苏黎世联邦理工学院和日内瓦大学的研究人员开发了一种新技术，可以以极高时间分辨率观察液体中发生的化学反应

瑞士苏黎世联邦理工学院和日内瓦大学的科学家近日取得了重大突破，他们开发出一种新技术，能够以极高的时间分辨率观察液体中发生的化学反应。这一创新使科学家们能够在短短的飞秒内跟踪分子的变化，这一突破将有望帮助人们更好地理解导致地球上生命出现的化学过程。

该项研究团队的物理化学教授Hans Jakob Wörner表示，这项工作的基础是由他们团队先前在气体环境中观察化学反应的研究。为了将他们的X射线光谱观察扩展到液体，研究人员设计了一种能够在真空中产生直径小于一微米的液体射流的装置。这一装置对于测量X射线是至关重要的，因为如果射流更宽，它会吸收一部分用于测量的X射线。

通过使用这种新方法，研究人员能够深入了解导致地球上生命出现的分子先驱。许多科学家认为，尿素在这个过程中发挥了关键作用。尿素是最简单的分子之一，含有碳和氮，而且在地球非常年轻的时候，尿素极有可能已经存在。美国科学家斯坦利·米勒在20世纪50年代进行的一项著名实验表明，尿素是在地球原始大气层中形成的。

根据目前的理论，尿素可能在当时没有生命的地球上富含温暖的水坑中大量存在，这被称为原始汤。随着汤中的水分蒸发，尿素的浓度增加。通过暴露于宇宙射线等电离辐射，这种浓缩尿素有可能在多个合成步骤中产生丙二酸。反过来，这可能创造了RNA和DNA的构建块。

使用这种新方法，苏黎世联邦理工学院和日内瓦大学的研究人员研究了浓缩尿素溶液在暴露于电离辐射时的行为。他们发现，电离辐射导致每个二聚体中的氢原子从一个尿素分子移动到另一个尿素分子。这将一个尿素分子变成质子化的尿素分子，另一个变成尿素自由基。后者具有高度的化学反应性，它非常有可能与其他分子反应从而形成丙二酸。研究人员还设法证明，这种氢原子的转移发生得非常快，只需要大约150飞秒或150千万亿分之一秒。

“这太快了，以至于这种反应抢占了理论上可能发生的所有其他反应。”Wörner说。“这就解释了为什么浓缩尿素溶液会产生尿素自由基，而不是承载会产生其他分子的其他反应。”在未来，Wörner和他的同事们希望能够进一步研究导致丙二酸形成的后续步骤。他们希望这将有助于他们了解地球上生命的起源。

至于他们的新方法，它通常也可用于检查液体中化学反应的精确顺序。“许多重要的化学反应发生在液体中——不仅是人体中的所有生化过程，还有许多与工业相关的化学合成。”Wörner说。“这就是为什么我们现在扩大了高时间分辨率X射线光谱的范围以包括液体中的反应如此重要的原因。”