大氣中有一種名為關鍵角色「克里奇中間體」(Criegee Intermediates,簡稱CIs,化學式R2COO,R為氫原子或烷基),與大氣中的酸雨、懸浮微粒現象息息相關。然而由於CIs壽命十分短暫,很難捕捉或偵測,學界對此快閃神秘分子向來瞭解甚少,然而,台灣一組由大學、碩士生所組成的研究團隊卻成功在大氣中捕捉到了!

大氣中的活潑分子「克里奇中間體」(CIs)為酸雨、懸浮微粒組成的關鍵,但因為其特性,非常難以捕捉。研究團隊在中研院原子與分子科學研究所林志民研究員的領導下,日前成功突破以往只能在低壓力狀態下偵測CIs的限制,將CIs的研究條件拉到接近大氣壓力,並成功測量CIs與水分子的關鍵化學反應,對於理解CIs在實際大氣條件下的化學反應,向前邁進一大步。國際頂尖專業期刊「科學」(Science)已接受這篇論文,並於2015年1月1日「科學快訊」(Science Express)網站優先刊登這項研究成果。

研究團隊成員都相當年輕,第一作者趙彣現為台大化學系四年級,第二作者是美國史丹佛大二生謝郡庭,第三作者則為清大物理學系碩士的張俊宏。

研究團隊表示,「克里奇中間體」(CIs)是非常活潑的強氧化劑,它可以輕易氧化二氧化硫、二氧化氮等大氣關鍵物種,進而影響酸雨或懸浮微粒的形成。CIs具有非常強的反應性,而且變化之快速,令人咋舌。例如,在相對溼度50%的狀態下,CIs在約千分之一秒內,就可能與水結合反應。近年來各國學者莫不努力研究CIs的各種物理、化學性質。但受限於研究方法,直接量測CIs的研究,皆只能在低壓下(小於0.1大氣壓)進行,與實際大氣的條件並不相似。

林志民實驗室以紫外吸收光譜的方法,配合自行研發的創新技術,直接偵測最簡單一款的CI(也就是CH2OO)的濃度,成功突破以往歐美團隊必須在小於0.1大氣壓下做測量的限制,一舉提升壓力限制10倍以上。

該研究團隊在不同溼度的條件下,測量CH2OO的存活時間,結果發現一個十分有趣的現象:那就是CH2OO與水分子的化學反應,需要另一個水分子來催化。也就是說,1個水分子無法作用,必須2個水分子像接力一樣傳遞氫原子,始與CH2OO反應。並且在一般的溼度下,這個化學反應其實非常快,遠快於其他CH2OO與二氧化硫或與二氧化氮的反應,為大氣中CH2OO主要進行的過程。如此一來,CH2OO 與二氧化硫或與二氧化氮的反應機會將大幅降低。這項新穎且確切的結果,對於大氣化學等相關範疇提供重要的研究基礎知識。

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