Osynlig för det mänskliga ögat, molekylära interaktioner mellan gaser och vätskor understödjer mycket av våra liv, inklusive absorptionen av syremolekyler i våra lungor, många industriella processer och omvandling av organiska föreningar i vår atmosfär. Men svårigheter att mäta gas-vätskekollisioner har hittills förhindrat grundläggande utforskning av dessa processer.

Kenneth McKendrick och Matthew Costen, båda vid Heriot-Watt University, i Edinburgh, STORBRITANNIEN., hoppas deras nya teknik för att möjliggöra visualisering av gasmolekyler som studsar från en flytande yta kommer att hjälpa klimatforskare att förbättra sina förutsägbara atmosfärsmodeller. Tekniken beskrivs i Journal of Chemical Physics , från AIP Publishing.

"Molekylen av intresse i vår studie, hydroxylradikalen, är ett instabilt fragment av en molekyl som påverkar hela förståelsen av atmosfärisk kemi och saker som verkligen påverkar klimatet, "sa McKendrick." Några av dessa viktiga OH -reaktioner sker på ytan av vätskedroppar, men vi kan inte se ytinteraktioner direkt, så vi mäter egenskaperna hos de spridda molekylerna från realtidsfilmer för att utläsa vad som hände under deras möte med vätskan. "

Laserark är nyckeln till tekniken, inducera en kortlivad fluorescerande signal från varje molekyl när den passerar genom 10 nanosekundpulser. Laserinducerad fluorescens är inte ny i sig, men detta var första gången laserark har applicerats på spridning från en yta i ett vakuum utan några andra molekyler närvarande för att störa spridningen från molekylstrålen. Detta gjorde det möjligt för McKendrick -teamet att fånga individuella ramar av molekylär rörelse, från molekylär stråle till vätskeyta och spridning, som sammanställdes till filmer.

Till skillnad från tidigare metoder för att fånga gas-vätskeinteraktioner, alla egenskaper som behövs för att förstå interaktionen - hastighet, spridningsvinkel, rotation, etc. - fångas in i de enkla filmerna som McKendrick beskriver som "intuitiva". Genom att observera de molekylära filmremsorna, McKendricks team noterade molekyler spridda i ett brett spektrum av vinklar, liknande en boll som hoppar av i alla riktningar när den kastas på en ojämn yta. Denna enkla observation visade direkt att vätskans yta inte är plan.

"När du kommer ner till molekylnivån, ytan på dessa vätskor är mycket grov, så mycket att du knappt kan se skillnaden mellan molekylernas fördelning när den riktas ner vertikalt på ytan eller i en vinkel på 45 grader. Detta fynd är viktigt för att förstå möjligheterna att olika molekylära processer sker på vätskeytan, sa McKendrick.

När de förbättrar sin teknik, McKendricks team hoppas kunna samla in mer förfinad information från atmosfäriska vätskor. Men McKendrick påpekar att tekniken inte är begränsad till området för atmosfärisk vetenskap och kommer sannolikt snart att tillämpas för att förstå gas-fasta interaktioner som uppstår i processer som katalytisk omvandling av gaser i bilmotorer.