Fuente de luz de pulso ultravioleta extrema de femtosegundos y espectrómetro de fotoelectrones, instrumentos clave utilizados en el experimento. Crédito:Taro Sekikawa
Una técnica láser avanzada ha permitido a los investigadores observar, en tiempo real, la descomposición de un contaminante en ácido nitroso atmosférico, que juega un papel clave en la formación de ozono y smog fotoquímico. La técnica, descrito por investigadores de la Universidad de Hokkaido en The Revista de letras de química física , podría utilizarse en una amplia gama de aplicaciones.
Los nitrofenoles son un tipo de partículas finas que se encuentran en la atmósfera y que se forman como resultado de la combustión de combustibles fósiles y de los incendios forestales. Se plantea la hipótesis de que la luz interactúa con los nitrofenoles y los descompone en ácido nitroso; Se sabe que el ácido nitroso atmosférico genera los radicales hidroxilo responsables de la formación de ozono. Demasiado ozono y óxidos de nitrógeno dan lugar a la formación de una neblina atmosférica llamada smog fotoquímico, que puede causar enfermedades respiratorias. Hasta ahora, no ha habido evidencia de la descomposición del nitrofenol en ácido nitroso por la luz solar.
El físico aplicado de la Universidad de Hokkaido, Taro Sekikawa, y sus colegas desarrollaron una nueva técnica de sondeo para observar el proceso en tiempo real. Luego compararon sus mediciones con cálculos teóricos de química cuántica.
"Nuestro estudio mostró que la irradiación de o-nitrofenol con luz solar es una de las causas directas de la producción de ácido nitroso en la atmósfera, "dice Sekikawa.
El equipo desarrolló una técnica láser avanzada que implica excitar nitrofenol con una luz láser de 400 nanómetros de longitud de onda y luego brillar muy corto, Pulsos muy rápidos de luz ultravioleta sobre él para ver qué sucede. Específicamente, usaron luz ultravioleta extrema, que tiene longitudes de onda muy cortas, brilló en femtosegundos, que duran una millonésima de mil millonésima de segundo. Todo el proceso mide los estados de energía y los cambios moleculares que ocurren a medida que el compuesto de nitrofenol se descompone con el tiempo.
En la atmósfera, la luz del sol descompone el nitrofenol para formar ácido nitroso (HONO), que conduce al smog fotoquímico. Crédito:Taro Sekikawa
Los científicos descubrieron que el ácido nitroso comienza a formarse 374 femtosegundos después de que el nitrofenol se excita por primera vez con la luz. El proceso de descomposición implica la distorsión de la forma de la molécula de nitrofenol por irradiación de luz y cambios en sus estados energéticos. conduciendo finalmente a la formación de ácido nitroso.
"Se espera que la espectroscopia de fotoelectrones con luz ultravioleta extrema tenga una amplia gama de aplicaciones como método para medir reacciones químicas, "dice Sekikawa." Podría usarse, por ejemplo, comprender el mecanismo por el cual los rayos ultravioleta inactivan los virus a nivel molecular, y comprender otras reacciones químicas que tienen lugar en la atmósfera.
