Veruje se da je led odigrao ključnu ulogu u nastanku života. Jedan od razloga je taj što se organski molekuli mogu isključiti u praznine između kristalne rešetke pomoću uredno raspoređenih molekula vode, što dovodi do koncentracije organskih jedinjenja.
Međutim, trenutne metode za proučavanje organskih molekula u ledu, kao što su Raman i infracrvena spektroskopija, uglavnom su ograničene na spektroskopske tehnike zasnovane na apsorpciji, ograničavajući osetljivost merenja.
Istraživački tim predvođen prof. Zhang Guokingom, prof. Liu Shiiongom, prof. Zhou Ksiaoguoom i istraživačem Zhang Ksuepengom sa Univerziteta za nauku i tehnologiju Kine (USTC) razvio je metod detekcije mikrostruktura vode i leda koristeći organske fosforescentne sonde i fosforescentnu spektroskopiju. Njihov rad je objavljen u Angevandte Chemie International Edition.
Tim je predložio metod zasnovan na emisiji za proučavanje organskih molekula u vodenom ledu. Oni su koristili stanje hidratacije fosforescentne sonde, akridinijum jodida (ADI), da ukažu na mikrostrukturne promene vodenog leda (tj. kristalno naspram staklastog).
Mikrostrukture vodenog leda mogu biti značajno diktirane količinom u tragovima organskih molekula rastvorljivih u vodi. Konkretno, ako vodeni led ostane amorfan na niskim temperaturama, AD + katjon i I-anjon ADI sonde će biti razdvojeni vezanim molekulima vode, pokazujući dugovečnu fosforescenciju i vidljivi zelenkasto žuti odsjaj. Dok su u uređenom kristalnom ledu, molekuli ADI sonde se agregiraju, izazivajući kratkotrajnu crvenu fosforescenciju kroz efekat teškog atoma joda.
Emisioni spektri su otkrili jasne spektroskopske promene u vodenom rastvoru ADI nakon dodavanja malih molekula etilen glikola (EG) i monodisperznih EG polimera (PDI=1). Dodavanje količine EG u tragovima (0,1%) dovodi do pojave fluorescentne trake oko 480 nm, praćene intenzivnijom fosforescentnom trakom sa dobro rešenim vibronskim progresijama na 555, 598 i 648 nm.
Spektralni rezultati su pokazali da je dodavanje EG dovelo do transformacije molekula ADI u vodenom ledu iz nerastvorenih agregata u stanja rastvorenih jona.
Da bi se potvrdili zaključci fosforescentne spektroskopije, slike niskotemperaturne skenirajuće elektronske mikroskopije (Crio-SEM) pokazale su da je dodavanje tragova EG u vodeni led koji sadrži ADI rezultiralo lokalnim područjima sa poroznom mikrostrukturom. U međuvremenu, niskotemperaturni Raman (LT-Raman) spektri su potvrdili da je dodavanje EG u tragovima bilo dovoljno da izazove pomeranje OH vibracije vodenog leda iz niskofrekventnog kristalnog stanja u visokofrekventno staklasto stanje.
Ova studija je otkrila da dodavanje količine u tragovima malih ili velikih molekularnih organskih materija u vodu može značajno inhibirati kristalni red vodenog leda korišćenjem pogodnije i osetljivije fosforescentne spektroskopije.
Štaviše, spektroskopija fosforescencije takođe može otkriti morfološke razlike u mikrostrukturi vode i leda kada se u vodu dodaju tragovi organskih materija različite strukture i iste koncentracije, što je u skladu sa Ramanovom spektroskopijom i skenirajućom elektronskom mikroskopijom, pružajući novo tehničko sredstvo za proučavanje vode. interakcije led-organika pri nižim koncentracijama i širem temperaturnom opsegu.
