Polacy opracowali metodę precyzyjnej analizy składu smogu

źródło: Naukawpolsce.pap.pl

Atmosferyczny pył zawieszony – popularnie zwany smogiem – charakteryzuje się ogromnym bogactwem związków chemicznych. Jak podkreśla w przesłanej PAP informacji prasowej Instytut Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN), wiele z tych związków występuje w odmianach izomerycznych, różniących się rozmieszczeniem atomów w cząsteczce, a w konsekwencji także właściwościami chemicznymi. Detekcja tych izomerów stanowi słabą stronę współczesnych technik analitycznych.

Na łamach czasopisma "Analytical Chemistry" (DOI: 10.1021/acs.analchem.7b05060) warszawscy naukowcy z IChF PAN, Instytutu Chemii Organicznej PAN i Instytutu Ochrony Środowiska Państwowego Instytutu Badawczego zaprezentowali sposób na poprawę tego stanu rzeczy: metodę wyjątkowo precyzyjnej analizy drobin smogu. Jak zapewniają, nową techniką analityczną będzie mogło się posługiwać każde w miarę nowocześnie wyposażone laboratorium chemiczne.

Choć w czasach szkolnych w celu określenia właściwości związku chemicznego wystarczyło podać liczbę atomów poszczególnych pierwiastków w cząsteczce, to rzeczywistość jest bardziej skomplikowana. O cechach chemicznych cząsteczek – zwłaszcza organicznych – decyduje bowiem nie tylko sam skład chemiczny, lecz także przestrzenna budowa cząsteczek.

"Pojedynczy związek chemiczny, wykryty w aerozolu dotychczasowymi metodami, może w rzeczywistości obejmować całą grupę stereoizomerów" – tłumaczy dr hab. inż. Rafał Szmigielski, profesor IChF PAN. Kieruje on zespołem badawczym, który od lat zajmuje się badaniem tajników chemii atmosfery, w tym mechanizmów powstawania pyłów zawieszonych i ewolucji smogu. "Wszystkie będą miały ten sam skład chemiczny, ale z powodu innego rozmieszczenia atomów w cząsteczce mogą wykazywać zupełnie odmienne powinowactwo – na przykład do białek czy receptorów komórkowych. Funkcjonalnie będą to więc różne substancje, o różnym wpływie na nasze zdrowie. Całe to izomerowe zoo dotychczas umykało oczom chemików" – podkreśla badacz.

Warszawscy naukowcy wykazali, że bardzo dokładny skład chemiczny aerozolu atmosferycznego można otrzymać bez wielkich nakładów finansowych, za pomocą aparatury już dziś pracującej w wielu współczesnych laboratoriach. Warunek jest jeden: podczas analizy należy umiejętnie połączyć różne narzędzia chemii analitycznej. W omawianej, tandemowej technice analitycznej podstawową rolę odgrywa specyficzne połączenie możliwości oferowanych przez dwie dość popularne techniki analityczne: chromatografię i spektrometrię mas.

"Pył zawieszony jest zbierany do badań za pomocą specjalnych poborników" – opowiada prof. Szmigielski. "Zasysają one powietrze, które przechodzi przez system dysz pozwalających na podział frakcji drobin aerozolu w zależności od ich wielkości. To, co przechodzi do wnętrza przyrządu, trafia na czysty krążek z włókien kwarcowych, na których się osadza. Następnie za pomocą ekstrakcji rozpuszczalnikowej zebrane drobiny aerozolu są przenoszone do roztworu i tu zagęszczane. W ramach naszej metody dobraliśmy m.in. efektywniejsze rozpuszczalniki do przenoszenia drobin do roztworu, co znacząco poprawiło wyniki otrzymywane dzięki spektrometrii mas" – dodaje.

Nowa metoda analizy drobin smogu jest dokładna, jak również – co podkreślają badacze – w pełni powtarzalna. Próbki pobrane z tego samego miejsca, analizowane w różnych laboratoriach, prowadzą do tych samych wyników. Oznacza to, że osoby zawodowo odpowiedzialne za monitorowanie środowiska będą mogły dostarczać społeczeństwu rzeczywiście wiarygodne informacje o aktualnym stężeniu zanieczyszczeń w powietrzu. Z kolei naukowcy – dysponując tak dokładną wiedzą – będą w stanie znacznie precyzyjniej wskazać źródła odpowiedzialne za emisję poszczególnych związków oraz odtworzyć wędrówkę zanieczyszczeń w atmosferze.