Hennes projekt kan bli viktig vändpunkt i förståelsen av atmosfärens kemi
År 2020 fick professor Barbara Nozière ett ERC Advanced-anslag för att arbeta med flyktiga organiska radikaler och atmosfärens oxiderande kapacitet. Nu har hennes arbete på KTH resulterat i flera originalstudier och publikationer.
– Dessa radikaler är svåra att observera direkt. De har aldrig observerats individuellt i atmosfären och det är väldigt få grupper i världen som kan detektera dem direkt i laboratoriet. Vi utvecklar en ny teknik för direkt observation av dessa radikaler, som kan användas i den verkliga atmosfären. Sedan projektets början har vi studerat cirka 20 olika organiska radikaler i laboratoriet, några av dem för första gången någonsin, säger Barbara Nozière.
I sitt labb på KTH berättar Barbara Nozière entusiastiskt om sin forskning och Ephemeral-projektet, omgiven av reaktorer och instrument för att detektera organiska radikaler. En del har hon byggt själv och tagit med sig från sitt förra jobb på Centre National de la Recherche Scientifique i Frankrike, men det finns också nya TOF-MS-instrument (Time-of-Flight Mass Spectrometer) som modifieras för att kunna detektera radikaler.
– Ett huvudsyfte med projektet är att detektera organiska radikaler i den verkliga atmosfären med dessa nya instrument. De prestanda som vi har uppnått med dem är redan tillräckliga för att utföra unika laboratorieundersökningar, till exempel den första studien av radikalernas upptag och reaktioner med ytor, som publicerades för några månader sedan. Interaktioner mellan organiska radikaler och ytor, till exempel med aerosoler och molndroppar i atmosfären, tros hända hela tiden. Ändå har de aldrig studerats på grund av utmaningen att upptäcka dessa radikaler. Vårt projekt gör för närvarande stora framsteg i dessa avseenden, säger Barbara Nozière.
Luftkvalitet och klimat
Ephemeral-projektet har gått halva sin tid och enligt Barbara är forskargruppen halvvägs mot att uppnå huvudmålet. Men varför är det så viktigt att förstå hur organiska radikaler fungerar? Barbara Nozière förklarar att organiska radikaler bestämmer sammansättningen i de flesta kemiska system som kommer i kontakt med syre och som innehåller organiska föreningar: jordens atmosfär, naturliga ytvatten (sjöar, hav), men också förbränningssystem (eldar, motorer, ugnar) och aeroba levande organismer (dvs. de som andas syre).
– I atmosfären avgör dessa radikaler hur organiska föreningar oxideras, vilken typ av föreningar de producerar och hur mycket innan de blir till koldioxid, vilket är viktigt för luftkvaliteten, ozonbildningen, smogkemi och klimatet, säger Barbara Nozière.
– Under de senaste tio åren har man också upptäckt att dessa radikalreaktioner inte bara styr atmosfärens komposition utan också kan bilda aerosoler som påverkar luftkvaliteten och klimatet. Att studera dessa reaktioner som producerar kondenserbara föreningar och, i slutändan, aerosoler, är en annan viktig forskningsinriktning som vi för närvarande är mycket aktiva inom och som kommer att ha stor nytta av vårt projekt.
Förståelse för atmosfärens kemi
Anledningen till att Ephemeral-projektet fick ett Advanced Grant från ERC är att detektering av flyktiga organiska radikaler i atmosfären kommer att utöka möjligheten att studera atmosfärisk radikalkemi från de nuvarande endimensionella observationerna (summan av koncentrationen av alla organiska radikaler) till flerdimensionella observationer (koncentrationerna av de många enskilda radikalerna). Detta skulle innebära en viktig vändpunkt för förståelsen av de oxidativa cyklerna i atmosfärens kemi.
Utöver ERC Advanced-projektet och atmosfären skulle Barbara Nozière också vilja samarbeta med andra områden inom kemin kring dessa radikaler, exempelvis förbränning, biokemi och medicin. Samma organiska radikaler som hon studerar i atmosfären är också inblandade i biologiska processer som oxidativ stress eller lipidperoxidation, som är ansvariga för många medicinska problem som hjärt- och kärlsjukdomar, cancer och åldrande.
– Den detektionsteknik som vi utvecklar är mycket känsligare och mer selektiv än spektroskopi med elektronparamagnetisk resonans (EPR) eller elektronspinnresonans (ESR), som används för att studera dessa radikaler inom biokemin idag. Jag är därför övertygad om att vår expertis inom detektion av dessa radikaler kan leda till betydande framsteg även inom dessa forskningsområden, säger Barbara Nozière.
Text och bild: Jon Lindhe