Num novo estudo, uma equipa de investigadores conseguiu, pela primeira vez, captar imagens de um átomo de oxigénio em água, recorrendo à fluorescência emitida pelos átomos de oxigénio excitados antes de serem neutralizados pela água envolvente.
Apesar de ser um dos elementos mais importantes para a vida, o oxigénio atómico continua a encerrar uma quantidade surpreendente de mistérios, já que os cientistas ainda não compreendem como reage em ambientes aquosos.
Este é um ponto crucial: as propriedades oxidantes do oxigénio atómico são extremamente úteis na medicina e na indústria, pelo que perceber como o oxigénio reage na água é fundamental.
Dar resposta a esta questão pendente tem sido praticamente impossível devido a limitações tecnológicas.
Tentativas anteriores de medir oxigénio atómico em água falharam, uma vez que o líquido neutraliza rapidamente qualquer átomo excitado antes que possa ser registado.
Mas agora, uma equipa de cientistas da Universidade Estadual da Carolina do Norte, Princeton e Texas A&M alcançou um avanço significativo, utilizando uma técnica laser de femtossegundo (10⁻¹⁵ segundos) capaz de excitar o oxigénio atómico e registar a fluorescência resultante antes de esta ser extinta.
Os resultados do estudo foram apresentados num artigo publicado na revista Nature Communications.
“As medições mostram que os átomos de oxigénio persistem durante dezenas de microssegundos na água, penetrando centenas de micrómetros no líquido”, escreveram os autores do estudo.
“Esta longevidade observada tem implicações significativas, sugerindo a necessidade de reavaliar os modelos existentes de reatividade e transporte do oxigénio atómico solvado”, acrescentam os investigadores.
Para alcançar este avanço, os investigadores recorreram a uma técnica conhecida como fluorescência induzida por absorção de dois fotões, ou TALIF; e, ao contrário de muitos processos científicos, este nome é realmente descritivo.
Os cientistas medem estes átomos de oxigénio individuais forçando-os a absorver dois fotões em simultâneo, o que os coloca num estado excitado. Ao regressarem ao seu estado fundamental, libertam o excesso de energia sob a forma de fluorescência. Medindo essa energia excedente – ou luz –, é possível determinar as concentrações de formas específicas de um elemento.
Parece simples, não é? O problema é que estes estados excitados não duram muito tempo, pois o líquido extingue-os rapidamente.
Desta vez, porém, o uso de um laser de femtossegundo excitou os átomos tão rapidamente que a equipa de investigação dispunha de uma janela temporal considerável para os captar antes de serem neutralizados.
Myers, B. et al / Nature Communications
Visualização de átomos de oxigénio solvatados com um laser de femtosegundos
Segundo o Phys.org, os cientistas compararam depois os resultados da fluorescência com um sinal calibrado de densidade de xénon, já que, segundo explicam os autores do estudo, este apresenta um esquema de excitação e fluorescência por dois fotões praticamente idêntico.
Estes dados foram posteriormente inseridos em simulações para estimar a frequência com que os átomos excitados colidiam com moléculas de água, tendo o estudo concluído que existia um total estimado de 10¹⁶ cm⁻³ de átomos próximo da superfície da água.
Um dos processos que esta configuração procura compreender é a razão de ramificação efetiva, isto é, a fração de átomos excitados que emite cada um um fotão.
Uma das limitações do estudo reside na suposição implícita de que qualquer colisão entre estes átomos excitados pelo laser e a água resulta sempre em desexcitação, quando é possível que ocorram colisões sem extinção do átomo.
Assim, os autores sublinham que os valores de densidade de oxigénio acima referidos representam, na melhor das hipóteses, uma estimativa máxima, e não um número exato.
Como já foi referido, o estudo observou ainda que o oxigénio pode, na verdade, persistir durante dezenas de microssegundos e percorrer centenas de micrómetros.
Embora esta distância seja inimaginavelmente curta para nós, é significativamente superior ao que os cientistas previam, o que significa que futuros estudos terão de aprofundar este fenómeno e que os modelos existentes sobre o comportamento do oxigénio em água terão de ser atualizados.
