Imagine uma pequena gota. Contém água, o peróxido de hidrogênio anti-séptico efervescente, e um comum, substância química amarelada chamada glioxal. Quando a gota é exposta à luz, uma cascata de reações ocorre, produção de novos materiais. Essas reações ocorrem na superfície, onde o líquido encontra o ar. Os cientistas não tinham muitos detalhes sobre as reações até que a Dra. Xiao-Ying Yu do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do DOE e seus colegas aceitaram o desafio. Eles obtiveram os detalhes usando um espectrômetro de massa de imagem que normalmente ferve os líquidos no vácuo. Eles descobriram que as reações não param quando a luz se apaga. Eles também viram como os produtos resultantes se misturaram na superfície e reagiram com mais de 40 aglomerados de água.

"Os modelos de computador podem rastrear cerca de 10 a 12 clusters, "disse Yu, o autor correspondente no estudo. “Observamos mais de 40 aglomerados em líquido. Pudemos ver como os produtos químicos alteram o microambiente, criando aglomerados de água maiores. "

Atender a demanda de energia por meio de novos combustíveis, a eficiência energética e o sequestro de carbono requerem o conhecimento de como os materiais se formam para, por sua vez, controlar essa formação e produzir materiais pelo vagão e barril. Este estudo oferece insights sobre como os blocos de construção químicos - glioxal, agua, e peróxido de hidrogênio - encadear juntos, ou nucleado, para formar materiais. Além disso, o trabalho oferece insights sobre reações de nucleação envolvendo glioxal no ar. Na atmosfera, essas reações levam a partículas que afetam a formação de nuvens e o clima.

Muitas das etapas são conhecidas no uso de glioxal com peróxido de hidrogênio para formar ácidos dicarboxílicos e cadeias de hidrocarbonetos, conhecidos como oligômeros. Esses oligômeros também são os materiais de partida para aerossóis atmosféricos problemáticos, conhecido como aerossóis orgânicos secundários. O problema era que nem todas as etapas eram conhecidas e aquele instrumento desejável, espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), não pode ser usado para rastrear os produtos formados. Não foi possível usar SIMS em uma amostra de líquido. É aí que entra o SALVI. Formalmente conhecido como Sistema para Análise na Interface de Vácuo Líquido, O SALVI permite que instrumentos de imagem como o SIMS estudem líquidos expostos ao ar. Com a combinação SALVI e SIMS, o pesquisador pode acompanhar as reações em tempo real e em um ambiente realista.

A reação de nucleação química é iniciada pela luz ultravioleta. Com o SALVI, que é pequeno o suficiente para caber na palma do seu disco rígido, definido dentro do SIMS, a equipe examinou o que aconteceu quando os produtos químicos receberam luz ultravioleta por até 8 horas.

Mas a equipe também queria saber o que aconteceu quando as luzes se apagaram. Eles observaram como as reações progrediram quando mantidos no escuro por até 8 horas. Reações diferentes ocorreram no escuro e na luz. Surpreendentemente, a equipe descobriu que as reações não pararam quando a fonte de energia, a luz, fez.

Usando SALVI no SIMS, localizado no EMSL do DOE, a equipe também criou um mapa espacial químico da interface ar-líquido. Isso é, eles identificaram os produtos químicos e sua localização em pequenos pontos na superfície do líquido. "Nos modelos, não é fácil ver o que se mistura nas superfícies, "disse Yu." Nós fornecemos um vislumbre do que está realmente na superfície - ou o estado de mistura que é importante para as mudanças interfaciais. "

Como um bônus adicional, SALVI permitiu que a equipe observasse 43 a 44 aglomerados de água na amostra. Tipicamente, modelos computacionais executados em supercomputadores modelam 10 a 12 clusters de água. Ao ver os aglomerados, a equipe determinou como os produtos químicos criaram uma superfície cada vez mais hidrofóbica que, por sua vez, Juntou a água e criou grandes aglomerados de água. "SALVI é a única técnica que pode fornecer mapeamento molecular de aglomerados de água e aglomerados de íons em líquido até onde sabemos, "disse Yu.