Forskere får laver til at overvåge luftforurening

Et MIPT-baseret hold af forskere har foreslået at analysere lavsammensætningen for at vurdere atmosfærisk luftkvalitet, når konventionelle overvågningsstationer ikke er tilgængelige. De lavede et casestudie af Xanthoria parietina lav, hvis prøver blev indsamlet i Moskva, Nizhny Novgorod, og to byer uden for Moskva - Dolgoprudny og Dubna. Prøveanalyse afslørede deres jern, kobber, og manganindhold, sammen med koncentrationer af frie radikaler af phenol og polyphenol - to typer forbindelser, der forekommer naturligt i lav. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Journal of Applied Spectroscopy .

"Ved at vise, at atmosfærisk luftkvalitet bestemmer koncentrationen af ​​radikaler i lav, vi beviser, at elektron paramagnetisk resonansspektroskopi kan bruges til miljøovervågning i byer, " siger lektor Svetlana Zhuravleva fra Institut for Kemi, MIPT. "Dette gør metoden meget bekvem for de områder, hvor luftovervågningsstationer ikke er tilgængelige. Selv større byer befolket af millioner af mennesker har typisk ikke mere end 10 sådanne faciliteter."

Metalioner og frie radikaler fra organiske molekyler er involveret i enzymatiske reaktioner, der er afgørende for sundheden. Men overskydende ioner og radikaler forstyrrer cellemetabolismen og forstyrrer den naturlige balance af redoxreaktioner ved at skade proteiner, nukleinsyrer, og lipiderne i cellemembranen. Da denne skade opbygges i cellerne, det kan føre til adskillige alvorlige sygdomme. Atmosfærisk luftforurening i tæt befolkede industribyer er en af ​​de vigtigste faktorer, der er involveret i det overdrevne antal metalioner og frie radikaler i levende celler. Forskere har anslået, at i 2015, 16 procent af dødsfaldene globalt skyldes sygdomme forårsaget af dårlige miljøforhold. Dette er tre gange antallet af dødsfald forårsaget af AIDS, tuberkulose og malaria kombineret, eller 15 gange antallet af mennesker dræbt i krige og af andre former for vold.

De målte metaller var magnesium og to overgangselementer - jern og kobber. Deres ioner er i stand til at indgå i redoxreaktioner, hvorved de kan opgive eller tage på elektroner med relativ lethed. Hvis elektronudveksling i en redoxproces resulterer i, at en metalion har et ulige antal elektroner, en af ​​dem er bundet til at være uparret. Sådanne ioner med uparrede elektroner kaldes paramagnetiske. Radikale ligner lidt hinanden. Dette udtryk er forbeholdt alle andre ioner, atomer, og endda hele molekyler af organiske eller uorganiske forbindelser, der har en uparret elektron. Det karakteristiske træk ved radikaler og metalioner er deres meget reaktive natur; det er, de gennemgår let kemiske reaktioner med andre molekyler. Som et resultat af en forhøjet koncentration af sådanne reaktive arter i levende celler, unormale kemiske processer forekommer oftere. De forhindrer individuelle celler og i forlængelse heraf kroppen som helhed i at opretholde den dynamiske ligevægtstilstand kendt som homeostase. Tidligere forskning indikerede, at højere indhold af frie radikaler og paramagnetiske metalioner i pattedyrceller korrelerer med en forringelse af helbredet.

"Laver absorberer let forbindelser af metaller fra forurenet atmosfærisk luft. Udover det, de er autonome og kræver ingen særlige forhold:Lav kan vokse på træer, sten, metalstrukturer. De behøver ingen jord, minimalt lys og er derfor rigeligt i hele Rusland, " forklarer MIPT professor Eduard Trukhan, som har en ScD i fysik og matematik. "Alt dette gør laver til en førsteklasses kandidat til brug i miljøovervågning og vurdering af de risici, som forurening udgør for befolkningen."

At måle indholdet af metalioner og organiske radikaler i lav, forskerne brugte to analytiske teknikker. Først, det samlede indhold af alle reaktive arter med uparrede elektroner blev bestemt ved hjælp af elektronparamagnetisk resonans. Efter det, deres individuelle koncentrationer blev identificeret via optisk emissionsspektroskopi.

Forskerne sammenlignede de data, de opnåede med luftforureningsindekset, en standard kompleks indikator for miljøkvalitet. API-værdier måles, beregnet, og offentligt udgivet af Ruslands føderale tjeneste for hydrometeorologi og miljøovervågning og landets ministerium for naturressourcer og miljø. API beregnes som summen af ​​gennemsnitlige årlige koncentrationer af forurenende stoffer udtrykt i deres maksimalt tilladte koncentrationer, som er baseret på deres fareklassificeringer. Luftforurening i Dubna og Dolgoprudny anses for at være lav (API <5), men Moskva og Nizhny Novgorod har en dårlig placering (5

Pavel Bondarenko, forsker ved Kemisk Institut, MIPT, fremhæver relevansen af ​​arbejdet:"Denne undersøgelse giver den første rangeringsskala til klassificering af miljøkvalitet baseret på paramagnetisk centerkoncentration i lav. Den kunne bruges til at kortlægge byforurening og identificere de zoner i byer, der kan udgøre en fare for menneskers sundhed."