Появление первичных и функционализированных фуллеренов в составе аэрозолей, переносимых по воздуху.

Sep 02, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4248 (2023) Цитировать эту статью

369 Доступов

Подробности о метриках

Мы исследовали, могут ли первичные и функционализированные фуллерены быть реальными составляющими мелких атмосферных аэрозолей. Комплексные профили фуллеренов из 1 мкл экстрактов были получены с помощью времяпролетной масс-спектрометрии с матричной лазерной десорбцией и ионизацией (MALDI-MS) в течение нескольких минут. Ион с m/z 720, соответствующий [C60]-•, был идентифицирован как фуллерен после нанесения 1 мкл матричного раствора α-циано-4-гидроксикоричной кислоты на высушенные экстракты. Ионы с m/z, соответствующие C70, C76, C84, C100, C118, C128 и C130, также были отнесены к другим видам фуллеренов, обнаруженным в образцах. Было обнаружено, что ион m/z 878 представляет собой производное фуллерена диэтилметано[60]фуллерендикарбоксилат. Поскольку ионы фрагментированных молекул фуллеренов не были обнаружены даже при высоких энергиях лазера, мы рассматривали фуллерены как исходные составляющие реальных матриц атмосферных частиц, а не как артефакты лазерного воздействия на образцы. Таким образом, этот протокол был бы полезен для понимания распределения первичных или функционализированных фуллеренов в окружающей среде и их участия в химии атмосферы в типичных условиях, а также его применения в исследованиях (эко)токсичности in vitro и in vivo.

Нетронутые или незамещенные фуллерены (например, C60 и C70) и их производные (функционализированные фуллерены) представляют собой соединения, образованные в основном атомами углерода, расположенными в сферической форме в виде бакиболлов1,2,3,4,5. Химическая универсальность фуллеренов и их производных делает их полезными для широкого спектра применений, включая производство энергии6, электронику, оптику, фотоэлектрическую энергетику, (био)медицину и средства личной гигиены, среди прочего7,8,9. Действительно, до 2012 года производство фуллеренов оценивалось примерно в десятки тысяч тонн в год7,10. Несмотря на то, что с 2014 по 2019 год производство фуллеренов выросло всего лишь примерно на 6%11, их производство, вероятно, увеличится в ближайшее время.

Фактическое присутствие фуллеренов в окружающей среде до сих пор не является консенсусом в литературе3,12, несмотря на то, что они были обнаружены в сточных и поверхностных водах13, отложениях14,15,16, почвах7,14, саже двигателей17, частицах в воздухе, выхлопных газах18 ,19, и горения дизельного топлива20, и метеориты2. Присутствие фуллеренов в окружающей среде было предложено либо как фактическое явление, либо связано с образованием ими лазерных артефактов во время масс-спектрометрического (МС) анализа с помощью лазерной десорбции ионизации (LDI) или матричной лазерной десорбционной ионизации (MALDI)12.

Фуллерены и их производные были связаны в нескольких исследованиях, вероятно, потому, что их присутствие в экологических или биологических образцах трудно обнаружить4,12. Другая причина заключается в том, что фуллерены могут подвергаться атмосферной трансформации в результате нескольких процессов, включая агрегацию, покрытие и такие реакции, как окисление21 и фотоокисление22. В некоторых исследованиях проводился поисковый поиск по химическому составу металлов и водорастворимой органической фракции мелкодисперсных аэрозолей (PM2,5), обнаруживая в основном металлы промышленного происхождения (Cu, Cd и Pb) и транспорта (Cr, Mn, Выбросы Ni, V и Zn), а также выбросы естественных выбросов (Na, K, Ca, Ti, Al, Mg и Fe)23. Однако это не связано с каким-либо влиянием содержания металлов на образование производных фуллеренов. Фуллерены обычно встречаются в следовых или ультра-следовых количествах, что затрудняет их количественное извлечение обычными методами. Соответственно, их также может быть трудно обнаружить и количественно оценить в матрицах окружающей среды при рассмотрении сотен и тысяч других компонентов пробы, которые могут действовать как мешающие факторы, в зависимости от того, какой метод извлечения и анализа пробы используется.