aan het MIT gebruikten vijf spectrometers - geavanceerde apparaten die chemicaliën classificeren op basis van hun massa en de atomen die ze bevatten - om de kenmerken van koolstof te meten in een Teflon-zak ter hoogte van een persoon in een klimaatgestuurde, blacklight ingerichte kamer.

Toen ze de blacklights aan deden, het was alsof ik de zon aandeed, Isaacman-VanWertz zei. Het licht van de "zon" stimuleerde de chemie van het pineen in de kamer en simuleerde de reacties die in de atmosfeer zouden plaatsvinden.

Elke spectrometer was belast met het verzamelen van een bepaalde set gegevens gedurende de verstreken reactie, zoals het volgen van specifieke reeksen van chemische verbindingen. Een van de moeilijkste onderdelen van dit experiment was om al deze metingen op dezelfde schaal te zetten, Isaacman-VanWertz zei. Het begrijpen van de specifieke details en metingen van elk instrument kan zo complex zijn, hij zei, er zijn promovendi die hele scripties schrijven over deze onderwerpen.

Isaacman-VanWertz en zijn medewerkers konden, Voor de eerste keer, volledig volgen van de koolstof in de pineenmoleculen van begin tot eind terwijl ze chemische veranderingen ondergingen zoals ze zouden doen in de atmosfeer. De koolstofatomen in pineen verdwijnen niet na hun eerste introductie in de atmosfeer - ze veranderen in honderden verschillende verbindingen door een cascade van chemische reacties.

Hoewel het aanvankelijke mengsel van verbindingen gevormd uit reacties van pineen zeer complex is, alle koolstof bleek terecht te komen in "reservoirs" die relatief stabiel zijn en niet verder in de atmosfeer zullen reageren.

Bovendien, het proces is waarschijnlijk vergelijkbaar voor andere op koolstof gebaseerde verbindingen. Isaacman-VanWertz koos pineen omdat het uitgebreid is bestudeerd, zodat hij eerder werk kon gebruiken om zijn observaties te begrijpen.

Hoewel pineen van nature wordt uitgestoten, zijn gedrag is vergelijkbaar genoeg om beter te anticiperen op de manier waarop andere verbindingen, zoals die in verontreinigende stoffen, smog, en nevel, in de lucht zal reageren. Als u dit begrijpt, helpt het om "een groot beeld van de atmosfeer te schetsen, ', aldus Isaacman-VanWertz.

Bijvoorbeeld, deze resultaten zullen andere onderzoekers helpen begrijpen hoe verontreinigende stoffen van een energiecentrale in de atmosfeer kunnen veranderen en een gemeenschap met de wind kunnen beïnvloeden.

"Als je kunt begrijpen hoe de chemie gebeurt, dan kun je begrijpen wat voor soort verontreinigende stoffen er in de atmosfeer zullen zijn op basis van hoe ver je van een vervuilende bron verwijderd bent, " legt Isaacman-VanWertz uit.

Isaacman-VanWertz hoopt dat andere onderzoekers zullen voortbouwen op de resultaten van dit onderzoek. Hij wil weten of de neiging van uitgestoten verbindingen om te eindigen als langlevende atmosferische componenten algemeen toepasbaar is op andere verbindingen en hoe dit proces kan bestaan ​​naast of concurreren met andere processen die plaatsvinden in de atmosfeer.