Сотрудники Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) совместно с коллегами из Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН) и МХТУ им. Д.И. Менделеева разработали инновационную методику обнаружения малых концентраций рения в природных образцах. Эта методика позволит создать экспресс-методы для интегральной оценки содержания рения в новых месторождениях.
Новая методика обнаружения рения
Исследования показали, что после лазерной ионизации методом MALDI образца рений-содержащей руды из фумарольных полей вулкана Кудрявый на острове Итуруп (Россия) масс-спектрометрический детектор зафиксировал кластерные образования сульфидов рения, содержащие до 10 атомов металла. Подтвержденная склонность рения к образованию кластерных соединений облегчает оценку его содержания с помощью приборных методов.
Рений — уникальный металл, обладающий высокой тугоплавкостью, твердостью и пластичностью. Он незаменим в авиационной и аэрокосмической отраслях, а также используется в сплавах, применяемых в условиях высоких температур и повышенных нагрузок. Кроме того, рений находит применение в катализе, например, для производства высокооктанового бензина. Однако этот редкий химический элемент становится все более востребованным.
Проблемы с дефицитом рения
Дефицит рения обусловлен тем, что он не образует собственных месторождений. В качестве примеси металл присутствует в молибденовых, вольфрам-молибденовых и медно-молибденовых рудах, а также в фумарольных газах вулканов. Даже в самых богатых рудах содержание рения не превышает 1 грамма на тонну.
Для определения элементного состава образцов геологи часто применяют лазерную абляцию. Этот метод позволяет испарить вещество с поверхности образца и перевести его в состояние плазмы для анализа с помощью эмиссионной спектрометрии или масс-спектрометрии. Хотя метод очень точный, он не позволяет делать выводы о интегральном содержании химического элемента или о форме его существования.
Преимущества метода MALDI
Метод MALDI обеспечивает мягкую ионизацию, что позволяет определять молекулярную форму соединений. Масс-спектрометрический детектор подсчитывает количество ионов с определенным соотношением заряда к массе и формирует масс-спектр. Пики на масс-спектре соответствуют молекулярным ионам, включая кластеры. Идентификация соединений осуществляется с помощью программы, разработанной в ИФХЭ РАН для подбора вероятных брутто-формул.
«Мы создали программное обеспечение для определения соответствия ионов пикам на масс-спектре. Это позволяет выявить состав молекулы», — отметил автор программы Вячеслав Лебедев.
Перспективы применения
Ученые разрабатывают альтернативные методы измерения количества рения в породах для контроля и калибровки MALDI-масс-спектрометрических методов. Существующие способы требуют предварительного растворения малорастворимых соединений, что делает их трудоемкими и дорогостоящими.
«Наша цель — создать библиотеку масс-спектров для неорганических соединений и отработать процесс так, чтобы полностью отказаться от растворения», — заключил Вячеслав Лебедев.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки России.