元素周期表IIIB族中,钪(Sc)、钇(Y)、镧系(Ln)共17种元素被统称为稀土元素。稀土元素具有优异的光、电、磁等物理和化学特性,在现代科技和工业等众多领域有着广泛且重要的用途。例如,钕和钐作为稀土界的明星元素,是制造高性能永磁材料的关键成分,推动新能源发展;铈在汽车尾气净化领域大显身手,可作为催化剂,有效降低汽车尾气对环境的污染。因此,鉴于稀土的重大价值,各国纷纷加大投入力度,开采稀土矿石资源。然而,由于稀土具有相似的外层电子排布,导致其化学性质相似,为勘探、检测和分离稀土带来了极大的技术难题。
常见的检测稀土的方法各有利弊。中子活化分析技术(NAA)灵敏度高,可多元素同时分析,但设备复杂,对某些元素的冷却时间长,导致其无法在现场进行快速检测。X射线荧光光谱分析(XRF)常用于分析固体样品,但灵敏度偏低。当下,电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)是检测稀土元素的主流方法,但其常受到氧化物和氢氧根离子造成的光谱干扰等。且这些检测方法都存在一些通病,如仪器体积庞大、价格昂贵、操作难度高。基于此,研发出一种高效、快速、成本低廉且能准确鉴定所有稀土元素的分析方法是地质科学等领域亟待攻克的难关。
近日,我院黄硕教授课题组基于异质耻垢分枝杆菌膜蛋白A(MspA)孔道,实现了所有稀土的同时区分。在本工作中,该团队提出两种策略:单配体策略和双配体策略,优化稀土的区分效果。在单配体策略中(图1),该团队在孔道内最灵敏的识别位点引入了固定的单个次氮基三乙酸(NTA)适配器。基于固定配体NTA和三价稀土离子的配位作用,实现了部分稀土的区分。
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