Onzichtbaar voor het menselijk oog, moleculaire interacties tussen gassen en vloeistoffen liggen ten grondslag aan een groot deel van ons leven, inclusief de opname van zuurstofmoleculen in onze longen, veel industriële processen en de omzetting van organische verbindingen in onze atmosfeer. Maar moeilijkheden bij het meten van gas-vloeistofbotsingen hebben tot nu toe de fundamentele verkenning van deze processen verhinderd.

Kenneth McKendrick en Matthew Costen, beide aan de Heriot-Watt University, in Edinburgh, VK, hopen dat hun nieuwe techniek om de visualisatie van gasmoleculen die van een vloeistofoppervlak weerkaatsen mogelijk te maken, klimaatwetenschappers zal helpen hun voorspellende atmosferische modellen te verbeteren. De techniek wordt beschreven in The Journal of Chemical Physics , van AIP Publishing.

"De molecule van belang in onze studie, de hydroxylradicaal, is een onstabiel fragment van een molecuul dat het hele begrip van atmosferische chemie en dingen die echt van invloed zijn op het klimaat beïnvloedt, " zei McKendrick. "Sommige van deze belangrijke OH-reacties vinden plaats aan het oppervlak van vloeistofdruppels, maar we kunnen oppervlakte-interacties niet direct zien, dus meten we de kenmerken van de verstrooide moleculen uit realtime films om af te leiden wat er gebeurde tijdens hun ontmoeting met de vloeistof."

Laservellen zijn de sleutel tot de techniek, het induceren van een kortstondig fluorescent signaal van elk molecuul als het door 10 nanoseconden pulsen gaat. Laser-geïnduceerde fluorescentie is op zich niet nieuw, maar dit was de eerste keer dat laservellen werden toegepast voor verstrooiing vanaf een oppervlak in een vacuüm zonder andere aanwezige moleculen die de verstrooiing van de moleculaire bundel verstoren. Hierdoor kon het McKendrick-team individuele frames van moleculaire beweging vastleggen, van moleculaire bundel tot vloeistofoppervlak en verstrooiing, die werden gecompileerd tot films.

In tegenstelling tot eerdere methoden voor het vastleggen van gas-vloeistof-interacties, alle kenmerken die nodig zijn om de interactie te begrijpen:snelheid, verstrooiingshoek, rotatie, enz. - worden vastgelegd in de eenvoudige films die McKendrick beschrijft als 'intuïtief'. Door de moleculaire filmstrips te observeren, Het team van McKendrick merkte moleculen op die onder een groot aantal hoeken verspreid waren, vergelijkbaar met een bal die in alle richtingen stuitert wanneer hij op een oneffen oppervlak wordt gegooid. Deze simpele observatie bewees direct dat het oppervlak van vloeistoffen niet vlak is.

"Als je op moleculair niveau komt, het oppervlak van deze vloeistoffen is erg ruw, zozeer zelfs dat je nauwelijks het verschil kunt zien tussen de verdeling van moleculen wanneer ze verticaal naar beneden op het oppervlak worden gericht of wanneer ze onder een hoek van 45 graden staan. Deze bevinding is belangrijk voor het begrijpen van de kans dat verschillende moleculaire processen plaatsvinden aan het vloeistofoppervlak, ' zei McKendrick.

Terwijl ze hun techniek verbeteren, Het team van McKendrick hoopt meer verfijnde informatie te verzamelen uit atmosferische relevante vloeistoffen. Maar McKendrick wijst erop dat de techniek niet beperkt is tot het gebied van atmosferische wetenschap en waarschijnlijk binnenkort zal worden toegepast om de gas-vaste interacties te begrijpen die optreden in processen zoals de katalytische omzetting van gassen in automotoren.