Udvikling af nye processer til at undersøge nogle af de sjældneste og mest giftige grundstoffer på Jorden

Syntese og undersøgelse af radioaktive forbindelser er naturligvis vanskelige på grund af den ekstreme toksicitet af de involverede materialer, men også på grund af omkostningerne og knapheden af ​​forskningsisotoper.

Nu har Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere og deres samarbejdspartnere ved Oregon State University (OSU) udviklet en ny metode til at isolere og studere i detaljer nogle af de sjældneste og mest giftige grundstoffer på Jorden. Forskningen vises i Nature Chemistry .

Traditionelle syntetiske metoder og kemiske undersøgelser fokuserer på små uorganiske eller organiske komplekser af den undersøgte isotop og kræver typisk flere milligram prøve pr. forsøg. Milligram-mængder lyder måske ikke af meget, men for nogle isotoper svarer dette til verdens årlige forsyning. Nogle radioisotoper er også for dyre, for kortlivede eller for giftige til at blive undersøgt med nuværende metoder, hvilket efterlader dem uden for rækkevidde for detaljerede kemiske undersøgelser.

I den nye forskning påviste holdet, at ved at udnytte grundlæggende kemiske egenskaber, såsom molekylvægt og opløselighed, er det muligt at syntetisere koordinationsforbindelser af sjældne/toksiske/radioaktive/ædle grundstoffer og karakterisere dem i stor detalje, mens der bruges meget små mængder , ned til mikrogramskalaen. Den nye metode kræver mere end 1.000 gange mindre materiale end tidligere state-of-the-art tilgange, og repræsenterer et banebrydende værktøj til at fremme viden om de mest vanskelige at studere elementer på Jorden.

Den nyligt foreslåede tilgang kunne bruges til at opdage og studere mange nye forbindelser, der indeholder sjældne isotoper, såsom aktinider og radiolanthanider - hvilket gør det muligt for forskere at afdække bindingstendenser og muligvis isotopiske tendenser i det periodiske system. Det tilbyder også en levedygtig vej til at isolere forbindelser og studere kemien af ​​grundstoffer, der er forblevet utilgængelige med tidligere metoder, såsom actinium, transcalifornium-elementer og mere.

"Simpelheden, effektiviteten og modulariteten af ​​den nyligt foreslåede metode er forbløffende, og den reducerer strålingseksponeringen for arbejdere markant, bevarer landets isotopressourcer og reducerer omkostningerne drastisk," sagde LLNL-forsker og projektleder Gauthier Deblonde.

Metoden involverer tunge polyoxometalatligander (POM'er) og muliggør enkel dannelse, krystallisering, håndtering og detaljeret spektroskopisk og strukturel karakterisering af komplekser indeholdende sjældne isotoper startende fra kun 1-10 mikrogram. Der blev fundet flere nye enkeltkrystal røntgendiffraktionsstrukturer, herunder tre nye curiumforbindelser. For sammenhængen er curiumisotoper ikke kun radiotoksiske, men de er også sjældne og ekstremt dyre, til et punkt, hvor kun 10 curiumkomplekser var blevet isoleret og karakteriseret ved enkeltkrystal røntgendiffraktion siden opdagelsen af ​​dette grundstof i 1944. metoden gav også den allerførste eksperimentelle måling af den 8-koordinerede ioniske radius af Cm ³⁺ ion.

"Selve naturen af ​​de materialer, der er involveret i denne forskning, har sine mange begrænsninger, men den nye metode overvinder dem. Nok til at vi kan begynde at forstå deres kemi og værdsætte deres skønhed," sagde Ian Colliard, førsteforfatter til publikationen og OSU Ph.D. kandidat på tidspunktet for undersøgelsen (nu postdoc ved LLNL).

Undersøgelsen afslørede også, at POM'er har meget interessante egenskaber sammenlignet med klassiske molekyler. For eksempel indså holdet, at de fleste POM'er gengiver curiumioner (dvs. Cm ³⁺ ) meget selvlysende, hvilket tilbyder en potentiel måde at detektere dem selv ved meget lave koncentrationer. De forskellige testede curium-POM-komplekser udviser stærk fluorescensemission i både faststof- og opløsningstilstand. POM'erne danner også meget selvlysende komplekser med mange andre elementer såsom europium, terbium, dysprosium og samarium, hvilket tilbyder en bekvem måde at studere deres kemi på.

"Holdet fortsætter med at anvende vores nye POM-baserede tilgang til at låse op for studiet af mange nye aktinidforbindelser og sjældne isotopmaterialer, med flere succeser allerede i pipelinen," sagde Deblonde. + Udforsk yderligere

Interaktion med nukleart affald i miljøet kan være mere kompliceret end engang troet