Imaginez une petite goutte. Il contient de l'eau, le peroxyde d'hydrogène antiseptique pétillant, et un commun, produit chimique jaunâtre appelé glyoxal. Lorsque la goutte est exposée à la lumière, une cascade de réactions se produit, produire de nouveaux matériaux. Ces réactions se produisent en surface, où le liquide rencontre l'air. Les scientifiques n'avaient pas beaucoup de détails sur les réactions jusqu'à ce que le Dr Xiao-Ying Yu du Pacific Northwest National Laboratory du DOE et ses collègues relèvent le défi. Ils ont obtenu les détails à l'aide d'un spectromètre de masse d'imagerie qui fait généralement bouillir les liquides sous vide. Ils ont constaté que les réactions ne s'arrêtent pas lorsque la lumière s'estompe. Ils ont également vu comment les produits résultants se sont mélangés à la surface et ont réagi avec plus de 40 amas d'eau.

"Les modèles informatiques peuvent suivre environ 10 à 12 clusters, " dit Yu, l'auteur correspondant de l'étude. "Nous avons observé plus de 40 grappes dans le liquide. Nous avons pu voir comment les produits chimiques modifient le microenvironnement, créant de plus grands amas d'eau."

Répondre à la demande d'énergie grâce à de nouveaux carburants, l'efficacité énergétique et la séquestration du carbone nécessitent de savoir comment les matériaux se forment pour, à son tour, contrôler cette formation et produire des matériaux par wagon couvert et baril. Cette étude offre un aperçu de la façon dont les éléments constitutifs chimiques - le glyoxal, l'eau, et le peroxyde d'hydrogène-chaîne ensemble, ou nucléés, pour former des matériaux. En outre, le travail offre un aperçu des réactions de nucléation impliquant le glyoxal dans l'air. Dans l'atmosphère, ces réactions conduisent à des particules qui affectent la formation des nuages ​​et le climat.

De nombreuses étapes sont connues dans l'utilisation du glyoxal avec du peroxyde d'hydrogène pour former des acides dicarboxyliques et des chaînes d'hydrocarbures, appelés oligomères. Ces oligomères sont aussi les matières premières des aérosols atmosphériques troubles, appelés aérosols organiques secondaires. Le problème était que toutes les étapes n'étaient pas connues et qu'un instrument souhaitable, spectrométrie de masse à ions secondaires (SIMS), n'a pas pu être utilisé pour suivre les produits formés. Il n'était pas possible d'utiliser SIMS sur un échantillon liquide. C'est là qu'intervient SALVI. Anciennement connu sous le nom de système d'analyse à l'interface de vide liquide, SALVI permet aux instruments d'imagerie tels que le SIMS d'étudier les liquides exposés à l'air. Avec la combinaison SALVI et SIMS, le chercheur peut suivre les réactions en temps réel et dans un environnement réaliste.

La réaction de nucléation chimique est déclenchée par la lumière ultraviolette. Avec le SALVI, qui est assez petit pour tenir dans la paume de votre disque, situé à l'intérieur du SIMS, l'équipe a examiné ce qui s'est passé lorsque les produits chimiques ont reçu de la lumière ultraviolette pendant jusqu'à 8 heures.

Mais l'équipe voulait aussi savoir ce qui s'était passé lorsque les lumières se sont éteintes. Ils ont examiné comment les réactions progressaient lorsqu'elles étaient maintenues dans l'obscurité jusqu'à 8 heures. Différentes réactions se sont produites dans l'obscurité qu'à la lumière. Étonnamment, l'équipe a découvert que les réactions ne s'arrêtaient pas lorsque la source d'énergie, la lumière, fait.

Utilisation de SALVI dans SIMS, situé à l'EMSL du DOE, l'équipe a également créé une carte spatiale chimique de l'interface air-liquide. C'est-à-dire, ils ont identifié les produits chimiques et leur emplacement dans de minuscules divots sur la surface du liquide. « Dans les modèles, il n'est pas facile de voir ce qui se mélange aux surfaces, " a déclaré Yu. "Nous avons donné un aperçu de ce qui est vraiment à la surface - ou de l'état de mélange qui est important pour les changements interfaciaux."

En prime, SALVI a laissé l'équipe observer 43 à 44 amas d'eau dans l'échantillon. Typiquement, des modèles de calcul exécutés sur des superordinateurs modélisent 10 à 12 clusters d'eau. En voyant les grappes, l'équipe a déterminé comment les produits chimiques ont créé une surface de plus en plus hydrophobe qui, à son tour, a poussé l'eau ensemble et a créé de plus grands amas d'eau. "SALVI est la seule technique qui peut fournir la cartographie moléculaire des amas d'eau et des amas d'ions dans le liquide au meilleur de notre connaissance, " dit Yu.