En avancerad laserteknik har gjort det möjligt för forskare att observera, i realtid, sönderdelning av en förorening i atmosfärisk salpetersyra, som spelar en nyckelroll i bildandet av ozon och fotokemisk smog. Tekniken, beskrivs av Hokkaido University forskare i The Journal of Physical Chemistry Letters , kan användas i en mängd olika applikationer.

Nitrofenoler är en typ av fina partiklar som finns i atmosfären som bildas till följd av förbränning av fossila bränslen och från skogsbränder. Det antas att ljus interagerar med nitrofenoler och bryter ner dem till salpetersyra; Atmosfärisk salpetersyra är känd för att generera hydroxylradikaler som är ansvariga för ozonbildning. För mycket ozon och kväveoxider leder till bildandet av en atmosfärisk dis som kallas fotokemisk smog, som kan orsaka andningssjukdomar. Tills nu, det har inte funnits några bevis för sönderdelning av nitrofenol till salpetersyra av solljus.

Hokkaido University tillämpade fysikern Taro Sekikawa och kollegor utvecklade en ny sonderingsteknik för att observera processen i realtid. De jämförde sedan sina mätningar med teoretiska kvantkemiska beräkningar.

"Vår studie visade att bestrålning av o-nitrofenol med solljus är en av de direkta orsakerna till produktion av salpetersyra i atmosfären, "säger Sekikawa.

Teamet utvecklade en avancerad laserteknik som involverar spännande nitrofenol med ett laserljus på 400 nanometer och sedan lyser mycket kort, mycket snabba pulser av ultraviolett ljus på den för att se vad som händer. Specifikt, de använde extremt UV -ljus, som har mycket korta våglängder, lyste i femtosekunder, som varar en miljonedel av en miljarddel av en sekund. Hela processen mäter energitillstånden och molekylära förändringar som uppstår när nitrofenolföreningen sönderfaller över tiden.

Forskarna fann att salpetersyra börjar bilda 374 femtosekunder efter att nitrofenolen först exciteras av ljus. Nedbrytningsprocessen innebär förvrängning av nitrofenolmolekylens form genom ljusbestrålning och förändringar i dess energitillstånd, slutligen leder till bildning av salpetersyra.

"Fotoelektronspektroskopi med extremt ultraviolett ljus förväntas ha ett brett spektrum av tillämpningar som en metod för att mäta kemiska reaktioner, "säger Sekikawa." Det kan användas, till exempel, att förstå mekanismen genom vilken ultravioletta strålar inaktiverar virus på molekylär nivå, och att förstå andra kemiska reaktioner som sker i atmosfären.