Ученые разработали неразрушающий метод измерения концентрации редкоземельных элементов в растения
Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали новый метод обнаружения и измерения содержания редкоземельных элементов в растениях без их разрушения. Это нововведение может сыграть ключевую роль в трансформации подходов к добыче критически важных материалов, используемых в современных технологиях.
Такие редкоземельные элементы, как диспрозий, тербий и европий, необходимы для производства повседневных устройств, включая смартфоны, ветряные турбины и двигатели электромобилей. Несмотря на свое название, эти элементы не являются по-настоящему редкими, но их трудно найти в концентрированных, экономически выгодных месторождениях.
Одной из многообещающих альтернатив традиционной добыче является фитомайнинг — процесс, при котором растения поглощают металлы из почвы и концентрируют их в своих тканях. Определенные виды растений могут извлекать редкоземельные элементы даже из загрязненных сред, таких как отходы горнодобывающих предприятий или загрязненные почвы. Однако серьезной проблемой было определение количества этих металлов, которые растения фактически накапливают, без уничтожения растения во время тестирования.
Чтобы решить эту задачу, исследователи разработали метод, основанный на флуоресцентной спектроскопии. Эта техника работает путем освещения тканей растения и анализа того, как различные соединения поглощают и переизлучают этот свет. Исследовательская группа сосредоточилась на диспрозии из-за его уникального свойства: он продолжает излучать свет дольше, чем естественная флуоресценция тканей растения. Эта временная разница позволяет ученым отличить сигнал металла от собственного фонового свечения растения.
Для улучшения обнаружения растения обрабатывали вольфраматом натрия, который усиливает свет, излучаемый диспрозием. Затем использовался глубокий ультрафиолетовый лазер для инициации флуоресценции, и измерялся испускаемый свет для точного определения концентрации металла. Хотя исследование было сосредоточено на диспрозии, исследователи полагают, что эту методику можно адаптировать для обнаружения других редкоземельных элементов, таких как тербий, европий, эрбий и неодим.
Коллин Доэрти, соавтор статьи и доцент кафедры молекулярной и структурной биохимии Университета штата Северная Каролина, отмечает, что некоторые виды растений способны извлекать редкоземельные элементы из загрязненной почвы и концентрировать их в своих тканях. Чтобы максимизировать эту технику «растительной добычи», ученые хотели найти способ обнаруживать и измерять концентрацию редкоземельных материалов в этих растениях. Это может помочь определить не только то, какие растения следует использовать для таких проектов, но и оптимальное время для сбора урожая этих растений, чтобы максимизировать выход редкоземельных элементов.
Разработка неразрушающего метода измерения редкоземельных элементов в растениях знаменует собой важный шаг вперед в области устойчивого извлечения ресурсов. Обеспечивая эффективный фитомайнинг, это нововведение может снизить зависимость от традиционной добычи и иностранных цепочек поставок, одновременно способствуя восстановлению окружающей среды. По мере продолжения исследований добыча на основе растений может стать жизнеспособным и экологичным решением для удовлетворения растущего глобального спроса на редкоземельные материалы.