能源生产和消费打破了地球的生态平衡。
运输和工业生产中化石燃料的燃烧导致气候变化加剧。核裂变等清洁能源技术仍然会留下有毒的足迹。
然而，科学家们已经找到了有价值的天然物质来调节前两次工业革命的有害影响。随着最新工业时代的到来，光谱学在理解这些物质方面将发挥关键作用。
矿物是天然存在的具有晶体结构的无机固体。这为它提供了更大的表面积。现已命名的矿物有数千种之多，研究人员每年发现大约 30 到 50 种新矿物。
人体需要 16 种矿物质，我们称之为必需矿物质。它包括钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁、铁、锌、铜、锰、碘、硒、钼、铬和氟化物。
矿物质有多种作用，有些能帮助身体生长、发育和执行不同的功能，包括强健骨骼和传递神经冲动。科学家甚至用矿物质制造激素或维持正常心跳。
元素分析可得出矿物、化合物、土壤和废物的元素组成。元素分析可分为定性和定量分析，并适用于整体和表面分析。
Celestian 是一名矿物学家和地球化学家，但同时他也认为自己是一名教育家和自然资源保护主义者。
他的研究旨在破译原子和分子水平上的化学机制，并确定矿物在各种环境和工业条件下的生长和表现。他希望在宏观尺度上理解、预测甚至操纵矿物的行为和性质。
Celestian 广泛使用沸石，这是一组具有共同特征的矿物。
沸石是由铝、氧和硅构成的具有相对开放的三维晶体结构的固体。沸石内部为晶体结构，具有规则排列的大孔隙或空腔。空腔的大小与小分子大致相同。其开放式笼状框架结构可将其他分子困住。
沸石很坚固——在极端温度和压力下保持稳定，既不溶于水，也不在空气中氧化。
沸石还是一种很好的吸收剂，它能吸附或在其表面捕获各种重金属和氨。这使得它能够去除多种污染物，商业应用包括中和工业废物。事实上，沸石还可制作猫砂，以吸收尿液中的铵。其他用途包括滤水器和软化剂、洗衣液、动物饲料和工业催化剂。
矿物还有许多其他有价值的应用。首先介绍一点背景知识。
核裂变涉及原子分裂，以产生热能。它的主要用途是在核电站中发电。
但是裂变会产生放射性废物。这些废物必须安全储存，直至最终衰变或分解成无害的物质。这个过程可能需要几千年。
与此同时，其储存和保护已成为核工业和环境日益沉重的负担。
矿物为这个问题提供了一个可能的解决方案。
沸石能有效分离气体和流体中的重金属。工程师在水处理中使用沸石，因为它具有独特的吸附性能，能够去除各种污染物。
锡钠石是一种特殊的沸石。锡钠石能吸收水中的铯，一种费核燃料的副产品。工程师可利用锡钠石清理核废料场。
Celestian 的研究着眼于这些矿物如何吸附放射性废物。拉曼光谱的灵敏度有助于研究人员了解该过程中涉及的化学反应，并最大限度地提高其有效性。
“我们使用拉曼光谱来观察这种矿物在分子水平上是如何变化的，”Celestian 说，“然后我们可以尝试破译捕获这些金属的机制。并回溯还有哪些矿物有此类特性。”
通过了解这类矿物吸附放射性废物的机制，工业实体可以应用这些知识来扩展大型环境和灾难事件的应用。
“我正试图用矿物来补救人类导致的环境问题，”Celestian 说道。
HORIBA XploRA™ Plus Confocal Raman Microscope
对于拉曼分析，Celestian 使用 HORIBA XploRA™ Plus实时监控矿物化学反应。他还用它来描述地球上和其他潜在行星上矿物内部的流体包裹体——包裹在晶体中的液体和气体的微小气泡。
没错——他还研究其他星球。美国宇航局计划在 2028 年发起火星样本取回任务。Celestian 及其在加州帕萨迪纳喷气推进实验室的团队正在为这项任务做准备。该团队正在处理一些基础工作，寻找被困在矿物中的细菌和 β-胡萝卜素。这能表明火星上曾经存在生命。
Celestian 还使用 HORIBA XGT 7200 X 射线显微镜来表征矿物反应。该仪器结合了光学观察和元素分析功能，用于无损元素分析。作为一种 X 射线显微镜，XGT 使用软 X 射线波段的电磁辐射来产生物体的放大图像。与可见光不同，X 射线不易反射或折射，人眼无法看见。
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