به گزارش ایسنا، مقاله پژوهشی با عنوان «آمپرومتری قطره منفرد باران، تشکیل خودبه‌خودی و تنظیم‌شده H₂O₂ را در سطح برگ‌ها آشکار می‌کند» (Single-Rain Droplet Amperometry Reveals Spontaneous and Regulated H2O2 Formation on Leaf Surfaces) حاصل پژوهش گروه تحقیقاتی امیر حاتمی، عضو هیات علمی دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، شهره مدنی و Richard N. Zare است که در مجله علمی «Langmuir» از نشریات انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است.

این مقاله در ششم مه ۲۰۲۶ در جلد ۴۲، شماره ۲۱ مجله «Langmuir» در صفحات ۱۵۰۲۳ تا ۱۵۰۳۴ منتشر شده و طرح مرتبط با این پژوهش نیز به عنوان طرح روی جلد شماره اخیر این مجله اختصاص یافته است. موضوع اصلی این پژوهش، بررسی یک پدیده شیمیایی در مقیاس بسیار کوچک است؛ پدیده‌ای که در جریان آن قطرات بسیار ریز آب باران هنگام قرار گرفتن روی سطح برگ می‌توانند به‌صورت خودبه‌خودی پراکسید هیدروژن (H₂O₂) تولید کنند.

پراکسید هیدروژن یکی از ترکیبات اکسیدکننده و از گونه‌های فعال اکسیژن به شمار می‌رود. مطالعات پیشین نشان داده‌اند که قطرات آب، از جمله قطرات پاشیده‌شده یا قطرات حاصل از میعان، می‌توانند در اثر واکنش‌های بین‌سطحی و پدیده برق‌دارشدن تماسی، رادیکال‌های هیدروکسیل تولید کنند و در ادامه زمینه برای تشکیل پراکسید هیدروژن فراهم شود. با این حال، چگونگی وقوع این فرایند در شرایط طبیعی و به‌ویژه در قطرات بسیار کوچک باران، کمتر مورد بررسی قرار گرفته بود.

در این پژوهش، محققان با بررسی قطرات منفرد باران با حجم حدود پنج میکرولیتر، تشکیل H₂O₂ را در محل و روی سطوح طبیعی برگ‌ها مورد مطالعه قرار دادند. نتایج نشان داد که در این قطرات کوچک، پراکسید هیدروژن می‌تواند بدون استفاده از کاتالیزور و به‌صورت خودبه‌خودی تشکیل شود.

پژوهشگران برای شناسایی این ترکیب از روش‌های الکتروشیمیایی استفاده کردند و با به‌کارگیری یک الکترود ترکیبی با قطر حدود ۱.۲ میلی‌متر توانستند پراکسید هیدروژن را مستقیماً در قطرات منفرد شناسایی کنند. حد تشخیص این روش ۰.۲۷ قسمت در میلیون (ppm)، معادل حدود هشت میکرومولار، گزارش شده است. برای اعتبارسنجی نتایج حاصل از اندازه‌گیری الکتروشیمیایی نیز آزمایش‌های رنگ‌سنجی به‌صورت موازی انجام شد.

نقش ویژگی‌های سطح برگ در تشکیل پراکسید هیدروژن

یکی از یافته‌های این مطالعه، تأثیر ویژگی‌های سطح برگ بر میزان تشکیل پراکسید هیدروژن است. محققان در آزمایش‌های خود از برگ‌های رز (Rosa) و شمشاد (Buxus) به عنوان سامانه‌های مدل استفاده کردند و دریافتند که عواملی همچون شکل و ساختار سطح برگ و میزان آب‌گریزی آن می‌تواند بر تشکیل H₂O₂ در قطرات باران تأثیر بگذارد.

همچنین میزان تشکیل پراکسید هیدروژن در قطرات قرارگرفته در معرض نور خورشید با شرایط سایه متفاوت بود. بر اساس نتایج این مطالعه، این تفاوت احتمالاً بیشتر با تغییرات دما ارتباط دارد تا اثر مستقیم تابش فرابنفش. pH قطرات باران نیز از دیگر عواملی بود که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که اسیدیته یا قلیائیت قطره می‌تواند بر میزان تشکیل پراکسید هیدروژن تأثیرگذار باشد.

تشکیل H₂O₂ به سطح مشترک قطره مربوط است

محققان برای مشخص کردن منشا پراکسید هیدروژن تشکیل‌شده، مجموعه‌ای از آزمایش‌های کنترلی را انجام دادند. این آزمایش‌ها نشان دادند که تابش فرابنفش و فرایندهای فتوسنتزی برگ عامل اصلی تشکیل H₂O₂ در این آزمایش‌ها نبوده‌اند.  همچنین آزمایش‌های تکرارشده روی سطوح پلاستیکی مصنوعی و در پشت شیشه که مانع عبور تابش فرابنفش می‌شود، نشان دادند که تشکیل پراکسید هیدروژن به خود فرایند بین سطح قطره و محیط اطراف آن مربوط است.

در مقابل، زمانی که آب باران در حجم بزرگ‌تر، حدود ۰.۵ میلی‌لیتر، بررسی شد یا قطرات بزرگ‌تر مورد استفاده قرار گرفتند، ماده اکسیدکننده قابل تشخیصی مشاهده نشد. این یافته اهمیت مقیاس قطره و نسبت سطح به حجم را در این پدیده شیمیایی نشان می‌دهد.

بر اساس نتایج این پژوهش، هدف اصلی مطالعه صرفاً توسعه یک روش جدید برای اندازه‌گیری پراکسید هیدروژن نبوده است، بلکه پژوهشگران تلاش کرده‌اند یک پدیده طبیعی کمتر شناخته‌شده و عوامل مؤثر بر تنظیم آن را در سطح برگ‌ها آشکار کنند. برای این منظور، از حسگرهای کوچک‌شده و روش‌های نوری در کنار یکدیگر استفاده شده است.

احتمال نقش قطرات باران در مقابله با آلودگی‌های میکروبی

یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که قطرات بسیار کوچک باران ممکن است علاوه بر نقش شناخته‌شده خود در شست‌وشوی سطح برگ‌ها، در محل تماس با سطح برگ به‌عنوان محیطی برای ایجاد ترکیبات اکسیدکننده نیز عمل کنند.

پژوهشگران احتمال می‌دهند که چنین فرایندی بتواند در شرایط طبیعی در ایجاد یک محیط نامساعد برای برخی عوامل میکروبی یا در فرایندهای اکسیداسیون موضعی نقش داشته باشد. با این حال، در مقاله تأکید شده است که برای تعیین نقش واقعی این پدیده در حفاظت از سطوح گیاهی در برابر آلودگی میکروبی یا سایر فرایندهای زیستی، به مطالعات بیشتری در شرایط طبیعی نیاز است. ز سوی دیگر، نتایج این مطالعه این احتمال را مطرح می‌کند که فرایندهای مشابه صرفاً به قطرات باران محدود نباشند و در پدیده‌های طبیعی دیگری مانند شبنم، مه و آئروسل‌ها نیز رخ دهند.

پژوهشگران بر همین اساس بر ضرورت مطالعات بیشتر درباره تشکیل خودبه‌خودی گونه‌های فعال اکسیژن در قطرات طبیعی تأکید کرده‌اند؛ موضوعی که می‌تواند ابعاد جدیدی از شیمی در مقیاس میکروسکوپی و واکنش‌های شیمیایی در فصل مشترک قطرات آب با محیط اطراف را آشکار کند.

این مقاله با عنوان «Single-Rain Droplet Amperometry Reveals Spontaneous and Regulated H2O2 Formation on Leaf Surfaces» در مجله «Langmuir» انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است.

انتهای پیام