Sterk geoxygeneerde organische moleculen zijn een belangrijk onderdeel van atmosferische secundaire organische aerosolen. De oorsprong en het vormingsmechanisme van sterk geoxygeneerde organische moleculen met hoge onverzadiging (HU-HOM's) blijven echter onbekend. Maar nu heeft een internationaal team van onderzoekers ontdekt dat foto-oxidatie van grote polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) op roet door singlet-zuurstof- en superoxide-anionradicalen een belangrijke bron kan zijn van de onverklaarde HU-HOM's die algemeen in de atmosfeer worden waargenomen. Het team werd geleid door Yafang Cheng van het Max Planck Institute for Chemistry en Chuncheng Chen van het Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences. Hun resultaten zijn gebaseerd op onderzoek op moleculair niveau naar de fotochemische veroudering van roet door O_2. De PAK-afgeleide HU-HOM's vertonen functionele lacton- en anhydridegroepen en kunnen de hydrofiliciteit van roet aanzienlijk verhogen.

De toename van de hydrofiliciteit van roet na fotochemische veroudering zal naar verwachting het lot en de effecten van roetaerosolen in de atmosfeer verder beïnvloeden:bijv. betere wolkcondensatiekernen worden, gemakkelijker betrokken zijn bij chemie in de waterfase en veroudering, waardoor het natte depositieproces verandert enz.

De molecuulformules ontcijferen

De onderzoekers karakteriseerden de evolutie van de moleculaire samenstelling tijdens de fotoveroudering van roet door laserdesorptie-ionisatie toe te passen in combinatie met Fourier-transformatie-ion-cyclotronresonantiemassaspectrometrie (LDI FT-ICR MS), een ultrahoge-resolutie massaspectrometrietechniek die een betrouwbare toewijzing van de molecuulformules mogelijk maakt. In situ verzwakte totale interne reflectie IR (ATR-IR) werd gebruikt om de evolutie van functionele groepen tijdens roetoxidatie te onderzoeken. Ze vinden dat sterk geoxygeneerde organische moleculen met hoge onverzadiging (HU-HOM's) worden gevormd via een fotochemische oxidatieroute van meerdere generaties, waarbij ketonen, aldehyden en zuren worden geproduceerd door de foto-oxidatie van grote polycyclische aromatische koolwaterstoffen op roet in de beginfase, gevolgd door de vorming en ophoping van lactonen en anhydriden bij verdere oxidatie.

"In deze heterogene fotochemische oxidatie, O₂ moleculen zijn het initiële oxidatiemiddel, dat verder wordt fotosensibiliseerd om reactieve zuurstofsoorten te vormen, zoals singlet-zuurstof en superoxide-anionradicalen, "zei Meng Li, postdoc in de groep van Yafang Cheng en de eerste auteur van de studie. "Gezien de overvloed aan O₂ in de troposfeer zou deze oxidatieroute een zeer belangrijk verouderingsproces voor PAK's en roetdeeltjes moeten zijn, vooral in schone en afgelegen gebieden," voegde Meng Li eraan toe.

"Deze nieuwe HU-HOM-vormingsroute zou een kenmerkende evolutieroute kunnen zijn van primaire organische aerosolen van verschillende verbrandingen, vanwege het wijdverbreide bestaan ​​van PAK's daar, en aldus bijdragen aan een meer uitgebreid begrip van de chemische evolutie van organische aerosolen," zei Yafang Cheng die de Minerva Independent Research Group bij het MPIC leidt.

Het onderzoek is gepubliceerd in Chem . + Verder verkennen

Mechanisme van Cl-geïnitieerde oxidatie van methacroleïne onder NOx-vrije omstandigheden