Химики надышали аммиака в микрокапли воды

Химики из США выяснили природу заряженных частиц массой 36 дальтонов, часто детектируемых в экспериментах с микрокаплями воды. Выяснилось, что они представляют собой не положительно заряженные димеры воды, как считалось раньше, а заряженные частицы гидратированного аммиака. Как пишут химики в ACS Central Science, концентрация увеличивается, если дышать рядом со спектрометром.

Химические свойства микрокапель воды отличаются от привычных свойств обычных образцов воды. Например, в некоторых экспериментах с микрокаплями ученые наблюдали спонтанное образование перекиси водорода. Кроме того, некоторые реакции окисления органических веществ идут быстрее в микрокаплях воды. Предположительно, это связано с образованием реакционноспособных частиц на границе раздела капля-воздух. Как предполагают ученые, они образуются из-за разделения зарядов и возникновения электрического поля при распылении.

Один из кандидатов в сильные окислители, действующие в микрокаплях воды — это димерный ион (H2O)2+. Эти радикальные частицы с массой 36 дальтонов химики не раз наблюдали в масс-спектрах при распылении. Но одновременно с этим известно, что такие частицы нестабильны, и, в теории, должны быстро распадаться.

Как недавно выяснили химики под руководством Эвана Уильямса (Evan R. Williams) из Калифорнийского университета в Беркли, надежных доказательств образования этих частиц в микрокаплях воды на самом деле нет. А масса в 36 единиц соответствует другим ионам — положительно заряженным частицам гидрата аммиака NH4+(H2O).

Чтобы это доказать, ученые распыляли воду с добавкой уксусной кислоты в масс-спектрометр. При этом в процессе ионизации в основном образовывались положительно заряженные ионы H3O+(H2O)n. Также в спектре химики наблюдали небольшой пик с отношением массы иона к заряду m/z = 36.

Далее ученые заметили, что если один из экспериментаторов выдыхает один раз на расстоянии около 30 сантиметров от спектрометра, интенсивность пиков с m/z = 36 + 18n по отношению к пикам, соответствующим протонированным кластерам воды, возрастает примерно на 260 процентов. А если дышать вплотную к инструменту — на 400 процентов. Исходя из этого ученые сделали вывод, что возникновение загадочных ионов с m/z = 36 + 18n как-то связано с выдыхаемым вблизи спектрометра воздухом.

Затем, чтобы выяснить, откуда берется этот пик, химики подробнее проанализировали масс-спектры высокого разрешения. Оказалось, что измеренное значение массы лучше соответствует массе иона NH4+(H2O), чем массе иона (H2O)2+. Массы ионов с другим количеством молекул гидратной воды NH4+(H2O)n также подтверждали эту гипотезу.

Так химики выяснили, что, скорее всего, ионы с m/z = 36, которые другие группы ученых наблюдали в масс-спектрах микрокапель воды, представляют собой ионы аммония, а не заряженные димеры воды. Как они предполагают, аммиак попадает в микрокапли из окружающего воздуха, в том числе, выдыхаемого человеком.

Ранее мы рассказывали о том, как химики получили аммиак при комнатной температуре из азота и микрокапель воды.