p Um novo sensor luminescente pode detectar térbio, um valioso elemento de terra rara, de amostras ambientais complexas, como resíduos ácidos de minas. O sensor, desenvolvido por pesquisadores da Penn State, tira proveito de uma proteína que se liga muito especificamente a elementos de terras raras e pode ser aproveitada para ajudar a desenvolver um suprimento doméstico desses metais, que são usados ​​em tecnologias como smartphones, baterias de carros elétricos, e iluminação com eficiência energética. Um artigo descrevendo o sensor aparece em 25 de agosto no Jornal da American Chemical Society . p Térbio, um dos mais raros dos elementos de terras raras, produz a cor verde em visores de telefones celulares e também é usado em iluminação de alta eficiência e dispositivos de estado sólido. Contudo, há uma variedade de produtos químicos, de Meio Ambiente, e desafios políticos para a obtenção de térbio e outros elementos de terras raras do meio ambiente. O desenvolvimento de novas fontes desses metais também requer métodos de detecção robustos, o que representa outro desafio. Por exemplo, o método padrão ouro de detecção de elementos de terras raras em uma amostra - um tipo de espectrometria de massa chamado ICP-MS - é caro e não portátil. Métodos portáteis, Contudo, não são tão sensíveis e não funcionam bem em amostras ambientais complexas, onde as condições ácidas e outros metais podem interferir na detecção.

p "Não existe atualmente uma cadeia de abastecimento doméstica de elementos de terras raras como o térbio, mas eles são bastante abundantes em fontes não tradicionais nos EUA, incluindo subprodutos de carvão, drenagem ácida de mina, e lixo eletrônico, "disse Joseph Cotruvo, Jr., professor assistente e professor de Química de Desenvolvimento de Carreira Louis Martarano na Penn State, um membro do Penn State's Center for Critical Minerals, e autor sênior do estudo. "Neste estudo, desenvolvemos um sensor baseado em luminescência que pode ser usado para detectar e até mesmo quantificar baixas concentrações de térbio em amostras ácidas complexas. "

p O novo sensor depende da lanmodulina, uma proteína que os pesquisadores descobriram anteriormente que é quase um bilhão de vezes melhor na ligação a elementos de terras raras do que a outros metais. A seletividade da proteína para ligar elementos de terras raras é ideal para um sensor, pois é mais provável que se ligue a terras raras em vez de outros metais comuns em amostras ambientais.

p Para otimizar a lanmodulina como um sensor de térbio especificamente, os pesquisadores alteraram a proteína adicionando o aminoácido triptofano à proteína.

p "Triptofano é o que chamamos de 'sensibilizador' para térbio, o que significa que a luz absorvida pelo triptofano pode ser passada para o térbio, que o térbio então emite em um comprimento de onda diferente, "disse Cotruvo." A cor verde dessa emissão é na verdade uma das principais razões pelas quais o térbio é usado em tecnologias como telas de smartphones. Para nossos propósitos, quando o composto de triptofano-lanmodulina se liga ao térbio, podemos observar a luz emitida, ou luminescência, para medir a concentração de térbio na amostra. "

p Os pesquisadores desenvolveram muitas variantes do sensor de triptofano-lanmodulina, otimizar a localização do triptofano para que não interfira com a capacidade da lanmodulina de se ligar a elementos de terras raras. Essas variantes forneceram informações importantes sobre as características-chave da proteína que permitem que ela se ligue a terras raras com alta seletividade. Então, eles testaram a variante mais promissora para determinar a concentração mais baixa de térbio que o sensor poderia detectar em condições idealizadas - sem outros metais para interferir. Mesmo sob condições altamente ácidas, como aquele encontrado na drenagem ácida de minas, o sensor pode detectar níveis de térbio ambientalmente relevantes. "Um desafio com a extração de elementos de terras raras é que você precisa retirá-los da rocha, "disse Cotruvo." Com a drenagem ácida de minas, a natureza já fez isso por nós, mas procurar as terras raras é como encontrar uma agulha em um palheiro. Temos infraestrutura existente para tratar locais de drenagem ácida de minas em minas ativas e inativas para mitigar seu impacto ambiental. Se pudermos identificar os locais com os elementos de terras raras mais valiosos usando sensores, podemos concentrar melhor os esforços de extração para transformar os fluxos de resíduos em fontes de receita. "

p Próximo, os pesquisadores testaram o sensor em amostras reais de uma instalação de tratamento de drenagem de ácido de mina na Pensilvânia, uma amostra ácida com muitos outros metais presentes e níveis muito baixos de térbio - 3 partes por bilhão. O sensor determinou uma concentração de térbio na amostra que era comparável ao que eles detectaram com o método "padrão ouro", sugerindo que o novo sensor é uma forma viável de detectar baixas concentrações de térbio em amostras ambientais complexas.

p “Pretendemos otimizar ainda mais o sensor para que fique ainda mais sensível e possa ser usado com mais facilidade, "disse Cotruvo." Também esperamos atingir outros elementos de terras raras específicos com esta abordagem. "