Source de lumière pulsée ultra-violette femtoseconde et spectromètre de photoélectrons, instruments clés utilisés dans l'expérience. Crédit :Taro Sekikawa
Une technique laser avancée a permis aux chercheurs d'observer, en temps réel, la décomposition d'un polluant en acide nitreux atmosphérique, qui joue un rôle clé dans la formation d'ozone et de smog photochimique. La technique, décrit par des chercheurs de l'Université d'Hokkaido dans The Journal des lettres de chimie physique , pourrait être utilisé dans un large éventail d'applications.
Les nitrophénols sont un type de particules fines présentes dans l'atmosphère qui se forment à la suite de la combustion de combustibles fossiles et des incendies de forêt. On suppose que la lumière interagit avec les nitrophénols et les décompose en acide nitreux; l'acide nitreux atmosphérique est connu pour générer les radicaux hydroxyles responsables de la formation d'ozone. Trop d'ozone et d'oxydes d'azote entraînent la formation d'une brume atmosphérique appelée smog photochimique, qui peut provoquer des maladies respiratoires. Jusqu'à maintenant, il n'y a eu aucune preuve de la décomposition du nitrophénol en acide nitreux par la lumière du soleil.
Le physicien appliqué de l'Université d'Hokkaido Taro Sekikawa et ses collègues ont développé une nouvelle technique de sondage pour observer le processus en temps réel. Ils ont ensuite comparé leurs mesures avec des calculs théoriques de chimie quantique.
"Notre étude a montré que l'irradiation de l'o-nitrophénol avec la lumière du soleil est l'une des causes directes de la production d'acide nitreux dans l'atmosphère, " dit Sekikawa.
L'équipe a développé une technique laser avancée qui consiste à exciter le nitrophénol avec une lumière laser de 400 nanomètres de longueur d'onde, puis à briller très brièvement, des impulsions très rapides de lumière ultraviolette dessus pour voir ce qui se passe. Spécifiquement, ils ont utilisé une lumière UV extrême, qui a des longueurs d'onde très courtes, brillait en femtosecondes, qui durent un millionième de milliardième de seconde. L'ensemble du processus mesure les états énergétiques et les changements moléculaires qui se produisent lorsque le composé nitrophénol se décompose au fil du temps.
Dans l'atmosphère, la lumière du soleil décompose le nitrophénol pour former de l'acide nitreux (HONO), ce qui conduit au smog photochimique. Crédit :Taro Sekikawa
Les scientifiques ont découvert que l'acide nitreux commence à se former 374 femtosecondes après que le nitrophénol ait été excité pour la première fois par la lumière. Le processus de décomposition implique une distorsion de la forme de la molécule de nitrophénol par irradiation lumineuse et des changements dans ses états énergétiques, aboutissant finalement à la formation d'acide nitreux.
"La spectroscopie photoélectronique avec une lumière ultraviolette extrême devrait avoir un large éventail d'applications en tant que méthode de mesure des réactions chimiques, " dit Sekikawa. " Il pourrait être utilisé, par exemple, comprendre le mécanisme par lequel les rayons ultraviolets inactivent les virus au niveau moléculaire, et comprendre d'autres réactions chimiques qui ont lieu dans l'atmosphère.
