سنسوری که عناصر کمیاب زمین را کشف می کند!
پژوهشگران ˮدانشگاه پنسیلوانیاˮ، نوعی سنسور ابداع نموده اند که می تواند عناصر کمیاب و باارزش زمین را کشف کند.
به گزارش نهایت علم به نقل از ایسنا و به نقل از ساینس دیلی، یک سنسور جدید و درخشان می تواند "تربیوم" (Terbium) را که یک عنصر کمیاب و باارزش است، از نمونه های پیچیده زیست محیطی مانند ضایعات اسیدی تشخیص دهد. این سنسور که توسط پژوهشگران "دانشگاه پنسیلوانیا" (Penn State) ابداع شده است، از پروتئینی استفاده می نماید که بطور ویژه به عناصر کمیاب زمین متصل می شود و شاید بتوان از آن برای توسعه یک منبع داخلی از فلزاتی بهره برد که در فناوری هایی مانند تلفن های همراه هوشمند، باتری خودرو های برقی و روشنایی کم مصرف به کار می روند.
"تربیوم"، یکی از نادرترین عناصر زمین است که رنگ سبز را در صفحه نمایش تلفن های همراه تولید می کند و در نورپردازی با کارایی بالا و دستگاههای حالت جامد نیز مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، انواع گوناگونی از چالش های شیمیایی، زیست محیطی و سیاسی برای به دست آوردن تربیوم و دیگر عناصر نادر وجود دارد. توسعه منابع جدید این فلزات، به روش های قوی تشخیص نیاز دارد که چالش دیگری را بوجود می آورد.
برای نمونه، روش استاندارد تشخیص عناصر خاکی نادر در یک نمونه، نوعی روش طیف سنجی جرمی معروف به "طیف سنجی جرمی پلاسمای جفت شده القایی" (ICP-MS) که هزینه بالایی دارد و قابل حمل نیست. از طرفی، روش های قابل حمل نیز حساسیت چندانی ندارند و در نمونه های پیچیده زیست محیطی که شرایط اسیدی و سایر فلزات می توانند تشخیص را مختل کنند، عملکرد خوبی ندارند.
"جوزف کوترووو" (Joseph Cotruvo)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: هم اکنون یک زنجیره تامین داخلی از عناصر نادر مانند تربیوم وجود ندارد اما در واقع، در منابعی همچون محصولات جانبی ذغال سنگ، معادن اسید و ضایعات الکترونیکی، بسیار فراوان است. ما در این پژوهش، یک سنسور مبتنی بر تابناکی ابداع کردیم که می تواند برای تشخیص و حتی تعیین تراکم کم تربیوم در نمونه های اسیدی پیچیده استفاده گردد.
این سنسور جدید، بر پروتئین معروف به "لانمودولین" (lanmodulin) مبتنی است که پژوهشگران آنرا پیش تر کشف کرده بودند. این پروئتین، بهتر از سایر فلزات به عناصر نادر زمین متصل می شود. انتخاب این پروتئین برای اتصال به عناصر نادر زمین، انتخابی ایده آل برای یک سنسور به حساب می آید برای اینکه به احتمال زیاد بجای سایر فلزات رایج در نمونه های محیطی، به خاک های کمیاب متصل می شود.
پژوهشگران برای تنظیم کردن لانمودولین بعنوان سنسور ویژه تربیوم، این پروتئین را با افزودن آمینواسید "تریپتوفان" (Tryptophan) به آن تغییر دادند.
کوترووو افزود: تریپتوفان برای تربیوم، یک حساس کننده به شمار می رود؛ بدین معنا که نور جذب شده توسط تریپتوفان می تواند به تربیوم منتقل شود و سپس تربیوم آنرا در یک طول موج متفاوت ساطع کند. رنگ سبز این انتشار، در حقیقت یکی از دلیلهای اصلی استفاده از تربیوم در فناوری هایی مانند صفحه نمایش تلفن های همراه هوشمند است.
وی ادامه داد: یکی از چالش های استخراج عناصر نادر خاک این است که باید آنها را از صخره بیرون آورد. اگر بتوانیم با استفاده از حسگرها مکان هایی را که ارزشمندترین عناصر خاک کمیاب را دارند، شناسایی نماییم، می توانیم تلاش هایی را که با هدف استخراج صورت می گیرند، بهتر متمرکز نماییم.
پژوهشگران در مرحله بعد، این سنسور را روی نمونه های واقعی آزمایش کردند. سنسور توانست تراکم تربیوم را در نمونه ها تعیین کند که با روش استاندارد تشخیص، قابل مقایسه بود و نشان داده است که این سنسور می تواند راهی مناسب برای تشخیص تراکم پایین تربیوم در نمونه های پیچیده زیست محیطی باشد.
کوترووو اظهار داشت: ما می خواهیم که این سنسور را بهبود ببخشیم تا حساس تر شود و بتوان به آسانی از آن استفاده نمود. ما امیدواریم که با کمک این سنسور بتوانیم سایر عناصر نادر زمین را نیز شناسایی نماییم.
این پژوهش، در "Journal of the American Chemical Society" به چاپ رسید.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب