Редкоземельные элементы нужны почти всему современному высокотехнологичному миру — от смартфонов и ветряков до электромоторов и усилителей. При этом «редкими» они называются скорее условно: в земной коре их немало, но обычно содержатся они в очень низких концентрациях, из-за чего добывать их технически сложно и «грязно» в экологическом отношении. В связи с этим ученые постоянно ищут альтернативные источники редкоземельных металлов и разрабатывают экологически чистые и щадящие способы их добычи.
Один из вариантов — использовать отходы горнодобычи и другие токсичные грунты, где концентрации редкоземельных металлов выше средних. Проблема в том, что даже там их все еще слишком мало для классического извлечения. Но некоторые растения умеют забирать эти элементы из почвы и накапливать их в своих тканях — в таком случае нужно просто дождаться, что растение накопило максимум нужного элемента и переработать его — проще и безопаснее, чем руду. Однако, чтобы эта стратегия работала, нужно уметь быстро и точно измерять, сколько металла уже «набрал» живой накопитель и когда его выгоднее всего собрать и отправить на переработку.
Коллин Догерти и Майкл Куденов из Университета штата Северная Каролина решили эту задачу с помощью флуоресцентной спектроскопии. Идея заключается в том, что некоторые элементы, поглотив свет, излучают его снова — уже на других длинах волн и в течение определенного времени. Если знать, как именно и как долго светится тот или иной элемент, можно определить его присутствие и оценить концентрацию по яркости сигнала.
Сложность в том, что сами растения тоже «флуоресцируют» — их собственное свечение сильно маскирует сигнал металлов. Ученые сфокусировались на диспрозии — редкоземельном элементе, важном для электроники и «зеленой» энергетики. Его плюс в том, что он светится дольше, чем растительная ткань. После короткого облучения глубоким ультрафиолетом «растительный» сигнал быстро гаснет, а диспрозий продолжает излучать, и его можно выделить и измерить.
В экспериментах использовали растения, выращенные на субстрате с добавкой диспрозия. Листья снаружи обработали раствором вольфрамата натрия, который усиливает свечение диспрозия. Затем лазером возбуждали флуоресценцию и регистрировали спектр и интенсивность излучения. Метод позволил надежно обнаруживать наличие диспрозия и достаточно точно оценивать его содержание в тканях.
Главное преимущество методики — измерения проводятся быстро и не разрушают растение, один и тот же куст можно проверять многократно и «ловить» момент максимального накопления в нем нужного металла. Авторы уже показали, что такой подход работает и для тербия и европия, а с небольшими настройками — и для эрбия и неодима.
Эта методика — часть более крупного проекта по совмещению экологической рекультивации загрязненных территорий и пополнения запасов редкоземельных металлов. Если «растительный майнинг» удастся масштабировать, он может одновременно облегчить нагрузку на окружающую среду и сделать столь необходимые для современных технологий материалы более доступными.
Ранее ученые разработали инновационный метод добычи редкоземельных металлов с помощью вирусов.
Источник: hi-tech.mail.ru