Cząsteczki chemiczne silnie oddziałujące ze światłem na ogół rozpadają się bardzo szybko. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie ustalono główny mechanizm sprzyjający tej destrukcji. Zdobyta wiedza pozwala wielokrotnie wydłużać fotostabilność cząsteczek, co ma znaczenie nie tylko dla metod pomiarowych stosowanych w badaniach laboratoryjnych, ale także dla producentów przedmiotów użytkowych, zwłaszcza wytwarzanych z barwionych polimerów. Żywe kolory niedawno malowanej ściany blakną błyskawicznie. Plastikowy zraszacz do trawy nie nadaje się do użytku po zaledwie kilku miesiącach pracy. A w labie kolejny zły dzień: pomiary się nie udają, bo oświetlone laserem cząsteczki chemiczne rozpadają się za szybko. We wszystkich tych przypadkach czynnikiem odpowiedzialnym za rozpad cząsteczek jest światło. Czas tego rozpadu można będzie teraz znacząco wydłużyć – dzięki badaniom grupy naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie, kierowanej przez prof. dr. hab. Jacka Waluka. Badaczom udało się zidentyfikować główny mechanizm przyspieszający fotodestrukcję cząsteczek chemicznych. Kluczem do wydłużenia fotostabilności cząsteczek okazała się analiza sposobu ich preparowania do obserwacji pod mikroskopem fluorescencyjnym. Procedura zaczyna się od przygotowania bardzo rozcieńczonego roztworu cząsteczek w rozpuszczonym polimerze. Kropelkę roztworu umieszcza się następnie na szkiełku mikroskopowym znajdującym się na wirującej tarczy. Wskutek rozwirowywania kropelka rozlewa się po powierzchni, a rozpuszczalnik odparowuje. Na szkiełku pozostaje cienka warstwa polimeru, grubości zaledwie 30 nanometrów, z uwięzionymi pojedynczymi cząsteczkami badanej substancji, które są rozmiaru około nanometra. Jeśli stężenie cząsteczek w początkowym roztworze zostało umiejętnie dobrane, pojedyncze cząsteczki do badań będą się znajdowały w warstewce polimeru w stosunkowo dużych odległościach od siebie, rzędu mikronów. Tak przygotowane szkiełko jest umieszczane pod mikroskopem, gdzie warstwę polimerową przemiata się wąską wiązką laserową o energii fali świetlnej dobranej w taki sposób, aby wzbudzała badane cząsteczki. Jeśli w oświetlonym miejscu pojawi się fluorescencja, najprawdopodobniej będzie pochodziła od pojedynczej cząsteczki analizowanego związku. Z czym może wchodzić w reakcje pobudzona cząsteczka? Głównym podejrzanym od początku był tlen, który może się rozpuszczać w roztworach polimerów. Badacze przeanalizowali więc wpływ siedmiu polimerów na czas życia cząsteczek TDI, jednak nie wykryli powiązania między zdolnością do lepszego rozpuszczania tlenu a przyspieszoną fotodestrukcją TDI. Korelacja pojawiła się dopiero wtedy, gdy przyjrzano się, jaki wpływ na badane cząsteczki ma szybkość przenikania tlenu przez warstwę polimeru. Tu różnice były znaczące: polimery, przez które tlen przenikał wolno, wyraźnie wydłużały fotostabilność cząsteczek. Rekordowy polimer – okazał się nim popularny polichlorek winylu – potrafił zwiększyć czas życia cząsteczek nawet stukrotnie. Zaobserwowano także wydłużanie się tego czasu wraz z wiekiem polimeru. Był to kolejny argument przemawiający za kluczową rolą tlenu, wiadomo bowiem, że przez starsze polimery tlen przenika wolniej.
Wyniki grupy z IChF PAN, otrzymane dzięki finansowaniu z grantu Narodowego Centrum Nauki, mają szerokie znaczenie praktyczne. Zastosowane w laboratoriach, pozwolą zwiększyć możliwości badania pojedynczych cząsteczek chemicznych metodami fluorescencyjnymi, co było istotnym wyzwaniem od ponad 20 lat. Zrozumienie mechanizmu fotodestrukcji cząsteczek przyda się też wszędzie tam, gdzie obiekty użytkowe są wytwarzane z udziałem polimerów i barwników. Dobór odpowiednich polimerów, utrudniających migrację tlenu, może bowiem znacząco wydłużyć żywotność barwników i czas eksploatacji przedmiotu. (kk)
(http://ichf.edu.pl/, 30.09.2015)