Erstmals mit Neutronen analysierte atmosphärische Proben mit Schadstoffpartikeln

Ein neuer Ansatz zur Untersuchung des Verhaltens von Oberflächenfilmen, die direkt aus der Atmosphäre entnommene Partikel bedecken, wurde von Wissenschaftlern der Royal Holloway, University of London und der University of Birmingham zusammen mit Kollegen der Uppsala University, British Antarctic Survey und Science and entwickelt Central Laser Facility des Technology Facilities Council und ISIS Neutronen- und Myonenquelle, Central Laser Facility und British Antarctic Survey.

Die Technik bietet eine neue Perspektive auf die Schadstoffe, die Partikel bedecken, und hebt die wichtigsten Unterschiede zwischen der Art und Weise hervor, wie sich Schadstoffe unter „realen“ atmosphärischen Bedingungen verhalten und abbauen, und der Art und Weise, wie sie sich im Labor verhalten.

Diese neuen Erkenntnisse sind wichtig dafür, wie Wissenschaftler Umweltverschmutzung verstehen und modellieren können. Bisher konnten vergleichbare Daten nur durch die Verwendung von „Proxys“ gesammelt werden – chemische Verbindungen, die im Labor hergestellt und so gestaltet wurden, dass sie sich wie verschiedene Luftverschmutzungspartikel verhalten.

In einer neuen Studie, veröffentlicht in Umweltwissenschaften: Atmosphärenhaben Wissenschaftler Neutronenreflexion verwendet, um Schadstoffe aus drei verschiedenen Umgebungen zu untersuchen: städtische, antarktische und holzverbrennende Materialien. Sie konnten messen, wie diese Materialien mit dem Hydroxylradikal OH reagieren – einem der reaktivsten Moleküle in der Atmosphäre.

Am wichtigsten ist, dass das Team wesentliche Unterschiede zwischen dem Verhalten der realen atmosphärischen Materialien im Vergleich zu den Standard-Labormaterialien demonstrierte.

Professor Martin King vom Department of Earth Sciences von Royal Holloway sagte: „Unsere Arbeit zeigt deutlich, dass wir, um die Beschichtung atmosphärischer Aerosole zu verstehen, echte Proben verwenden müssen, die aus der Atmosphäre extrahiert wurden, und nicht nur reine Verbindungen aus dem Regal eines Chemikers als Simulanzien, da ihr Verhalten anders ist und nicht repräsentativ.“

Dr. Christian Pfrang von der University of Birmingham sagte: „Die Verbindungen, die wir im Allgemeinen im Labor untersuchen, um Verschmutzungspartikel nachzuahmen und ihr Verhalten zu untersuchen, sind viel besser eingeschränkt als die, die Sie unter realen atmosphärischen Bedingungen finden würden.

„Dies macht es einfacher, sie zu untersuchen und die detaillierten Mechanismen zu verstehen, die am Werk sind, und bleibt daher ein wichtiger Ansatz, um unser Verständnis der wichtigsten atmosphärischen Prozesse zu verbessern. Diese Arbeit sollte jedoch durch Studien realer Proben ergänzt werden, die aus einer Vielzahl von gesammelt wurden Standorte.“

Der Prozess zum Sammeln und Testen „echter“ Proben wurde von den Forschern sorgfältig entwickelt. Das Material wird vor Ort auf Quarzfiltern gesammelt, wodurch sich die Partikel anlagern und einen Film bilden können, der für verschiedene Umgebungen auf der ganzen Welt spezifisch ist. Dieses Produkt wird dann in eine Lösung gespült, zu einer Neutronenanlage transportiert, wo die Lösung verdampft wird, um den Film freizulegen.

Innerhalb der Neutronenanlage werden Neutronen vom Film reflektiert, um seine Reaktion mit den OH-Radikalen zu verfolgen und schließlich festzustellen, wie schnell diese Filme auf atmosphärischen Partikeln zerfallen würden.

Während OH-Radikale die reaktivsten Radikale in der unteren Atmosphäre sind, gibt es andere Schlüsselspezies, die diese Filme angreifen, wie z. B. Nitratradikale, NO3. Die nächsten Schritte für die Forscher werden darin bestehen, zu messen, wie Schadstoffe in Gegenwart von NO3 abgebaut werden, sowie andere Arten von Schadstoffmolekülen zu untersuchen, um die Lücke zwischen Laborstudien und echten atmosphärischen Partikeln weiter zu schließen.