Nadine Borduas-Dedekind目前在瑞士联邦理工学院苏黎世联邦理工学院管理着一个大气化学小组。2021年1月,她将在加拿大英属哥伦比亚大学担任助理教授

Nadine Borduas-Dedekind的照片

来源:©Nadine Borduas-Dedekind

如果不是有机大气化学家,你可能会认为烧烤上空的烟雾比瑞士阿尔卑斯山原始的积雪中更有趣的有机化学Nadine Borduas-Dedekind在美国,它们之间有着错综复杂的联系。由火灾抛到大气中的气溶胶、灰尘和大分子正是驱使水滴变成云中的冰晶的那种粒子。因此,她的团队发现自己在实验室的屋顶上烤火烧烤,以对那些成冰粒子的早期前体进行取样,同时长途跋涉穿过高山荒野,在大气旅程的终点找回真正的物质。

Borduas-Dedekind最初在全合成和键激活等核心有机化学领域接受过培训,本科时在制药公司工作过,毕业后在她的祖国加拿大Merck Frosst制药公司找到了一个职位。然而,她很快就去了研究生院攻读硕士学位并进行了自己的研究。有机会把她的有机化学专业知识用于大气,这有点令人惊讶。两位大气化学教授解释说,他们的领域缺乏有机化学的视角,并邀请她攻读博士学位,以弥补这一差距。

关注点的转移是一个挑战,但Borduas-Dedekind发现自己处于将新知识引入现有领域的有用位置。“你去参加会议,他们会说,‘哦,她是研究机械装置的人,会推箭头。“‘在我的顾问看来,这些大气分子非常大,它们有两三个碳,可能还有一个氧和一个氮。我当时想,嘿,这个太小了。在获得博士学位后,她在南非做了一段时间的环境咨询工作,但在世界各地探索了各种科学角色后,她得出结论,学术研究是她需要做的事情。她于2016年在苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)继续担任博士后,从2018年开始担任独立研究员。

冰成核是她目前工作的核心。云中的水滴可以超冷到低于水的冰点,等待适当的推动转化为固态。这种推动力可能来自有机气溶胶,甚至大分子,它们扮演着冰核粒子的角色。这些颗粒的化学成分和来源多种多样:自相矛盾的是,森林火灾产生了一种可以导致云层结冰的颗粒汤。因为云和雪可以调节地球的反射率或反照率,了解从火到冰的过程对于模拟地球的能量平衡至关重要。她说:“我们正试图用有机化学放大镜来观察这些宏观气候问题。”

不同的观点

Borduas-Dedekind的研究包括自上而下和自下而上两种方法。在最顶端,她的团队前往荒野取回刚落下的雪,雪中有冰核颗粒被冻结。回到实验室,他们自制的冷冻冰核计数器(Finc)帮助他们了解这些样本中粒子的浓度和组成。她解释说:“该仪器使用一个摄像头向下观察288个充满含冰核物质溶液的井。”“我们以每分钟1℃的速度将温度从0℃冷却到-35℃,我们观察到井的冻结是温度的函数。然后,我们得到每个温度下的冻结分数,这是材料及其在溶液中的浓度的特征。“或者,这些颗粒可以被紫外线照射,以了解它们在大气中滞留时是如何降解和转化的。”

在尺度的另一端是自下而上的化学,Borduas-Dedekind和她的团队试图合成类似于冰核粒子的化合物,因此他们可以以更抽象但可控的方式探索它们的化学。她说:“希望这两种方法相遇,然后你就可以把它们联系起来:‘这是我们对大气中一些有机物质的化学和分子结构的了解。’”最近,他们发现,尽管木质素在紫外线下显著老化,但它仍保持着成冰能力,这表明不同化学成分的颗粒对大气的影响存在异质性。

我们试图用有机化学的放大镜来观察这些气候问题

Borduas-Dedekind认识到解决问题的不同方法的价值,他曾在世界各地实习和研究项目。她解释说:“我曾在德国的一家制药公司工作,也曾在加拿大的一家制药公司工作,这两家公司的结构非常不同。”但他们都一样高效,一样有效,一样成功。这种经历,以及能够评估她遇到的方法的利与弊,鼓励她在团队中挖掘出不同的观点,团队成员的背景横跨物理、化学、工程和数学。这可能意味着在讨论研究时有更广泛的观点,或者在写手稿时有新的观点。“通过拥有如此丰富的经验和专业知识,我作为主管学到了很多东西,我喜欢这些科学交流。这也是一个展示谦逊、打破学生和教授之间等级观念的机会。”

一个图像显示冻结冰核计数器

来源:©Nadine Borduas-Dedekind

研究小组自制的冷冻冰核计数器帮助他们量化气溶胶作为冰核粒子的能力

尊重她的学生的专业知识,并劝说他们认识到自己的专业知识,这也提高了她实验室的能力。开发Finc工具意味着将责任下放给她的研究助理安娜•米勒他是一名化学家基布伦南他是一位具有机械加工专业知识的大气科学家。他说,关于相机质量和焊接方式的决定,我不知道该怎么做,但没关系。基利安做到了,”她解释道。通过鼓励她的学生互相教授,即使有人来了又走,这个团队仍然保持着专业知识——她确保参与了这个过程。她说:“实际上,尽我所能去学习他们所做的一切非常重要。”他说,Finc是一年半前建成的。所以有些零件开始坏了,需要更换。因此,我试图参与到这种知识转移中来。”

Borduas-Dedekind未来的研究将更接近家庭:她计划在2021年担任加拿大英属哥伦比亚大学助理教授时推进一个关于室内化学的项目。尽管我们的生活和工作场所充满了活性有机物种,但它们只是刚刚开始得到应有关注的化学竞技场。她指出:“有机化学家有研究这些活性分子的空间。”例如,尼古丁是一种高活性分子,是人体内众所周知的毒药,但人们对其反应以及与室内空气混合后的最终产物仍然知之甚少。最终,她希望学生们的见解将有助于推动她实验室的新工作:“我们是好奇的人,所以它总是在变化。让我们看看谁会选择加入我的小组,看看他们会把我小组的研究方向带到哪里去。”