Прямое наблюдение атомарного кислорода в основном состоянии в воде с помощью фемтосекундной лазерной флуоресценции, вызванной двухфотонным поглощением. Источник: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66196-8
Ученые использовали фемтосекундное двухфотонное поглощение атомов кислорода в процессе лазерной индуцированной флуоресценции (fs-TALIF), чтобы напрямую увидеть и получить изображение атомов кислорода в основном состоянии в воде. Двухфотонное поглощение лазерно-индуцированная флуоресценция (TALIF) — оптический метод, который уже используется для количественной оценки содержания реактивных атомов в газах. Принцип работы TALIF заключается в использовании точно настроенного лазера для возбуждения измеряемых атомов.
Предыдущие попытки использовать TALIF для измерения содержания атомарного кислорода в воде не увенчались успехом, поскольку жидкость быстро гасила возбуждённые атомы, снижая уровень сигнала до неопределяемого.
В данной работе фемтосекундный лазер был настроен на 225,7 нм и облучал поверхность воды, обогащённую атомарным кислородом, активированным с помощью плазменной струи. Когда возбуждённые атомы кислорода возвращались в состояние с обычной энергией, они излучали флуоресценцию с длиной волны 844,6 нм, которую улавливала чувствительная камера.
Экспериментальная установка для визуализации сольватированных атомов кислорода. Источник: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66196-8
Изначально перед учёными стояла практическая задача количественно оценить количество атомов кислорода, растворённых в воде. В предыдущих исследованиях предпринимались попытки сделать это с помощью химических зондов. Эти попытки не увенчались успехом, поскольку зонды часто разрушались из-за сильной окислительной способности или вступали в химические реакции с образованием активных форм кислорода (АФК). Найдя способ количественно оценить количество атомов кислорода, растворённых в воде с помощью лазерной индуцированной флуоресценции (fs-TALIF), учёные так же сфотографировали атомы кислорода в в воде и показали, что эти атомы оставались стабильными в течение десятков микросекунд и перемещались в жидкости на несколько сотен микрометров — такое поведение противоречило существующим научным представлениям об атомах кислорода в жидкой среде.
Работа опубликована в Nature Communications.