Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han desarrollado un nuevo método para analizar el material particulado con mayor precisión que nunca. Usándolo, refutaron una doctrina establecida:que las moléculas de los aerosoles no sufren más transformaciones químicas porque están encerradas en otras partículas en suspensión. En la cámara de smog en PSI, analizaron compuestos químicos directamente en aerosoles y observaron cómo las moléculas se disociaban y así liberaban ácido fórmico gaseoso a la atmósfera. Estos hallazgos ayudarán a mejorar la comprensión de los procesos globales involucrados en la formación de nubes y la contaminación del aire. y perfeccionar los modelos correspondientes. Los resultados de esta investigación se publican hoy en la revista Avances de la ciencia .

El aroma familiar de un bosque de pinos es causado por el α-pineno. Este es uno de los compuestos orgánicos volátiles en los aceites de los árboles de coníferas, y también ocurre en eucalipto y romero. El olor desencadena sensaciones agradables en la mayoría de las personas. Menos agradable es que bajo la influencia de los radicales, el compuesto se transforma en otros compuestos en la atmósfera, las denominadas moléculas orgánicas altamente oxidadas. Algunas de estas son sustancias reactivas y hasta cierto punto nocivas. Solo recientemente han sido objeto de escrutinio por parte de investigadores atmosféricos, y aún no se comprende su papel en la formación de nubes.

Estas moléculas orgánicas altamente oxidadas son menos volátiles que la sustancia de partida α-pineno y, por lo tanto, se condensan fácilmente. Junto con partículas de polvo y otras sustancias sólidas y líquidas en el aire, forman lo que llamamos material particulado o aerosoles.

"Hasta ahora, Se pensó que tales moléculas están protegidas de futuras transformaciones una vez que han aterrizado en materia particulada, "dice Andre Prévôt del Laboratorio de Química Atmosférica en PSI." Se creía que entonces no cambiarían más, pero simplemente se esparciría por la atmósfera y eventualmente llovería ".

Esta opinión generalizada no se corresponde con la realidad, sin embargo, como demostraron Prévôt y sus colegas investigadores de la ISP:"Las reacciones continúan, incluso en el material particulado ". Las moléculas permanecen reactivas y reaccionan entre sí para formar partículas más grandes o se disocian, liberando así, por ejemplo, ácido fórmico. Este compuesto común se encuentra no solo en hormigas y ortigas, pero también en la atmósfera, donde es un indicador importante de contaminación del aire.

Las observaciones de los investigadores de la ISP deberían ayudar a mejorar los modelos de simulación, como los de la formación de nubes y la contaminación del aire. Los modelos simulan lo que sucede en la atmósfera para predecir, por ejemplo, cómo una reducción de ciertas emisiones afectará la calidad del aire.

Del aerosol al dispositivo de medición

Por primera vez, Los investigadores de PSI analizaron compuestos químicos directamente en material particulado en condiciones atmosféricas. Para esto, usaron la cámara de smog de PSI, en el que se pueden simular procesos en la atmósfera. Los investigadores inyectaron una gota de α-pineno en la cámara y provocaron que el compuesto reaccionara con el ozono. Durante un período de 15 horas, observaron qué compuestos químicos se formaron a partir de α-pineno y cuáles desaparecieron de nuevo después.

Esto fue posible gracias a un nuevo dispositivo analítico para mediciones atmosféricas que los investigadores desarrollaron en cooperación con la empresa Tofwerk en Thun. Suiza:un llamado EESI-TOF (espectrómetro de masas de tiempo de vuelo de ionización por electropulverización extractiva). "También detecta moléculas más grandes directamente en el aerosol, "explica el químico atmosférico Urs Baltensperger." Los métodos de medición anteriores, por otra parte, Corta las moléculas en fragmentos más pequeños a altas temperaturas ". El nuevo dispositivo se ioniza sin fragmentación." Podemos registrar cada molécula por separado ".

Tofwerk ha lanzado el dispositivo al mercado con la ayuda de PSI, para que otros investigadores atmosféricos también puedan beneficiarse del nuevo método.

Mediciones en Zurich

El nuevo método analítico se puede utilizar no solo en el laboratorio, sino también directamente en el sitio. Durante el invierno de 2018/19 y el verano de 2019, Los investigadores de PSI lo utilizaron para investigar los aerosoles en el aire en Zúrich. Como se vio despues, un buen tercio del material particulado de Zurich en verano consiste únicamente en productos de reacción de α-pineno y moléculas similares. En invierno, sin embargo, las emisiones de los sistemas de combustión de madera y sus productos de reacción pasan a primer plano.

Los investigadores han planeado más campañas de medición en China e India. Allí quieren analizar qué moléculas se forman en el aire de una ciudad con más de un millón de habitantes.