A cikk eredeti címe: Effective mercury removal from water using aromatic isocyanides as reducing agents

A higany vizekből való eltávolítása napjaink egyik legkritikusabb környezetvédelmi kihívása. Kutatócsoportunk friss eredményeként egy olyan innovatív kémiai eljárást dolgoztunk ki, amely a jelenlegi ipari standardoknál jóval fenntarthatóbb módon, toxikus melléktermékek képződése nélkül képes kivonni ezt a nehézfémet a vizes közegekből.

A higany elsősorban ipari és mezőgazdasági tevékenységek révén kerül a környezetbe. A környezeti kémia egyik legsúlyosabb problémája, hogy a természetes vizekbe jutó szervetlen higanyt a vízi mikroorganizmusok egy jóval veszélyesebb szerves vegyületté, metil-higannyá alakítják. Ez a forma könnyen beépül az élőlények létfontosságú szöveteibe, és elindul felfelé a táplálékláncon. A mikroszkopikus vízi élőlényekből a halakba, a halakból pedig a csúcsragadozókba – köztük az emberbe – jutva koncentrációja folyamatosan sokszorozódik, ami súlyos egészségügyi és környezetvédelmi kockázatot jelent.

A higany toxicitása miatt a vízben oldott mennyiségére rendkívül szigorú jogszabályi határértékek vonatkoznak. Az EU-szabályozással összhangban lévő hazai, 5/2023. (I. 12.) Korm. rendelet alapján ivóvizeinkben a higany megengedett legnagyobb koncentrációja mindössze 1 mikrogramm literenként (1 µg/L). Ez az érték tízszer szigorúbb, mint a szélesebb körben ismert arzénra vonatkozó hazai határérték.

A folyóinkra és tavainkra vonatkozó előírások még ennél is szigorúbbak. A problémát a klímaváltozással járó aszályos időjárás tovább élezi: a csökkenő vízkészletek miatt a szennyező anyagok koncentrációja helyileg megnőhet, így a toxikus hatás is felerősödik az ökoszisztémákban.

Munkánk megkezdésekor abból a problémából indultunk ki, hogy a jelenleg leginkább elterjedt ipari eljárások, pl. adszorpció, kicsapás és az ón(II)-kloriddal történő higanykivonás bár működőképesek, komoly környezetvédelmi kompromisszumot követelnek. A folyamat során ugyanis nagy mennyiségű, toxikus másodlagos hulladék: szennyezett szén vagy óniszap képződik, amelynek biztonságos elhelyezése újabb terhet ró a környezetre.

Kutatásunk során sikerült azonosítanunk egy új vegyületcsaládot, amely kiválóan alkalmazható az ipari technológiákban használt vizek higanymentesítésére. A vizsgált molekulák közül az ICAN (1-amino-5-izocianonaftalin) nevű vegyület bizonyult a legkiemelkedőbbnek. Az ICAN teljesen szelektív és sztöchiometrikus kémiai reakcióba lép a higanyvegyületekkel, elemi higany és aminvegyületek képződése közben. Munkánk során kidolgoztunk egy olyan eljárást, amellyel közel teljes mértékben el tudjuk távolítani a higanyt a vízből, gázzal, pl. levegővel való kihajtással. Kísérleteink igazolták, hogy a módszerünk már egészen kis anyagmennyiség felhasználásával is eléri a jelenleg használt ón-klorid hatékonyságát – megbízhatóan 1 µg/L alatti maradék higanyszintet produkálva – azonban a mérgező óniszap képződése nélkül.

Az általunk fejlesztett eljárás egyik legfontosabb analitikai eredménye, hogy nemcsak ipari körülmények között, hanem a komplex, nagy sótartalmú tengervízben is rendkívül hatékonynak bizonyult. Ez a robusztusság azt mutatja, hogy az új technológia a jövőben nemcsak a hazai ivóvíz- és iparivíz-kezelésben hozhat áttörést, hanem globális szinten is eszközt adhat a szakemberek kezébe a szennyezett tengeri élőhelyek kármentesítésére.

A cikk eredeti címe: Comparative micro-XRF study of objects from the Hungarian conquest period of Hajdú-Bihar County, Hungary

A honfoglalás kora érthetően különleges helyet tölt be a magyarság történetében, azonban jelentősége talán még nagyobb értékkel bír, ha Európa történelmének vonatkozásában vizsgáljuk. Az elmúlt években, a hazánkban és Európában fellelhető honfoglalás kori fémtárgyaknak megkezdődött a természettudományos vizsgálata, melynek eredményeképpen közel 300 lelet elemanalitikai eredményei jelentek meg különböző, főként magyar nyelvű közleményekben. A mi célunk az volt, hogy ezt a területet bemutassuk a nemzetközi közönségnek is. Míg a korábbi kutatások minden esetben egy sír, egy temető vagy egy lelőhely leletanyagára korlátozódtak, mi azt tűztük ki célul, hogy vizsgálatainkkal egész Hajdú-Bihar vármegyére nézve reprezentatív képet alkossunk. Ennek megfelelően különböző tárgytípusokból, valamint minden honfoglalás kori temetőtípusból választottunk leleteket az analízishez. A mikroszkópos vizsgálatokat egy Keyence VHX-6000 digitális 3D mikroszkóppal, az elemösszetétel meghatározását pedig egy Bruker M4 TORNADO típusú mikro-XRF készülékkel végeztük. Eddig a tárgyak osztályozása elsősorban a külső jellegzetességeik, illetve készítéstechnikai tulajdonságaik alapján történt, azonban mi megkíséreltük természettudományos alapokra helyezni az összehasonlítást, és elemösszetétel alapján végeztük el a csoportosítást. Habár a tárgyak nagyfokú heterogenitást mutattak egy lelőhelyen belül, és nem lehetett a honfoglalás különböző időszakaiból származó leleteket összetételük alapján egyértelműen elkülöníteni, a tárgyak funkciója és elemösszetétele korrelációt mutatott.

Az eddig megvizsgált 300 leletet ezen projekt során 47 tárgy eredményeivel egészítettük ki, mellyel egy lehetséges adatbázis alapját teremtettük meg. A jövőben az adatbázis folyamatos bővítését, valamint átfogóbb statisztikai elemzését tervezzük.

A cikk eredeti címe: An interstellar energetic and non-aqueous pathway to peptide formation

A világűr hideg, ritka, részecske- és fotonsugárzásnak kitett barátságtalan környezet. Ennek ellenére a molekuláris csillagászati módszerek fejlődésével összetett kémiai anyagok sokaságát azonosították már benne. A hideg csillagközi felhőkben, üstökösökön, bolygóközi porban vagy jégszemcséken kifagyó egyszerű molekulák az űrbéli sugárzás hatására nemcsak roncsolódnak, hanem akár bonyolultabb molekulákká is átalakulhatnak. Az űrkémia azt kutatja, hogy a világűr különleges környezetében létrejöhetnek-e az élet szempontjából fontos molekulák, és ha igen, hogyan — ez pedig az alapvető emberi kíváncsiság egyik legfontosabb kérdését érinti.

Az Atommagkutató Intézet AQUILA (ATOMKI-Queens University Ice chamber for Laboratory Astrochemistry) és ICA (Ice Chamber for Astrophysics)/Astrochemistry) berendezésein végzett kísérleti munka során különböző izotóppal jelölt, intersztelláris jéghez hasonló glicinmintákat 10 keV és 1 MeV energiájú protonnyalábokkal bombáztunk. A glicin a legegyszerűbb fehérjealkotó aminosav, amelyet korábban már meteoritokon és üstökösökön is kimutattak. A protonbesugárzás célja a kozmikus sugárzás és a napszél hatásának modellezése volt olyan körülmények között, amelyek a csillagközi felhők vagy fiatal bolygórendszerek környezetére jellemzők. A mintákat ultranagyvákuumban, 20 K hőmérsékleten sugároztuk be.

A besugárzás során Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópiával (FTIR) folyamatosan követtük az anyag kémiai változásait, és kimutattuk többek között CO₂, CO, OCN^-, valamint H₂O és D₂O molekulák keletkezését. Az infravörös spektrumokban megjelenő amid-sávok arra utaltak, hogy a glicinmolekulák között peptidkötések alakulnak ki. A peptidek a fehérjék alapegységei, tehát közvetlenül kapcsolódnak az élő rendszerek kémiai felépítéséhez. A besugárzást követő (ex situ) nagyfelbontású tömegspektrometriás analízis végül igazolta a legegyszerűbb dipeptid, a glicil-glicin képződését.

Ez a felismerés jelentősen tágítja az élet eredetéről alkotott elképzeléseinket. Nemcsak azt mutatja meg, hogy az élethez szükséges alapvető molekulák akár már a világűrben, tisztán sugárzásos környezetben is létrejöhetnek, hanem azt is, hogy az eddigi elképzelésekre rácáfolva ezek a folyamatok nem feltétlenül igényelnek folyékony vizet vagy földszerű környezetet.

Az elvégzett munka széles nemzetközi együttműködés keretében zajlott, melynek partnerei az Atommagkutató Intézet mellett az Aarhusi Egyetem, a Queen Mary University of London, a Queen’s University Belfast és a University of Kent kutatócsoportjai voltak. A kutatás eredményeit a Nature Astronomy folyóirat közölte, ami jól mutatja a téma nemzetközi jelentőségét.

A cikk eredeti címe: Evaluation of Daughter Radionuclide Release from the ¹⁰³Pd/^103mRh In Vivo Generator for Targeted Auger Therapy

Az onkológia számára a célzott radionuklidos terápia az egyik legbiztatóbb gyógyítási módszer azáltal, hogy nagy specificitással lokalizálja a citotoxikus sugárzást a tumorszövetekben. Az eddig használt béta(β-)-emitterek és az alfa(α)-emitterek ugyan nagy hatékonyságot mutattak, de szöveti penetrációjuk mikrométertől milliméterig terjed, ami járulékos károsodást okozhat a környező egészséges szövetekben is. Új és alternatív megoldás az Auger-elektron sugárzó radioizotópok, amelyek szöveti penetrációja csupán nanométer nagyságrendű, gyakorlatilag nem okoznak sugárkárosodást a környező szövetekben, csak azokban a tumoros sejtekben, ahova célzott felhalmozódás következtében eljutottak. A β-emitter radionuklidok által felszabaduló energia jellemzően csak az egyszálú DNS-törések kiváltásához elegendő, míg mind az α-részecskék, mind az Auger-elektronok képesek kettős szálú töréseket létrehozni. A sejtek általában képesek felismerni és helyrehozni az egyszálú töréseket, de a kettős száltörések a károsodás kritikus formáját jelentik, amely gyakran apoptózishoz vagy az életképesség visszafordíthatatlan elvesztéséhez vezet. A sejtmagban a DNS-károsodáshoz hasonlóan a sejtben mitokondriumok nagy dózisú besugárzása is halálos a sejt számára, és ez a hatás csak kellően nagy lineáris energiaátadással (LET) rendelkező sugárzással érhető el. Az alfa-részecskék mutatják a legmagasabb LET-et (50–230 keV/µm), míg az Auger-elektronok egy köztes LET-tartományba esnek (4–26 keV/µm), ami jelentősen magasabb, mint a béta-részecskéké (≈0,2 keV/µm). Annak ellenére, hogy nem érik el az α-emitterek LET-értékeit, az Auger-elektron emitterek fontos előnye az α-emitter radionuklidokkal szemben a daganatterápiában a rendkívül rövid penetrációs tartományuk, ami egyedülállóan képessé teszi őket kettős szálú DNS-törések  kiváltására, miközben megkímélik a szomszédos egészséges szöveteket. Ezenkívül az α-sugárzók egyik fő hátránya a bomlási tulajdonságaikból adódik: a leány radionuklid kilökődhet a kelátképzőjéből a kibocsátott α-részecske által közvetített jelentős visszarúgási energia miatt. Ez a visszarúgás szabad radioaktív leányokat szabadít fel a keringésbe. Egy jól dokumentált példa az Aktinium-225 (²²⁵Ac), amelyben a visszarúgás által kiváltott leány radionuklidok felszabadulása kontrollálatlan besugárzást és toxicitást eredményezett a céltól eltérő szövetekben. Ez a mechanizmus, amelyet hagyományosan Szilárd-Chalmers-effektusként emlegetnek, magában foglalja mind a visszarúgás által kiváltott elmozdulást, mind a magátalakulás utáni kémiai instabilitást.

Cikkünkben azt vizsgáltuk, hogy a klasszikus Szilárd-Chalmers effektus, azaz a kémiai forma, környezet megváltozása mennyire domináns az Auger-elektron sugárzó izotópokra, konkréten a ¹⁰³Pd/^103mRh, anya-lánya izotóppár esetén mekkora veszélye van a leányizotóp szabaddá válásának, és a környező szövetekben valós sugárkárosító hatásának. Egyértelmű összefüggést találtunk az Auger-elektronok emissziója és a szabaddá váló leányelem aránya közt, amivel számolni kell az Auger-elektron sugárzó izotópok alkalmazása esetén. Ugyanakkor kísérleti adatokkal bizonyítottuk, hogy a ¹⁰³Pd esetén a korábban a szakirodalomból is mert 100%-os értékkel szemben csupán 10% a ^103mRh leányelem szabaddá válása. Ezért a ¹⁰³Pd/^103mRh, mindkettő Auger-elektron sugárzó izotóp terápiás alkalmazása sokkal kisebb sugárkárosodási kockázattal jár az egészsége szövetekre, mint korábban azt feltételeztük.

A cikk eredeti címe: Negative-parity high-spin structure of Pd 105

Az atommagok alakja nem csak gömbszerű lehet, hanem deformálódhatnak is. A deformált alakokhoz különböző különleges mozgásformák kapcsolódnak. Az általunk vizsgált 105-ös tömegszámú Pd atommag háromtengelyűen deformált ellipszoid alakkal rendelkezik. Az ilyen deformációjú atommagokban a királis és az imbolygó forgások megjelenését várjuk.

A királis geometriában a forgó háromtengelyűen deformált alakú atommag teljes impulzusmomentum vektora a három fősíkon kívül helyezkedik el, ami egy, azonos paritású és közel azonos energiájú állapotokkal rendelkező sávpárt eredményez. Ezt királis sávpárnak nevezzük. Habár az A∼100-as tömegszám-tartományban már több atommagban is sikeresen kimutatták a kiralitás jelenségét, azonban páratlan neutron számú atommagok esetében még nem. Ezért célul tűztük ki a páratlan neutronszámú 105-ös Pd atommag forgási sávjainak minél tejesebb feltérképezését.

Az imbolygó forgó mozgás esetén a legnagyobb tehetetlenségi nyomatékkal rendelkező főtengely körül történik egy gyors forgás, miközben az ehhez tartozó forgástengely lassan körbefordul a térben rögzített perdületvektor körül. Ezt a mozgástípust n=1,2,… vibrációs kvantumszámokkal jellemzett E2 átmenetekből álló forgási sávok sorozata, valamint az egymást követő sávok közötti átmenetek nagy B(E2) értékei jellemzik. Az elmúlt évtizedben számos lehetséges imbolygó forgási sávot figyeltek meg. Azonban az A∼100 tömegszámtartományban ez idáig csak a 105-ös Pd atommagban sikerült azonosítani az n=1 kvantumszámnak megfelelő imbolygó forgási sávot. Ezért munkánkban az n=2 imbolygó forgási sávot is kerestük.

A 105-ös Pd atommag nagy spinű, negatív paritású forgási sávjait a ⁹⁶Zr(¹³C,4n) reakció segítségével vizsgáltuk az EUROBALL IV gamma-spektrométer és a DIAMANT töltöttrészecske detektorrendszer alkalmazásával. A korábban közölt sávok kiterjesztésén túl további új sávokat is azonosítottunk. Összesen hat negatív paritású, E2 sávot és egy erősen csatolt sávot rendeltünk a 105-ös Pd atommaghoz. Elméleti számítások segítségével meghatároztuk a forgási sávok belső szerkezetét: kvázirészecske konfigurációkat rendeltünk két újonnan megfigyelt, E2 sávhoz és az erősen csatolt, királisnak jelölt sávhoz. Ez utóbbi, a hozzá rendelt konfiguráció alapján nem mutat királis jelleget, ami jól egyezik azzal, hogy ebben a kísérletben másik erősen csatolt lehetséges királis partner sávot nem figyeltünk meg. Bár az n=2 imbolygó forgási sáv-jelölthöz nem lehetett egyértelmű konfigurációt meghatározni, az energiaszintjeinek bomlási mintázata inkább gamma-vibrációs jellegre utal.

A cikk eredeti címe: AMS-validated high-precision radiocarbon analysis of 14C-enriched environmental samples by laser spectroscopy

Jelenleg a radiokarbon (¹⁴C) mennyiségének és arányának mérésére egy adott mintában a gyorsítós tömegspektrometria (AMS) a legelterjedtebb módszer. Áteresztőképességének, pontosságának, kis mintaigényének és számos egyéb előnyének köszönhetően alkalmazása széles körben elterjedt, ám ezen műszerek üzemeltetése a mai napig komplex feladat; méretük és energiaigényük pedig jóval meghaladja a korábbi gázproporcionális számlálók (GPC) és folyadékszcintillációs számlálók (LSC) jellemzőit.

A közelmúltban kifejlesztett lézerspektroszkópiai módszerek – mint a SCAR ¹⁴C  lézerspektroszkóp is – az említett technikák előnyeit ötvözik. Ezek a műszerek az AMS-hez hasonló pontosságra képesek, mintaigényük sem jelentősen nagyobb, miközben fizikai méretük egy LSC-berendezéséhez mérhető. A módszer újszerűsége miatt annak teljesítőképességét tesztelni és validálni szükséges, amelyre a legalkalmasabb út az AMS-módszerrel való összehasonlítás. Korábbi, műanyagmintákon – tehát alacsonyabb ¹⁴C/¹²C arány-tartományban – végzett méréseinkkel már igazoltuk a SCAR módszer létjogosultságát. Jelen tanulmányunkban azt vizsgáltuk, hogy az enyhén ¹⁴C-ben dúsult, a nukleáris környezeti monitoring szempontjából kiemelt jelentőségű tartományban is képes-e a műszer megbízható eredményeket produkálni. Eredményeink azt mutatják, hogy a SCAR megfelelő alternatíva lehet a nukleáris környezeti ¹⁴C-monitoring területén az AMS kiváltására, mivel a két mérési módszer között nem volt tapasztalható szignifikáns eltérés. Tanulmányunk az első, amelyben a SCAR-mérést stabilizotóp-arányméréssel és ¹³C-frakcionáció-korrekcióval egészítettük ki, ami tovább növelte az eredmények pontosságát és egyezőségét. Az adatok újszerűségét fokozza, hogy a kísérletet egy új prototípus műszeren végeztük, amelynek mérete a korábban alkalmazott berendezés töredéke. A módszer elterjedése a ¹⁴C-méréseket sokkal elérhetőbbé teheti, ami növelheti az alkalmazások számát a kutatásban, fejlesztésben és az ipar egyes területein is.

A méréseket a HUN-REN Atommagkutató Intézetben (ATOMKI) és az olaszországi CNR-National Optical Institute laboratóriumaiban hajtottuk végre.