প্রোটন স্থানান্তরণ, শিথিলকরণ ও দূষণ

সম্প্রতি অতিদ্রুত ইলেকট্রন ইমেজিং-এর সাহায্যে আলোর দ্বারা সৃষ্ট হাইড্রোকার্বন অণুতে পারমাণবিক গতির প্রকাশ লক্ষ্য করা গেছে। হাইড্রোকার্বন অণু এবং আলোর মধ্যে মিথস্ক্রিয়া বায়ুমণ্ডলে নাইট্রাস অ্যাসিড গঠনকে প্রভাবিত করতে পারে । এ এমন এক যৌগ, বায়ু দূষণে যার ভূমিকা গুরুত্বপূর্ণ। এই আলো-প্ররোচিত আণবিক প্রক্রিয়াগুলিতে প্রোটনের স্থানান্তরণ কী ভূমিকা পালন করে, সেটাই ছিল গবেষকদের অনুসন্ধানের বিষয়।

আন্তঃআণবিক প্রোটন স্থানান্তরণ তখনই ঘটে যখন একটি প্রোটন একই অণুর মধ্যে এক অংশ থেকে অন্য অংশে চলে যায়। এই দ্রুত গতিবিধি পর্যবেক্ষণ করার জন্য, গবেষকরা একটি অতি দ্রুত ইলেকট্রন ক্যামেরা ব্যবহার করেছেন যা মানুষের চুলের প্রস্থের চেয়ে ১০,০০০ গুণের চেয়েও ছোট স্কেলে আণবিক গতি ধারণ করতে সক্ষম। এই ইমেজিং কৌশল, উন্নত কম্পিউটেশনাল মডেলিংয়ের সাথে মিলিত হয়ে একটি অদ্ভুত ব্যাপার প্রকাশ করেছে । একটি প্রোটন স্থানান্তরিত হওয়ার পর একটি সমতলের বাইরে প্যাঁচালো মোচড়-খাওয়া গতির সঞ্চার হয়। এটি অণুর শক্তি-শিথিলকরণের পথে এক গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ। শিথিলকরণের প্রক্রিয়াতে অণু আলো শোষণের পর উত্তেজিত, উচ্চ-শক্তির অবস্থা থেকে নিম্ন শক্তির অবস্থায় চলে আসে। এর আগে আলোর সাথে মিথস্ক্রিয়া করার পরে হাইড্রোকার্বন অণুগুলি কীভাবে শিথিল হতে পারে তার বিভিন্ন উপায় প্রস্তাব করা হয়েছিল। তবে, কোন প্রক্রিয়াটি ঘটে তা যাচাই করার জন্য বিজ্ঞানীদের কাছে পরীক্ষামূলক তথ্যের অভাব ছিল। এই গবেষণায় প্রোটন স্থানান্তরণ এবং আণবিক “মোচড়ের” সঙ্গে জড়িত একটি শিথিলকরণের পথ চিহ্নিত করা হয়েছে। এই ফলাফল জটিলতর অণুগুলির গবেষণার ভিত্তি তৈরি করে দিয়েছে। বিজ্ঞানীদের বিশ্বাস, এটি একই রকম মিথস্ক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়। দূষণ কীভাবে তৈরি হয় তা এর সাহায্যে আরও ভালভাবে বোঝা যাবে।

আলো এবং নাইট্রোঅ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন অণুর মিথস্ক্রিয়া আমাদের বায়ুমণ্ডলে রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলিকে বিশেষভাবে প্রভাবিত করে। এ থেকে ধোঁয়াশা এবং দূষণ সৃষ্টি হতে পারে। আলোর সাথে মিথস্ক্রিয়ার কারণে আণবিক জ্যামিতিতে পরিবর্তনগুলি পরিমাপ করাটা কিন্তু খুব কঠিন। কারণ এগুলি ঘটে সাব-অ্যাংস্ট্রম দৈর্ঘ্যের স্কেলে (এক মিটারের এক বিলিয়ন ভাগের দশ ভাগের কম) এবং ফেমটোসেকেন্ড টাইম স্কেলে (এক সেকেন্ডের এক বিলিয়ন ভাগের দশ ভাগের এক ভাগ)। ন্যাশনাল অ্যাক্সিলারেটর ল্যাবরেটরির অতি-দ্রুত ইলেকট্রন বিবর্ধন যন্ত্রটি দিয়ে এই অতি-ক্ষুদ্র এবং অতি-দ্রুত গতি পর্যবেক্ষণের জন্য প্রয়োজনীয় স্থানিক এবং সময় রেজোলিউশন অর্জন করা সম্ভব হয়েছে।

এই গবেষণায়, বিজ্ঞানীরা আলোক-উত্তেজিত ‘O- নাইট্রোফেনলে’র শিথিলকরণ প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করেছেন। তারপর, তাঁরা একটি বিশেষ ধরণের অ্যালগরিদম ব্যবহার করে সেই উপাত্ত (ডেটা) থেকে আণবিক আকৃতির ছোট ছোট পরিবর্তন সম্পর্কে এমন সব তথ্য পেয়েছেন যা সম্পূর্ণ নতুন। এ থেকে প্রোটন স্থানান্তরণ মারফত শিথিলকরণ সম্পর্কে এমন নতুন অন্তর্দৃষ্টি লাভ করা গেছে যা জটিলতর সিস্টেমে প্রোটন স্থানান্তরণ অধ্যয়নের পথ প্রশস্ত করেছে।

সূত্র: “Photo-induced structural dynamics of o-nitrophenol by ultrafast electron diffraction” by J. P. F. Nunes, M. Williams, J. Yang, T. J. A. Wolf, C. D. Rankine, R. Parrish, B. Moore, K. Wilkin, X. Shen, Ming-Fu Lin, K. Hegazy, R. Li, S. Weathersby, T. J. Martinez, X. J. Wang and M. Centurion, 16 May 2024, Physical Chemistry Chemical Physics.
DOI: 10.1039/D3CP06253H