稀土元素鋱的應(yīng)用及研究進(jìn)展

王春俠

（徐州醫(yī)藥高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 徐州 2 2 1 1 1 6；南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 2 1 0 0 0 9）

稀土元素鋱的應(yīng)用及研究進(jìn)展

王春俠

（徐州醫(yī)藥高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 徐州 2 2 1 1 1 6；南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 2 1 0 0 0 9）

隨著稀土產(chǎn)品越來(lái)越多走進(jìn)百姓生活,稀土元素中的鋱也將進(jìn)入生物圈，進(jìn)而通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體.早已有實(shí)驗(yàn)證明稀土對(duì)動(dòng)、植物及人體均具較強(qiáng)的生物學(xué)效應(yīng)，近期有實(shí)驗(yàn)證明稀土鋱的化合物具有遺傳毒性.

稀土元素；鋱；生物學(xué)效應(yīng)；遺傳毒性

隨著人們對(duì)稀土研究的逐步深入，稀土的應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大，目前，它已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，稀土產(chǎn)品也越來(lái)越多走進(jìn)百姓生活.加之在世界范圍內(nèi)的緊缺性，其更被稱為戰(zhàn)略性資源，而且是一種極其重要的戰(zhàn)略資源[1].因此，探討稀土的應(yīng)用及研究進(jìn)展，對(duì)服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)甚至是國(guó)防等各方面有重要作用.本文僅就稀土元素鋱的應(yīng)用及研究情況作一探討.

1 稀土元素鋱的應(yīng)用

鋱屬于重稀土，在地殼中的豐度很低，僅為1.1 p p m，氧化鋱?jiān)诳傁⊥林姓加辛坎蛔?.0 1%.就是在含鋱最高的高釔離子型重稀土礦中，鋱的含量也僅占總稀土的1.1~1.2%，可見(jiàn)它屬于稀土元素系列中的“貴族”.鋱為銀灰色金屬，有延展性，質(zhì)較軟，可用刀切開(kāi)；熔點(diǎn)1 3 6 0℃，沸點(diǎn)3 1 2 3℃，密度8 2 2 9.4 k g/m3.自1 8 4 3年發(fā)現(xiàn)鋱?jiān)兀═erbium）以來(lái)的1 0 0多年，由于鋱的稀缺和貴重，使它長(zhǎng)期未獲得實(shí)際應(yīng)用.只是近3 0年來(lái)，鋱才顯示出其特有的才能.

鋱的應(yīng)用大多涉及高技術(shù)領(lǐng)域，是技術(shù)密集、知識(shí)密集型的尖端項(xiàng)目，又是具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的項(xiàng)目，有著誘人的發(fā)展前景[2].主要應(yīng)用領(lǐng)域有：（1）以混合稀土的形式被利用.比如用作農(nóng)用稀土復(fù)合肥、飼料添加劑.（2）用于三基色熒光粉中的綠粉的激活劑.現(xiàn)代光電子材料，都要用紅、綠、藍(lán)三種基本顏色的熒光粉，即三基色熒光粉，用這三基色可以合成各種顏色.而鋱正是許多優(yōu)質(zhì)綠色熒光粉不可缺少的組份.如鋱激活的磷酸鹽基質(zhì)、鋱激活的硅酸鹽基質(zhì)、鋱激活的鈰鎂鋁酸鹽基質(zhì)，在激發(fā)狀態(tài)下均發(fā)出綠色光.如果說(shuō)是稀土彩電紅色熒光粉的誕生刺激了對(duì)釔和銪的需求，那么燈用稀土三基色綠色熒光粉則推動(dòng)了鋱的應(yīng)用發(fā)展.（3）用作磁光貯存材料.近年來(lái)，隨著多媒體和辦公自動(dòng)化的高速發(fā)展，新型高容量磁光盤的需求日增.非晶態(tài)金屬鋱—過(guò)渡金屬合金薄膜已用作制造高性能磁光光盤.其中使用性能最好的有鋱鐵鈷（TbFeCo）合金薄膜.鋱系磁光材料已大規(guī)模生產(chǎn)，制成的磁光光盤，用作計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件，存儲(chǔ)能力提高1 0～1 5倍，具有容量大及存取速度快等優(yōu)點(diǎn)，用于高存儲(chǔ)密度光盤，可擦涂數(shù)萬(wàn)次，是電子信息存儲(chǔ)技術(shù)的重要材料.（4）制造磁光玻璃.含鋱的法拉第旋光玻璃，是激光技術(shù)中制造旋轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)形器的關(guān)鍵材料.（5）鋱鏑鐵磁致伸縮合金（TerFenol）的開(kāi)發(fā)研制，更是開(kāi)辟了鋱的新用途.T e rf e n o l是7 0年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料，該合金由美國(guó)依阿華州阿姆斯實(shí)驗(yàn)室首先研制.鋱鏑鐵開(kāi)始主要用于聲納，目前已廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域.

總之，鋱的許多優(yōu)異特性使其成為許多功能材料不可缺少的一員，在一些應(yīng)用領(lǐng)域處于無(wú)可取代的地位.基于鋱的貴重，我們應(yīng)加強(qiáng)從釹鐵硼廢料和廢舊熒光粉（如廢損稀土節(jié)能熒光燈燈管）中回收鋱等重稀土的研究和生產(chǎn)，以大力發(fā)展鋱的循環(huán)經(jīng)濟(jì)[4].

2 鋱的生物學(xué)效應(yīng)

稀土易形成配合物的特性對(duì)稀土元素的生物學(xué)效應(yīng)起決定作用.早在二十世紀(jì)初，人們就開(kāi)始了對(duì)稀土的研究，初期的研究主要集中在地球化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)和冶金化工領(lǐng)域，早已有實(shí)驗(yàn)證明稀土對(duì)植物、動(dòng)物及人體均具較強(qiáng)的生物學(xué)效應(yīng).

有關(guān)單一稀土鋱的生物學(xué)效應(yīng)的研究報(bào)道較少.鋱能以混合稀土的形式被利用，比如用作農(nóng)用稀土復(fù)合肥、飼料添加劑，在一定濃度范圍內(nèi)能改善作物的品質(zhì)，提高光合作用的速率.

騰曉旭[3]等試驗(yàn)證明鋱的配合物具較高的生物活性，鋱的三元配合物T b(A l a)3B e n I m(C l O 4)3·3 H2O對(duì)金黃色葡萄球菌、枯草芽孢菌和大腸桿菌均有較好的抑菌殺菌效果,其具有抑菌廣譜性,該類配合物的研究為現(xiàn)代殺菌藥物提供了一種新的研究方向.

本人[4]曾以蠶豆為材料，研究了鋱對(duì)種子生長(zhǎng)勢(shì)的影響.種子生長(zhǎng)勢(shì)試驗(yàn)結(jié)果顯示：低濃度下(3～6 μg/mL)硝酸鋱?zhí)幚淼男Q豆根、芽，其重量逐次增大，（1 2～4 8 μg/mL)硝酸鋱?zhí)幚淼男Q豆根、芽，其重量逐次減小，說(shuō)明T b 3+對(duì)蠶豆幼苗早期生長(zhǎng)具低促高抑效應(yīng)，并且得出蠶豆種子的最佳浸種濃度為6 μg/mL，T b3+對(duì)蠶豆的毒性閾劑量為2 4 μg/mL.

鐘廣濤[5]等以雞胚作實(shí)驗(yàn)材料，用160T b同位素示蹤法考察了T b3+絡(luò)合物從蛋清進(jìn)入雞胚到雛雞各器官的過(guò)程，證明稀土能通過(guò)胎膜進(jìn)入雛雞.對(duì)照組、注射T b-E D T A組和注射*T b-E D T A組各孵化1 0個(gè)蛋，結(jié)果如下：對(duì)照組出殼1 0只，T b-E D T A組8只，*T b-E D T A組7只.*T b-E D T A組出殼雛雞能存活1、2、3天的各一只，其余出殼后不久死亡.注稀土的雛雞可見(jiàn)畸形，以腿關(guān)節(jié)變曲、趾爪內(nèi)翻卷曲常見(jiàn)，站立不穩(wěn)，行走困難.總之，注入含160T b的雛雞孵出率和存活率都低.

3 鋱的毒理學(xué)研究

近期關(guān)于稀土在生物體中的藥理和毒理作用的專著及研究報(bào)道陸續(xù)問(wèn)世，關(guān)于稀土元素的遺傳毒理學(xué)研究有諸多報(bào)道，觀點(diǎn)不盡相同.

一些學(xué)者認(rèn)為稀土元素?zé)o致畸、致突變作用.Y a n g WD[6]等對(duì)大白鼠飼喂不同濃度的C e(N O3)3溶液，1年后對(duì)基因組D N A進(jìn)行R A P D分析，共獲得1 7 1個(gè)片斷，其中有4個(gè)片斷呈多態(tài)性，結(jié)果表明它們均與C e(N O3)3無(wú)關(guān)，說(shuō)明稀土元素鈰對(duì)大白鼠基因組并不造成影響，不具有遺傳毒性.

紀(jì)云晶、栗建林[7]認(rèn)為稀土的毒性大小與稀土原料是否含放射性物質(zhì)，或是否超標(biāo)有關(guān)，與稀土侵入途徑不同有關(guān).如給猴靜脈注射則毒性較大，而給猴、鼠灌胃和喂飼，由于消化道吸收少，則毒性低.

文獻(xiàn)調(diào)研顯示,目前關(guān)于稀土元素鋱的遺傳毒理學(xué)研究報(bào)道并不多.

本人[8]曾以蠶豆為材料，研究了鋱的遺傳毒性、細(xì)胞毒性.1.蠶豆微核試驗(yàn)、染色體畸變?cè)囼?yàn)結(jié)果顯示：硝酸鋱能誘發(fā)蠶豆根尖細(xì)胞產(chǎn)生微核，在3～2 4 μg/mL濃度范圍內(nèi)呈劑量-效應(yīng)關(guān)系；能誘發(fā)染色體畸變，在3～1 2 μg/mL濃度范圍內(nèi)呈劑量-效應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明稀土元素鋱對(duì)蠶豆根尖具有一定的遺傳毒性.2.有絲分裂指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果顯示：低濃度下(3～1 2 μg/mL)的硝酸鋱能促進(jìn)蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂，M I升高.但隨著濃度的升高，M I下降.說(shuō)明稀土元素鋱對(duì)蠶豆根尖具有一定的細(xì)胞毒性.有關(guān)研究[9]指出，蠶豆根尖細(xì)胞微核指標(biāo)與哺乳動(dòng)物細(xì)胞微核指標(biāo)有非常顯著的相關(guān)，說(shuō)明在同一系統(tǒng)發(fā)育水平的兩類物種對(duì)損害遺傳物質(zhì)D N A的因素有著相同的效應(yīng)，可以顯示稀土元素鋱對(duì)生物存在潛在影響.

劉湘陶[10]等以人的紅細(xì)胞膜為實(shí)驗(yàn)材料，研究鑭、鈰、釔、鋱離子對(duì)人紅細(xì)胞膜自由基氧化的影響，結(jié)果證明當(dāng)T b3+濃度低于2·5×1 0-5mol/L時(shí),有一定的細(xì)胞保護(hù)作用，而且與濃度負(fù)相關(guān)；當(dāng)濃度大于2×1 0-5mol/L時(shí),有明顯細(xì)胞毒性，T b對(duì)植物的作用主要表現(xiàn)為傷害作用.

曹睿[11]以大田辣根為實(shí)驗(yàn)材料，研究鋱對(duì)辣根的生態(tài)毒理效應(yīng)，稀土T b對(duì)辣根各個(gè)生理指標(biāo)的影響存在劑量和時(shí)間效應(yīng)關(guān)系.T b雖在低濃度范圍短期內(nèi)能刺激辣根葉片合成葉綠素、蛋白質(zhì)，誘導(dǎo)辣根過(guò)氧化物酶（H R P）活性提高，降低質(zhì)膜透性和膜脂過(guò)氧化程度，但后期均呈現(xiàn)出不同程度的毒害作用，高濃度毒害作用明顯.

4 研究意義

鋱的貴重性和其具有的許多優(yōu)異特性，使其在一些應(yīng)用領(lǐng)域處于無(wú)可取代的地位.目前，它在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.稀土元素鋱業(yè)已進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，會(huì)不可避免地間接或直接進(jìn)入人體.由于稀土元素鋱具備獨(dú)特的生物學(xué)和毒理學(xué)效應(yīng)，因此在大力開(kāi)發(fā)和利用鋱的同時(shí)，其可能產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及對(duì)人體健康的影響應(yīng)該引起廣泛的關(guān)注.

上述研究提示，稀土元素鋱對(duì)于環(huán)境與人類健康問(wèn)題、對(duì)于含鋱稀土物質(zhì)的使用和擴(kuò)散的控制問(wèn)題等均應(yīng)引起人們的足夠重視，稀土元素鋱的安全性這一事關(guān)人類環(huán)境與健康的重要問(wèn)題值得深入研究.稀土元素鋱?jiān)诩Z食、蔬菜和人體中是否會(huì)積累，對(duì)長(zhǎng)期食用稀土多元復(fù)合肥種出糧食的人會(huì)產(chǎn)生什么影響，等等，均尚未有定論.相信隨著研究的逐步深入，含鋱稀土物質(zhì)的使用和擴(kuò)散一定會(huì)得以科學(xué)有效的駕馭，從而確保環(huán)境與人類健康的安全性.

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1673-260X（2010）10-0018-02