Paul Scherrer Enstitüsü PSI araştırmacıları, partikül maddeleri daha önce hiç olmadığı kadar hassas bir şekilde analiz etmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Bu yöntemi kullanarak yerleşik bir doktrini çürüttüler. PSI’daki duman odasında kimyasal bileşikleri doğrudan aerosollerde analiz ettiler ve moleküllerin nasıl ayrıştığını ve böylece gaz halinde formik asidi atmosfere nasıl saldığını gözlemlediler. Bu bulgular, bulut oluşumu ve hava kirliliği ile ilgili küresel süreçlerin daha iyi anlaşılmasına ve ilgili modellerin rafine edilmesine yardımcı olacaktır. Bu araştırmanın sonuçları Science Advances dergisinde yayımlandı.
Bir çam ormanın tanıdık kokusuna α-pinen neden olur. Bu, kozalaklı ağaçların yağlarında bulunan uçucu organik bileşiklerden biridir. Ayrıca okaliptüs ve biberiyede de bulunmaktadır. Koku birçok insanda hoş duygulara sebep olur. Hoş olmayan durum ise bileşiğin atmosferdeki diğer bileşiklerle, yani yüksek oranda oksitlenmiş organik moleküllere dönüşmesidir. Bunlardan bazıları reaktif ve az miktarda zararlı maddelerdir. Son zamanlarda atmosfer araştırmacıları tarafından yapılan incelemelerde bulut oluşumuna etkisi henüz anlaşılamamıştır.
Oksitlenen organik moleküller, başlangıç maddesi olan α-pinenden daha az uçuculuğa sahiptir ve bundan dolayı kolayca yoğunlaşır. Havadaki toz partikülleri ve diğer katı ve sıvı maddelerle birlikte partiküller aerosol dediğimiz maddeyi oluştururlar.
PSI’daki Atmosferik Kimya Laboratuvarı Andre Prévôt, “Şimdiye kadar, bu moleküllerin partikül maddesine girdikten sonra başka dönüşümlerden korunduğu düşünülüyordu. O zaman artık değişmeyeceklerine, sadece atmosfere yayılacak ve sonunda yağmur olarak yağacaklarına inanılıyordu.” dedi.
Moleküller reaktif kalır veya dha büyük partiküller oluşturmak veya birbirlerinden ayrılmak için birbirleriyle reaksiyona girererek formik asit salarlar. Bu ortak bileşik sadece karıncalar ve ısırgan otlarında değil, aynı zamanda hava kirliliğinin önemli bir göstergesi olan atmosferde bulunur.
PSI araştırmacılarının gözlemleri, bulut oluşumu ve hava kirliliği gibi simülasyon modellerinin geliştirilmesine yardımcı olmaktadır. Modeller, belirli emisyonlardaki bir azalmanın hava kalitesini nasıl etkileyeceğini tahmin etmek için atmosferde neler olduğunu simüle etmektedir.
PSI araştırmacıları ilk kez atmosferik koşullar altında doğrudan partikül madde içindeki kimyasal bileşikleri analiz ettiler. Bunun için atmosferdeki süreçlerin simüle edilebildiği PSI duman odasını kullandılar. Araştırmacılar odaya bir damla α-pinen enjekte etti ve bileşiğin ozonla reaksiyona girmesini sağladılar. 15 saatlik bir süre zarfında, α-pinenden hangi kimyasal bileşiklerin oluştuğunu ve daha sonra tekrar kaybolduğunu gözlemlediler.
Araştırmacı Thun, İsviçre’deki Tofwerk şirketi ile işbirliği içinde geliştirdikleri atmosferik ölçümler için yeni bir analitik cihaz olan EESI-TOF (ekstraktif elektrosprey iyonizasyon uçuş zamanı kütle spektrometresi) ile mümkün olduğunu belirtti. Atmosferik kimyager Urs Baltensperger, “Aynı zamanda doğrudan aerosolde daha büyük molekülleri tespit ediyor. Öte yandan önceki ölçüm yöntemleri, molekülleri yüksek sıcaklıklarda daha küçük parçalara ayırıyor. Böylece her molekül ayrı ayrı kaydedilebiliyor.” dedi.
Tofwerk şimdi cihazı PSI desteğiyle piyasaya sürdü. Böylece diğer atmosfer araştırmacıları da yeni yöntemden faydalanabilecekler. Yani analitik yöntem saece laboratuvarda değil aynı zamanda doğrudan sahada da kullanılabilir durumdadır. 2018/19 kışında ve 2019 yazında PSI araştırmacıları, Zürih’teki havadaki aerosolleri araştırmak için kullandılar. Görüldüğü gibi, Zürih’in yaz aylarında partikül maddesinin iyi bir üçte biri sadece α-pinen ve benzer moleküllerin reaksiyon ürünlerinden oluşmaktadır. Ancak kışın odun yakma sistemlerinden ve bunların reaksiyon ürünlerinden kaynaklanan emisyonlar ön plana çıkmaktadır.
Araştırmacılar, Çin ve Hindistan’da başka ölçüm kampanyaları planladılar. Orada bir milyondan fazla nüfusu olan bir şehrin havasında hangi moleküllerin oluştuğunu analiz etmek istiyorlar.
Kaynak
https://phys.org/news/2020-03-first-time-proof-chemical-reactions-particulates.html
İleri Okuma
“On the fate of oxygenated organic molecules in atmospheric aerosol particles” Science Advances (2020). advances.sciencemag.org/content/6/11/eaax8922
Felipe D. Lopez-Hilfiker et al. An extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF) for online measurement of atmospheric aerosol particles, Atmospheric Measurement Techniques (2019). DOI: 10.5194/amt-12-4867-2019
Giulia Stefenelli et al. Organic aerosol source apportionment in Zurich using an extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF-MS) – Part 1: Biogenic influences and day–night chemistry in summer, Atmospheric Chemistry and Physics (2019). DOI: 10.5194/acp-19-14825-2019
Lu Qi et al. Organic aerosol source apportionment in Zurich using an extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF-MS) – Part 2: Biomass burning influences in winter, Atmospheric Chemistry and Physics (2019). DOI: 10.5194/acp-19-8037-2019
Dergi Bilgisi
Journal information:Science Advances , Atmospheric Chemistry and Physics
Yorumlar