首次在大气条件下检测到气相亚硫酸

大气的化学过程再次让我们惊叹不已。莱比锡莱布尼茨对流层研究所 (TROPOS) 的研究人员首次证明了大气条件下气相亚硫酸 (H 2 SO 3 ) 的存在。研究结果发表在《应用化学》杂志上。

与众所周知的硫酸 (H 2 SO 4 ) 相比，亚硫酸 (H 2 SO 3 ) 被认为难以获得(或不可能生产)。教科书建议在二氧化硫 (>SO 2 ) 水溶液中可能形成 H 2 SO 3，尽管它以孤立形式存在被认为是不可能的。

然而，尽管人们尝试了各种光谱方法，但迄今为止，在 SO 2水溶液中检测 H 2 SO 3的实验仍未成功。只有相应的碱基亚硫酸氢盐 HSO 3 —和亚硫酸盐 SO 3 2 —可以检测到。

迄今为止，唯一一次 H 2 SO 3的实验检测是由柏林工业大学的 Helmut Schwarz 团队于 1988 年利用质谱仪原位生成技术实现的。据估计，在真空条件下，H 2 SO 3 的寿命极短，约为 10 微秒或更长。

理论计算表明，H 2 SO 3可能是OH 自由基与二甲基硫醚 (DMS) 发生气相反应的产物，OH 自由基主要由对流层中的臭氧和水分子在紫外线照射下形成。DMS 主要由海洋中的生物过程产生，是大气中最大的生物硫源，每年产生约 3000 万吨。

在莱比锡 TROPOS 实验室中，研究人员通过实验研究了从 DMS 开始生成H 2 SO 3的可能反应路径。在常压条件下，流动反应器清楚地展示了气相中 H 2 SO 3的形成。在实验条件下，无论湿度如何，亚硫酸都能保持稳定半分钟。现有的实验装置还无法研究更长的停留时间。

因此，H 2 SO 3也可以在大气中存在足够长的时间，并对化学过程产生影响。观察到的产量甚至比理论上假设的要大一些。“对于一种被认为可能‘不存在’的化合物，在光谱仪中看到清晰的 H 2 SO 3信号非常令人印象深刻，”提出这个想法并进行实验的 TROPOS 的 Torsten Berndt 博士说。

随后，新的反应途径被应用于全球化学-气候模型。相关模型模拟显示，全球每年形成约 800 万吨 H 2 SO 3。 “该途径产生的 H 2 SO 3质量比大气中二甲基硫醚直接形成硫酸 (H 2 SO 4 ) 的质量高出约 200 倍。新结果有助于更好地了解大气中的硫循环，”负责全球建模的科学家 Andreas Tilgner 博士和 Erik Hoffmann 博士补充道。

与许多研究成果一样，这里也出现了许多新的有趣问题：亚硫酸一旦在气相中形成，似乎至少具有一定的稳定性。然而，与大气中微量气体反应的寿命仍完全不清楚。与水蒸气的反应也尚未得到令人满意的澄清。

Berndt 博士补充道：“为了充分阐明 H 2 SO 3的意义，还需要在进一步优化的实验中进行更多的研究。”

H 2 SO 3的检测是发现新反应途径和通过实验验证以前仅从理论上提出或难以获得的化合物的另一个例子。这是通过优化反应控制与高灵敏度检测方法的相互作用实现的。

例如，本研究中使用的质谱仪的检测限为大气压下每立方厘米 10 4个产品分子，也就是说，可以在 10 15 个分子(1 千万亿个分子)的混合物中检测到特定分子。不断改进的方法将使我们能够更深入地了解反应过程，从而有助于更好地理解大气化学和所有其他化学领域。

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