Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI desenvolveram um novo método para analisar partículas com mais precisão do que nunca. Usando isso, eles refutaram uma doutrina estabelecida:que as moléculas nos aerossóis não sofrem mais transformações químicas porque estão encerradas em outras partículas em suspensão. Na câmara de smog do PSI, eles analisaram compostos químicos diretamente em aerossóis e observaram como as moléculas se dissociavam e, assim, liberavam ácido fórmico gasoso na atmosfera. Essas descobertas ajudarão a melhorar a compreensão dos processos globais envolvidos na formação de nuvens e poluição do ar, e refinar os modelos correspondentes. Os resultados desta investigação são publicados hoje na revista. Avanços da Ciência .

O cheiro familiar de uma floresta de pinheiros é causado por α-pineno. Este é um dos compostos orgânicos voláteis nos óleos das árvores coníferas, e também ocorre em eucalipto e alecrim. O cheiro provoca sensações agradáveis ​​na maioria das pessoas. Menos agradável é que sob a influência de radicais, o composto se transforma em outros compostos na atmosfera, as chamadas moléculas orgânicas altamente oxidadas. Alguns deles são substâncias reativas e, em certa medida, prejudiciais. Eles só recentemente foram examinados por pesquisadores atmosféricos, e seu papel na formação de nuvens ainda não foi compreendido.

Essas moléculas orgânicas altamente oxidadas são menos voláteis do que a substância inicial α-pineno e, portanto, condensam-se facilmente. Junto com partículas de poeira e outras substâncias sólidas e líquidas no ar, eles formam o que chamamos de partículas ou aerossóis.

"Até agora, pensava-se que tais moléculas são protegidas de futuras transformações, uma vez que aterrissaram no material particulado, "diz Andre Prévôt, do Laboratório de Química Atmosférica do PSI." Acreditava-se que eles não mudariam mais, mas simplesmente se espalharia pela atmosfera e, eventualmente, choveria. "

Esta opinião generalizada não corresponde à realidade, Contudo, como Prévôt e seus colegas pesquisadores do PSI mostraram:"As reações continuam, mesmo no material particulado. "As moléculas permanecem reativas e reagem umas com as outras para formar partículas maiores ou se desassociam, liberando assim, por exemplo, ácido fórmico. Este composto comum é encontrado não apenas em formigas e urtigas, mas também na atmosfera, onde é um importante indicador de poluição do ar.

As observações dos pesquisadores do PSI devem ajudar a melhorar os modelos de simulação, como aqueles para formação de nuvens e poluição do ar. Os modelos simulam o que acontece na atmosfera para prever, por exemplo, como uma redução em certas emissões afetará a qualidade do ar.

Do aerossol para o dispositivo de medição

Pela primeira vez, Os pesquisadores do PSI analisaram compostos químicos diretamente em partículas em condições atmosféricas. Por esta, eles usaram a câmara de smog PSI, em que processos na atmosfera podem ser simulados. Os pesquisadores injetaram uma gota de α-pineno na câmara e fez com que o composto reagisse com o ozônio. Durante um período de 15 horas, eles observaram quais compostos químicos se formaram a partir do α-pineno e quais desapareceram novamente depois.

Isso foi possível graças a um novo dispositivo analítico para medições atmosféricas que os pesquisadores desenvolveram em cooperação com a empresa Tofwerk em Thun, Suíça:um denominado EESI-TOF (espectrômetro de massa de tempo de vôo de ionização por eletrospray extrativo). "Ele também detecta moléculas maiores diretamente no aerossol, "explica o químico atmosférico Urs Baltensperger." Métodos de medição anteriores, por outro lado, corte as moléculas em fragmentos menores em altas temperaturas. "O novo dispositivo ioniza sem fragmentação." Podemos registrar cada molécula separadamente. "

A Tofwerk já lançou o dispositivo no mercado com a ajuda da PSI, para que outros pesquisadores atmosféricos também possam se beneficiar do novo método.

Medições em Zurique

O novo método analítico pode ser usado não apenas em laboratório, mas também diretamente no local. Durante o inverno de 2018/19 e o verão de 2019, Os pesquisadores do PSI o usaram para investigar aerossóis no ar em Zurique. Como se viu, um bom terço do material particulado de Zurique no verão consiste unicamente em produtos de reação de α-pineno e moléculas semelhantes. No inverno, Contudo, as emissões dos sistemas de queima de madeira e seus produtos de reação vêm à tona.

Os pesquisadores planejaram outras campanhas de medição na China e na Índia. Lá eles querem analisar quais moléculas se formam no ar de uma cidade com mais de um milhão de habitantes.