稀土元素的研究进展综述

稀土元素的研究进展综述rareearthelements,曾智浩1120859002,稀土元素的研究进展综述,1、稀土元素的基本概况2、稀土元素的研究进展3、稀土元素的研究方法,1、稀土元素的基本概况,什么是稀土元素是指镧系元素（镧、铈、镨、钕、鈪具有放射性同位素、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）及与镧系性质相似的钪、钇17种元素，化学性质活泼。形成络离子和有机螯合物的三价阳离子；生成三价的不溶性化合物，如氢氧化物、氟化物、碳酸盐和草酸盐等；生成三价的可溶性化合物，如硫酸盐、硝酸盐、高氯酸盐和某些卤化物等。,1、稀土元素的基本概况,稀土元素的基本物理化学性质（1）、稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其他金属元素活泼。（2）、大多数稀土金属呈现顺磁性。（3）、稀土元素具有未充满的4f电子层结构，并由此而产生多种多样的电子能级。稀土元素在6s、5d和4f外层轨道上分布着三个价电子，这三个电子极易失去而而形成稀土正离子，因而稀土元素的价态一般为+3，既有很强的正电性。,电子轨道模型和轨道杂化,根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组。轻稀土（铈组）：镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd；重稀土（钇组）：铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钪Sc、钇Y。称为铈组或钇组，是因为矿物经分离得到的稀土混合物中，常以铈或钇占优势而得名。因为原子半径和相对具有代表性的镧La元素在最近几年研究的比较多。,原子半径与离子半径,在稀土元素在自然界迁移转化的研究过程中，原子半径与离子半径的差异导致了元素形成的化合物的迁移转化能力的变化（矿物晶格-土壤-植物-动物）,稀土元素价态与内层电子的分布,不同价态对生物体产生的效应不尽相同（eg砷As）,1、稀土元素的基本概况,稀土元素在土壤中的分布和行为（1）、稀土元素属重金属元素,稀土在地壳中虽分布很广,但由于化学性质稳定而难以进入生物圈,农业应用的稀土是由稀土矿料经化学炼制成的可溶性盐类化合物,为混合稀土。（2）、目前开发利用的稀土矿物主要有五种：氟碳铈矿、离子吸附型稀土矿、独居石矿、磷钇矿和磷灰石矿。（3）、吸附和解吸平衡，在控制土壤溶液中营养元素、微量元素的活度、迁移过程方面起重要作用。,2、稀土元素的研究进展,稀土作为发光材料的研究进展稀土元素生物效应研究进展稀土在动物体内的生物效应稀土在植物体内的生物效应稀土对微生物的影响稀土元素在农业和环境方面的研究进展,2、稀土元素的研究进展,稀土元素作为发光材料的研究进展物体受激发吸收能量而跃迁至激发态（非稳定态）在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。稀土元素的三价态是稀土离子的特征氧化态，除钪、钇、镧外，均有4f电子及4f亚层的7个可填充电子的轨道，4f激发态内的跃迁产生荧光光谱(二次发光)。当4f电子从高的能级以辐射弛豫的方式跃迁至低能级时就发出不同波长的光。稀土元素原子具有丰富的电子能级，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。（e.g.高压汞灯）,2、稀土元素的研究进展,稀土元素生物效应研究进展稀土的毒性（脑、肝、骨、性腺、内分泌、免疫）稀土在机体内的吸收;运移;分布和排泄稀土元素的致癌、致畸、致突变,稀土元素对人的影响,生物富集效应与再分配：稀土若经口摄入后,一般先积聚在肝、骨、脾中,然后重新分配到各器官组织。如由呼吸道进入则首先沉积在呼吸道和肺组织中,并随淋巴液到肺淋巴结,然后再到各个器官。不论以何种途径进入体内,稀土元素都将各器官组织间进行再分配。一般轻稀土多分布于肝、脾,重稀土则多集中于骨骼。,稀土化合物具有抗凝血、抗炎、杀菌、降血糖、抗癌与诊断、防止或延缓动脉粥样硬化的形成、参与免疫过程以及镇静止痛等作用。例如，人们将稀土与高分子材料结合，制得具有抗凝血作用的新型材料。但是稀土元素又具有毒性，对人体健康产生影响。稀土的毒性已有较多的研究，但稀土进入人体的途径不同，稀土化合物的种类不同，其毒性也不一样。稀土若经呼吸道吸入肺内，其微粒部分由肺内上皮细胞的纤毛运动排出，部分经淋巴管运送到淋巴结，部分则沉积于肺内。如果长期吸入稀土后易形成稀土尘肺。,稀土元素对动物的影响,稀土在动物体内的代谢过程实际上是：吸收分配积累再分配排出体外。一般说来,稀土进入动物体的途径有：皮肤吸入、经口摄入、呼吸道吸入、静脉注射、皮下注射、腹膜内注射、肌肉注射。国内外已有不少关于稀土元素对动物生理功能影响方面的研究，将适量稀土化合物作为矿物添加剂饲喂畜禽，对生长发育具有良好作用，并增强其免疫能力。例如,每天往猪饲料中加入40mg稀土,猪的增重率提高6%29%,饲料利用率提高10%。但使用的剂型主要为La、Ce的有机盐如ReOH(COH7O6)2H2O、NaREC6H4O7nH2O。稀土对动物的毒性亦不容忽视。肖广庆等探讨了稀土是否有毒性时发现镧、铈、钕和镱4种稀土元素不仅能诱发原生动物-上海四膜虫产生微核，而且对它的生殖过程也有一定的影响。,稀土元素对植物的影响,稀土元素在植株各部位的分布很不均匀,例如稀土元素在橡胶树中的分布,吸收根中稀土含量最高,果肉中最低。其含量递减顺序为：吸收根树皮叶片果皮果肉。根据不同的物种，对稀土元素的富集作用不尽相同。依据人们对植物的使用和食用，应对其富集作用做详细研究。适量的稀土元素可以促进作物对N、P、K和其它微量元素的吸收，促进种子萌发,加速生根和根部及苗期生长,增加叶面积和光合强度,提高叶绿素含量，使产量增加品质改善。例如，用1.1%1.3%浓度的硝酸稀土在秧期和始穗期喷洒水稻，水稻根系活力提高20%，叶绿素提高30%，千粒重增0.19g，增产5%15%。,但稀土剂量过高或用量过大，都会对植物的生长产生抑制作用,甚至使植物枯死。黄丽玫等用VMT检测14种稀土元素的致突变性发现重稀土组最强,中稀土组次之,轻稀土较弱,其阈值为15mg/L。在一定浓度下,稀土对植物生长的影响表现为蚕虫根尖发黑甚至变硬,显微镜下见纤维组织增多，细胞变小，萎缩或变形，显示稀土具有细胞毒性；大量葡萄糖介质可使稀土毒性缓解;稀土-柠檬酸铬合物可使稀土致突变阈值后移。,3、稀土元素的研究方法,稀土元素的检测与分析稀土元素在土壤-水稻-人体体系中的研究,1、稀土元素的检测与分析,样品经消解处理为样品溶液，样品溶液经雾化由载气送入ICP或送入等离子体炬管中，经过蒸发、解离、原子化和离子化等过程，转化为带正电荷的离子，经离子采集系统进入质谱仪，质谱仪根据质荷比进行分离。对于一定的质荷比，质谱的信号强度与进入质谱仪的离子数成正比，即样品浓度与质谱信号强度成正比。通过测量质谱的信号强度来测定试样溶液的元素浓度。GB5009.94-2012,2、稀土元素在土壤-水稻-人体体系中的研究,稀土元素在农业和环境方面的研究进展稀土元素的环境和生物效应：稀土的环境累积效应农畜产品的稀土残留效应海洋产品的稀土残留效应稀土元素对水稻的影响：（1）稀土元素对作物种子萌发的影响低浓度的硝酸稀土溶液对种子的萌发有一定的促进作用,但浓度高则会产生抑制作用。,2、稀土元素在土壤-水稻-人体体系中的研究,（2）稀土元素对作物幼苗生长的影响植物生长必需的微量元素不仅能促进种子萌发,同时也能促进幼苗的初期生长。用一定浓度范围的硝酸稀土处理冬小麦及水稻种子,低浓度范围时可促进其地上部和根系的生长发育,而高浓度时对幼苗生长产生抑制作用。（3）稀土元素能促进作物根系的生长发育提高根系活力，稀土元素能促进作物对氮、磷、钾素的吸收、运输分配及转化。（4）稀土元素对农作物氮、磷、钾素代谢的影响硝酸稀土处理花生有促进花生对磷素的吸收、积累、运转以及使无机磷向酸性有机磷转化的作用。（5）改善及增强光合性能,提高光合效率。,对改善农产品品质的分析（1）提高籽粒蛋白质含量：稀土元素可促进作物对氮素的吸收,并提高作物体内硝酸还原酶活力,加速氮素还原与同化,因而,在