Tim istraživača iz SAD je prvi put vizuelno zabeležio atom kiseonika u vodi koristeći femtosekundni laser i TALIF metodu. Merenja pokazuju da atomi opstaju desetine mikrosekundi i prodiru stotinama mikrometara — znatno više nego što su raniji modeli predviđali. Procena gustine blizu površine iznosi ~10^16 cm−3, ali autori je smatraju gornjom granicom zbog mogućih neugašavajućih sudara. Otkriće zahteva reviziju postojećih modela reaktivnosti i transporta atomskog kiseonika u vodenim sredinama.
Prvi put snimljen atom kiseonika u vodi — femtosekundni laser otkriva neočekivanu dugovečnost
Scientists Finally Captured Oxygen Alone in WaterAndriy Onufriyenko - Getty Images
Naučnici su po prvi put vizuelno zabeležili pojedinačni atom kiseonika unutar vode koristeći ultrabrzi femtosekundni laser i tehniku TALIF (dvofoton‑apsorpciona laserski indukovana fluorescencija). Rad, koji potpisuju istraživači sa North Carolina State University, Princeton i Texas A&M University, objavljen je u časopisu Nature Communications.
Do ovog dostignuća istraživači su došli oslanjajući se na fluorescenciju koju emituju ekscitovani atomi kiseonika pre nego što ih okolna voda ugasi. Tradicionalni pristupi nisu mogli da snime te signale zato što tečnost brzo kvasi ekscitovana stanja. Femtosekundni pulsovi omogućili su dovoljno brz momenat ekscitacije i merenja, pa su naučnici uspeli da zabeleže svetlost pre ugašenja.
„Merenja pokazuju da atomi kiseonika opstaju desetine mikrosekundi u vodi i prodiru stotinama mikrometara u tečnost,“ napisali su autori studije, naglašavajući da su ovi rezultati važni za reviziju postojećih modela reaktivnosti i transporta solvovanog atomskog kiseonika.
Metoda TALIF podrazumeva istovremenu apsorpciju dva fotona koja dovodi atom u ekscitovano stanje; pri povratku u niže energetsko stanje atom emituje fluorescenciju koju je moguće registrovati. Tim je rezultate uporedio sa kalibracionim signalom ksenona (koji ima sličnu dvofoton‑šemu) i potom pokrenuo simulacije kako bi procenio učestalost sudara ekscitovanih atoma sa molekulima vode.
Na osnovu kombinacije merenja i simulacija, autori procenjuju gustinu ekscitovanih atoma u blizini površine vode reda veličine ~10^16 cm−3. Ipak, ističu da je ta vrednost verovatno gornja granica: analiza podrazumeva da svaka kolizija dovodi do ugašenja, dok u stvarnosti neke sudare možda prate drugi procesi koji ne vode odmah do deekscitacije.
Najvažnije nalaze su: atomi kiseonika mogu opstati duže nego što se ranije verovalo (desetine mikrosekundi) i putovati stotinama mikrometara kroz tečnost. Iako su te udaljenosti male na makroskopskom nivou, one su dovoljno velike da utiču na teorijske modele i praktične primene u medicini i industriji, gde razumavanje ponašanja oksidirajućih vrsta u vodi ima značajnu ulogu.
Autori naglašavaju potrebu za dodatnim istraživanjima koja će potvrditi ove nalaze, preciznije odrediti efikasni razgranati odnos (branching ratio) i utvrditi tačne mehanizme sudara koji vode (ili ne vode) do ugašenja. Dalja radna pitanja obuhvataju kako ovi atomi utiču na hemijske reakcije u rastvoru i koje su posledice za primene u biomedicini i industrijskoj oksidaciji.
Zaključak: Tehnološki napredak u laserskoj mikroskopiji otvorio je novi prozor u razumevanje ponašanja atomski slobodnog kiseonika u vodi. Nalazi su značajni za ažuriranje modela reaktivnosti i transporta i mogu da utiču na buduće primene u nauci i tehnologiji.
Pomozite nam da budemo bolji.
