在超冷水滴中进行的实验揭示了共价氯化氢是如何随着水分子一个接一个地加入而变成盐酸的新见解。这项工作可能为其他质子转移反应，如碱基化学甚至DNA突变，提供潜在的见解。
樊谢在DESY进行了氯化氢解离的研究
盐酸可能是化学中最著名的酸。像大多数酸一样，它在无水时是一种共价化合物。“当水分子与HCl分子相互作用时，它们会形成氢键，”汉堡DESY的光谱学家Fan Xie解释道。“在这个过程中，氢原子离开氯原子，形成离子，然后氢离子或质子与水结合，形成水合氢离子……我们知道，没有水它不会解离，只有一两个水它只会形成氢键，但在溶液中——与数十亿水分子一起，它会解离。”问题是要多少水分子才能解离一个盐酸?”
谢和梅勒妮·施内尔小组的同事们向真空中发射了水蒸气和氯化氢的超音速射流，产生了由1到7个水分子包围的超冷氯化氢簇。他们用微波光谱分析了分子的旋转跃迁。谢解释说，这种分析的关键在于，氯原子的原子核由于质子和中子的排列而具有电四极。这个四极与氯离子中的任何电场梯度耦合，改变旋转能级。
在一个完美的氯离子中，氯核周围的电荷分布没有不对称，也没有电场梯度。然而，在共价分子中，氯周围的电荷分布是高度不对称的，因此核四极子强烈影响旋转跃迁。研究人员通过计算预测了具有各种可能构型的分子中各种旋转跃迁的能量。然后，他们将这些光谱与实际光谱进行比较，以找出这些分子中的哪些存在。
当簇中有四个或更少的水分子时，氯化氢保持共价键。然而，对于五个水分子，他们发现了接触离子对结构的证据，其中电子从氢转移到氯，但两者没有分离。由于技术原因，研究人员无法对6个水分子进行有用的测量，但即使水分子的数量增加到7个，他们也没有看到这种完全分离的结构的证据。他说，当一个质子逃逸并参与反应时，就形成了酸。
氯化氢与四个(上)、五个(中)和七个(下)水分子的典型结构和转化势垒
研究人员怀疑，这些完全溶剂化的结构可能没有被发现，因为用于维持分析的旋转状态的低温可能没有为转变提供足够的活化能。接触离子对是理论上预测的反应中间体，并为机理提供了基本的见解，谢说。他希望这可能被证明可以用于研究其他反应，比如质子被碱基接受和一些更复杂的系统。谢解释说，以DNA为例，当质子在碱基对之间穿越时，就会发生突变。
美国弗吉尼亚大学的光谱学家布鲁克斯·佩特对此印象深刻。他说:“很多很多人都试图找到这一过程的明确证据，而这个团队最终做到了。”“这是几十年实验工作的结晶。他认为，最近最重要的进展在于理论和计算。他说:“我确信我在2012年就测量过了，但我无法分析数据。”“量子化学和计算化学的进步令人震惊，像这样的实验可以检验这些模型是否真的在做它们应该做的事情。”
