Fragmentation energetics of clusters relevant to atmospheric new particle formation

Journal of the American Chemical Society

Volumn 135, Issue 8, 2013, Pages 3276-3285

  Bzdek, Bryan R ^a   Depalma, Joseph W ^a   Ridge, Douglas P ^a   Laskin, Julia ^b   Johnston, Murray V ^a  

^a UNIVERSITY OF DELAWARE   (United States)

^b PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMMONIA; ATMOSPHERIC THERMODYNAMICS; CHEMICAL ACTIVATION; DISSOCIATION; MOLECULES; QUANTUM CHEMISTRY; SULFURIC ACID;

CLOUD CONDENSATION NUCLEI; CLUSTER FRAGMENTATION; FOURIER TRANSFORM ION CYCLOTRON RESONANCE MASS SPECTROMETERS; LABORATORY EXPERIMENTS; NEW PARTICLE FORMATION; QUANTUM CHEMICAL CALCULATIONS; RICE-RAMSPERGER-KASSEL-MARCUS; SURFACE-INDUCED DISSOCIATION;

ATMOSPHERIC CHEMISTRY;

AMMONIA; SULFURIC ACID;

ARTICLE; ATMOSPHERE; DISSOCIATION; ELECTROSPRAY; ENERGY TRANSFER; FRAGMENTATION REACTION; ION CYCLOTRON RESONANCE MASS SPECTROMETRY; STATIC ELECTRICITY; THERMODYNAMICS;

EID: 84874630406     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja3124509     Document Type: Article

References (83)

1. Kulmala, M.; Vehkamaki, H.; Petaja, T.; Dal Maso, M.; Lauri, A.; Kerminen, V. M.; Birmili, W.; McMurry, P. H. J. Aerosol Sci. 2004, 35, 143-176
2. Zhang, R.; Khalizov, A.; Wang, L.; Hu, M.; Xu, W. Chem. Rev. 2012, 112, 1957-2011
3. Kerminen, V. M.; Lihavainen, H.; Komppula, M.; Viisanen, Y.; Kulmala, M. Geophys. Res. Lett. 2005, 32, L14803
4. Wiedensohler, A.; Cheng, Y. F.; Nowak, A.; Wehner, B.; Achtert, P.; Berghof, M.; Birmili, W.; Wu, Z. J.; Hu, M.; Zhu, T.; Takegawa, N.; Kita, K.; Kondo, Y.; Lou, S. R.; Hofzumahaus, A.; Holland, F.; Wahner, A.; Gunthe, S. S.; Rose, D.; Su, H.; Poschl, U. J. Geophys. Res.: Atmos. 2009, 114, D00G08
5. Kuang, C.; McMurry, P. H.; McCormick, A. V. Geophys. Res. Lett. 2009, 36, L09822
6. Merikanto, J.; Spracklen, D. V.; Mann, G. W.; Pickering, S. J.; Carslaw, K. S. Atmos. Chem. Phys. 2009, 9, 8601-8616
7. Lee, S. S.; Feingold, G. Geophys. Res. Lett. 2010, 37, L23806
8. Rosenfeld, D.; Lohmann, U.; Raga, G. B.; O'Dowd, C. D.; Kulmala, M.; Fuzzi, S.; Reissell, A.; Andreae, M. O. Science 2008, 321, 1309-1313
9. Charlson, R. J.; Schwartz, S. E.; Hales, J. M.; Cess, R. D.; Coakley, J. A.; Hansen, J. E.; Hofmann, D. J. Science 1992, 255, 423-430
10. Lohmann, U.; Feichter, J. Atmos. Chem. Phys. 2005, 5, 715-737
11. Bzdek, B. R.; Johnston, M. V. Anal. Chem. 2010, 82, 7871-7878
12. Bzdek, B. R.; Pennington, M. R.; Johnston, M. V. J. Aerosol Sci. 2012, 52, 109-120
13. Laskin, A.; Laskin, J.; Nizkorodov, S. A. Environ. Chem. 2012, 9, 163-189
14. Riipinen, I.; Yli-Juuti, T.; Pierce, J. R.; Petaja, T.; Worsnop, D. R.; Kulmala, M.; Donahue, N. M. Nat. Geosci. 2012, 5, 453-458
15. Kuang, C.; McMurry, P. H.; McCormick, A. V.; Eisele, F. L. J. Geophys. Res.: Atmos. 2008, 113, D10209
16. Nieminen, T.; Manninen, H. E.; Sihto, S. L.; Yli-Juuti, T.; Mauldin, R. L.; Petaja, T.; Riipinen, I.; Kerminen, V. M.; Kulmala, M. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 4715-4721
17. Sipila, M.; Berndt, T.; Petaja, T.; Brus, D.; Vanhanen, J.; Stratmann, F.; Patokoski, J.; Mauldin, R. L.; Hyvarinen, A. P.; Lihavainen, H.; Kulmala, M. Science 2010, 327, 1243-1246
18. Weber, R. J.; Marti, J. J.; McMurry, P. H.; Eisele, F. L.; Tanner, D. J.; Jefferson, A. Chem. Eng. Commun. 1996, 151, 53-64
19. Weber, R. J.; Marti, J. J.; McMurry, P. H.; Eisele, F. L.; Tanner, D. J.; Jefferson, A. J. Geophys. Res.: Atmos. 1997, 102, 4375-4385
20. Bzdek, B. R.; Zordan, C. A.; Pennington, M. R.; Luther, G. W.; Johnston, M. V. Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 4365-4373
21. Kuang, C.; Chen, M.; Zhao, J.; Smith, J.; McMurry, P. H.; Wang, J. Atmos. Chem. Phys. 2012, 12, 3573-3589
22. Kuang, C.; Riipinen, I.; Sihto, S. L.; Kulmala, M.; McCormick, A. V.; McMurry, P. H. Atmos. Chem. Phys. 2010, 10, 8469-8480
23. Smith, J. N.; Barsanti, K. C.; Friedli, H. R.; Ehn, M.; Kulmala, M.; Collins, D. R.; Scheckman, J. H.; Williams, B. J.; McMurry, P. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 6634-6639
24. Smith, J. N.; Dunn, M. J.; VanReken, T. M.; Iida, K.; Stolzenburg, M. R.; McMurry, P. H.; Huey, L. G. Geophys. Res. Lett. 2008, 35, L04808
25. Stolzenburg, M. R.; McMurry, P. H.; Sakurai, H.; Smith, J. N.; Mauldin, R. L.; Eisele, F. L.; Clement, C. F. J. Geophys. Res.: Atmos. 2005, 110, D22s05
26. Berndt, T.; Stratmann, F.; Sipila, M.; Vanhanen, J.; Petaja, T.; Mikkila, J.; Gruner, A.; Spindler, G.; Mauldin, R. L.; Curtius, J.; Kulmala, M.; Heintzenberg, J. Atmos. Chem. Phys. 2010, 10, 7101-7116
27. Kirkby, J.; Curtius, J.; Almeida, J.; Dunne, E.; Duplissy, J.; Ehrhart, S.; Franchin, A.; Gagne, S.; Ickes, L.; Kurten, A.; Kupc, A.; Metzger, A.; Riccobono, F.; Rondo, L.; Schobesberger, S.; Tsagkogeorgas, G.; Wimmer, D.; Amorim, A.; Bianchi, F.; Breitenlechner, M.; David, A.; Dommen, J.; Downard, A.; Ehn, M.; Flagan, R. C.; Haider, S.; Hansel, A.; Hauser, D.; Jud, W.; Junninen, H.; Kreissl, F.; Kvashin, A.; Laaksonen, A.; Lehtipalo, K.; Lima, J.; Lovejoy, E. R.; Makhmutov, V.; Mathot, S.; Mikkila, J.; Minginette, P.; Mogo, S.; Nieminen, T.; Onnela, A.; Pereira, P.; Petaja, T.; Schnitzhofer, R.; Seinfeld, J. H.; Sipila, M.; Stozhkov, Y.; Stratmann, F.; Tome, A.; Vanhanen, J.; Viisanen, Y.; Vrtala, A.; Wagner, P. E.; Walther, H.; Weingartner, E.; Wex, H.; Winkler, P. M.; Carslaw, K. S.; Worsnop, D. R.; Baltensperger, U.; Kulmala, M. Nature 2011, 476, 429-433
28. Kurten, T.; Loukonen, V.; Vehkamaki, H.; Kulmala, M. Atmos. Chem. Phys. 2008, 8, 4095-4103
29. Ortega, I. K.; Kurten, T.; Vehkamaki, H.; Kulmala, M. Atmos. Chem. Phys. 2009, 9, 7431-7434
30. Yu, H.; McGraw, R.; Lee, S. H. Geophys. Res. Lett. 2012, 39, L02807
31. Zollner, J. H.; Glasoe, W. A.; Panta, B.; Carlson, K. K.; McMurry, P. H.; Hanson, D. R. Atmos. Chem. Phys. 2012, 12, 4399-4411
32. Nadykto, A. B.; Yu, F. Q.; Jakovleva, M. V.; Herb, J.; Xu, Y. S. Entropy 2011, 13, 554-569
33. Ehn, M.; Junninen, H.; Petaja, T.; Kurten, T.; Kerminen, V. M.; Schobesberger, S.; Manninen, H. E.; Ortega, I. K.; Vehkamaki, H.; Kulmala, M.; Worsnop, D. R. Atmos. Chem. Phys. 2010, 10, 8513-8530
34. Petaja, T.; Sipila, M.; Paasonen, P.; Nieminen, T.; Kurten, T.; Ortega, I. K.; Stratmann, F.; Vehkamaki, H.; Berndt, T.; Kulmala, M. Phys. Rev. Lett. 2011, 106, 228302
35. Young, L. H.; Benson, D. R.; Kameel, F. R.; Pierce, J. R.; Junninen, H.; Kulmala, M.; Lee, S. H. Atmos. Chem. Phys. 2008, 8, 4997-5016
36. Eisele, F. L.; Lovejoy, E. R.; Kosciuch, E.; Moore, K. F.; Mauldin, R. L.; Smith, J. N.; McMurry, P. H.; Iida, K. J. Geophys. Res.: Atmos. 2006, 111, D04305
37. Ball, S. M.; Hanson, D. R.; Eisele, F. L.; McMurry, P. H. J. Geophys. Res.: Atmos. 1999, 104, 23709-23718
38. Benson, D. R.; Yu, J. H.; Markovich, A.; Lee, S. H. Atmos. Chem. Phys. 2011, 11, 4755-4766
39. Hanson, D. R.; Eisele, F. L. J. Geophys. Res.: Atmos. 2002, 107, 4158
40. Korhonen, P.; Kulmala, M.; Laaksonen, A.; Viisanen, Y.; McGraw, R.; Seinfeld, J. H. J. Geophys. Res.: Atmos. 1999, 104, 26349-26353
41. Zhao, J.; Smith, J. N.; Eisele, F. L.; Chen, M.; Kuang, C.; McMurry, P. H. Atmos. Chem. Phys. 2011, 11, 10823-10836
42. Anderson, K. E.; Siepmann, J. I.; McMurry, P. H.; VandeVondele, J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14144-14147
43. Dawson, M. L.; Varner, M. E.; Perraud, V.; Ezell, M. J.; Gerber, R. B.; Finlayson-Pitts, B. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 18719-18724
44. Metzger, A.; Verheggen, B.; Dommen, J.; Duplissy, J.; Prevot, A. S. H.; Weingartner, E.; Riipinen, I.; Kulmala, M.; Spracklen, D. V.; Carslaw, K. S.; Baltensperger, U. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 6646-6651
45. Zhang, R. Y.; Suh, I.; Zhao, J.; Zhang, D.; Fortner, E. C.; Tie, X. X.; Molina, L. T.; Molina, M. J. Science 2004, 304, 1487-1490
46. Zhang, R. Y.; Wang, L.; Khalizov, A. F.; Zhao, J.; Zheng, J.; McGraw, R. L.; Molina, L. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 17650-17654
47. Riipinen, I.; Sihto, S. L.; Kulmala, M.; Arnold, F.; Dal Maso, M.; Birmili, W.; Saarnio, K.; Teinila, K.; Kerminen, V. M.; Laaksonen, A.; Lehtinen, K. E. J. Atmos. Chem. Phys. 2007, 7, 1899-1914
48. Curtius, J.; Froyd, K. D.; Lovejoy, E. R. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10867-10873
49. Froyd, K. D.; Lovejoy, E. R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 9800-9811
50. Froyd, K. D.; Lovejoy, E. R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 9812-9824
51. Froyd, K. D.; Lovejoy, E. R. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 5886-5899
52. Lovejoy, E. R.; Curtius, J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10874-10883
53. Sorokin, A.; Arnold, F.; Wiedner, D. Atmos. Environ. 2006, 40, 2030-2045
54. Bzdek, B. R.; Ridge, D. P.; Johnston, M. V. Atmos. Chem. Phys. 2010, 10, 3495-3503
55. Bzdek, B. R.; Ridge, D. P.; Johnston, M. V. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 11638-11644
56. Bzdek, B. R.; Ridge, D. P.; Johnston, M. V. J. Geophys. Res.: Atmos. 2011, 116, D03301
57. Bzdek, B. R.; Ridge, D. P.; Johnston, M. V. Atmos. Chem. Phys. 2011, 11, 8735-8743
58. DePalma, J. W.; Bzdek, B. R.; Doren, D. J.; Johnston, M. V. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 1030-1040
59. Laskin, J.; Denisov, E. V.; Shukla, A. K.; Barlow, S. E.; Futrell, J. H. Anal. Chem. 2002, 74, 3255-3261
60. Laskin, J.; Byrd, M.; Futrell, J. Int. J. Mass Spectrom. 2000, 195, 285-302
61. Laskin, J.; Futrell, J. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 5484-5494
62. Shaffer, S. A.; Tang, K. Q.; Anderson, G. A.; Prior, D. C.; Udseth, H. R.; Smith, R. D. Rapid Commun. Mass Spectrom. 1997, 11, 1813-1817
63. Mize, T. H.; Taban, I.; Duursma, M.; Seynen, M.; Konijnenburg, M.; Vijftigschild, A.; Doornik, C. V.; Rooij, G. V.; Heeren, R. M. A. Int. J. Mass Spectrom. 2004, 235, 243-253
64. Taban, L. M.; van der Burgt, Y. E. M.; Duursma, M.; Takats, Z.; Seynen, M.; Konijnenburg, M.; Vijftigschild, A.; Attema, I.; Heeren, R. M. A. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2008, 22, 1245-1256
65. Dunbar, R. C. Mass Spectrom. Rev. 1992, 11, 309-339
66. Laskin, J.; Denisov, E.; Futrell, J. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9703-9714
67. Laskin, J. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 8554-8562
68. Laskin, J.; Yang, Z.; Song, T.; Lam, C.; Chu, I. K. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16006-16016
69. Dewar, M. J. S.; Zoebisch, E. G.; Healy, E. F.; Stewart, J. J. P. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3902-3909
70. HyperChem Professional 8.0.8; Hypercube, Inc.: Gainesville, FL, 2010.
71. Perdew, J. P.; Burke, K.; Wang, Y. Phys. Rev. B 1996, 54, 16533-16539
72. Perdew, J. P.; Chevary, J. A.; Vosko, S. H.; Jackson, K. A.; Pederson, M. R.; Singh, D. J.; Fiolhais, C. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671-6687
73. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Naka, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Keith, T.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, O.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, revision C.01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2010.
74. Moller, C.; Plesset, M. S. Phys. Rev. 1934, 46, 0618-0622
75. Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1007-1023
76. Zhou, M.; Huang, C.; Wysocki, V. H. Anal. Chem. 2012, 84, 6016-6023
77. Wysocki, V. H.; Jones, C. M.; Galhena, A. S.; Blackwell, A. E. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2008, 19, 903-913
78. Kurten, T.; Kuang, C. A.; Gomez, P.; McMurry, P. H.; Vehkamaki, H.; Ortega, I.; Noppel, M.; Kulmala, M. J. Chem. Phys. 2010, 132, 024304
79. Kurten, T.; Petaja, T.; Smith, J.; Ortega, I. K.; Sipila, M.; Junninen, H.; Ehn, M.; Vehkamaki, H.; Mauldin, L.; Worsnop, D. R.; Kulmala, M. Atmos. Chem. Phys. 2011, 11, 3007-3019
80. Finlayson-Pitts, B. J.; Pitts, J. N. Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere; Academic Press: New York, 2000.
81. McGrath, M. J.; Olenius, T.; Ortega, I. K.; Loukonen, V.; Paasonen, P.; Kurten, T.; Kulmala, M.; Vehkamaki, H. Atmos. Chem. Phys. 2012, 12, 2345-2355
82. Kulmala, M. Atmos. Res. 2010, 98, 201-206
83. Chen, M.; Titcombe, M.; Jiang, J.; Jen, C.; Kuang, C.; Fischer, M. L.; Eisele, F. L.; Siepmann, J. I.; Hanson, D. R.; Zhao, J.; McMurry, P. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 18713-18718