稀土元素鋱的應(yīng)用及研究進展

王春俠

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

稀土元素鋱的應(yīng)用及研究進展

王春俠

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

隨著稀土產(chǎn)品越來越多走進百姓生活,稀土元素中的鋱也將進入生物圈，進而通過食物鏈進入人體.早已有實驗證明稀土對動、植物及人體均具較強的生物學效應(yīng)，近期有實驗證明稀土鋱的化合物具有遺傳毒性.

稀土元素；鋱；生物學效應(yīng)；遺傳毒性

隨著人們對稀土研究的逐步深入，稀土的應(yīng)用范圍也逐步擴大，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)等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，稀土產(chǎn)品也越來越多走進百姓生活.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)用及研究進展，對服務(wù)國民經(jīng)濟甚至是國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，氧化鋱在總稀土中占有量不足0.0 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；熔點1 3 6 0℃，沸點3 1 2 3℃，密度8 2 2 9.4 k g/m3.自1 8 4 3年發(fā)現(xiàn)鋱元素（Terbium）以來的1 0 0多年，由于鋱的稀缺和貴重，使它長期未獲得實際應(yīng)用.只是近3 0年來，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、知識密集型的尖端項目，又是具有顯著經(jīng)濟效益的項目，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.如果說是稀土彩電紅色熒光粉的誕生刺激了對釔和銪的需求，那么燈用稀土三基色綠色熒光粉則推動了鋱的應(yīng)用發(fā)展.（3）用作磁光貯存材料.近年來，隨著多媒體和辦公自動化的高速發(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，用作計算機存儲元件，存儲能力提高1 0～1 5倍，具有容量大及存取速度快等優(yōu)點，用于高存儲密度光盤，可擦涂數(shù)萬次，是電子信息存儲技術(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）的開發(fā)研制，更是開辟了鋱的新用途.T e rf e n o l是7 0年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料，該合金由美國依阿華州阿姆斯實驗室首先研制.鋱鏑鐵開始主要用于聲納，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)域處于無可取代的地位.基于鋱的貴重，我們應(yīng)加強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[4].

2 鋱的生物學效應(yīng)

稀土易形成配合物的特性對稀土元素的生物學效應(yīng)起決定作用.早在二十世紀初，人們就開始了對稀土的研究，初期的研究主要集中在地球化學、農(nóng)業(yè)化學和冶金化工領(lǐng)域，早已有實驗證明稀土對植物、動物及人體均具較強的生物學效應(yīng).

有關(guān)單一稀土鋱的生物學效應(yīng)的研究報道較少.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，研究了鋱對種子生長勢的影響.種子生長勢試驗結(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，說明T b 3+對蠶豆幼苗早期生長具低促高抑效應(yīng)，并且得出蠶豆種子的最佳浸種濃度為6 μg/mL，T b3+對蠶豆的毒性閾劑量為2 4 μg/mL.

鐘廣濤[5]等以雞胚作實驗材料，用160T b同位素示蹤法考察了T b3+絡(luò)合物從蛋清進入雞胚到雛雞各器官的過程，證明稀土能通過胎膜進入雛雞.對照組、注射T b-E D T A組和注射*T b-E D T A組各孵化1 0個蛋，結(jié)果如下：對照組出殼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.注稀土的雛雞可見畸形，以腿關(guān)節(jié)變曲、趾爪內(nèi)翻卷曲常見，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道陸續(xù)問世，關(guān)于稀土元素的遺傳毒理學研究有諸多報道，觀點不盡相同.

一些學者認為稀土元素無致畸、致突變作用.Y a n g WD[6]等對大白鼠飼喂不同濃度的C e(N O3)3溶液，1年后對基因組D N A進行R A P D分析，共獲得1 7 1個片斷，其中有4個片斷呈多態(tài)性，結(jié)果表明它們均與C e(N O3)3無關(guān)，說明稀土元素鈰對大白鼠基因組并不造成影響，不具有遺傳毒性.

紀云晶、栗建林[7]認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.

文獻調(diào)研顯示,目前關(guān)于稀土元素鋱的遺傳毒理學研究報道并不多.

本人[8]曾以蠶豆為材料，研究了鋱的遺傳毒性、細胞毒性.1.蠶豆微核試驗、染色體畸變試驗結(jié)果顯示：硝酸鋱能誘發(fā)蠶豆根尖細胞產(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，說明稀土元素鋱對蠶豆根尖具有一定的遺傳毒性.2.有絲分裂指數(shù)試驗結(jié)果顯示：低濃度下(3～1 2 μg/mL)的硝酸鋱能促進蠶豆根尖細胞有絲分裂，M I升高.但隨著濃度的升高，M I下降.說明稀土元素鋱對蠶豆根尖具有一定的細胞毒性.有關(guān)研究[9]指出，蠶豆根尖細胞微核指標與哺乳動物細胞微核指標有非常顯著的相關(guān)，說明在同一系統(tǒng)發(fā)育水平的兩類物種對損害遺傳物質(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生物存在潛在影響.

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

曹睿[11]以大田辣根為實驗材料，研究鋱對辣根的生態(tài)毒理效應(yīng)，稀土T b對辣根各個生理指標的影響存在劑量和時間效應(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)，誘導辣根過氧化物酶（H R P）活性提高，降低質(zhì)膜透性和膜脂過氧化程度，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)已進入生態(tài)環(huán)境，會不可避免地間接或直接進入人體.由于稀土元素鋱具備獨特的生物學和毒理學效應(yīng)，因此在大力開發(fā)和利用鋱的同時，其可能產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題及對人體健康的影響應(yīng)該引起廣泛的關(guān)注.

上述研究提示，稀土元素鋱對于環(huán)境與人類健康問題、對于含鋱稀土物質(zhì)的使用和擴散的控制問題等均應(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)境與健康的重要問題值得深入研究.稀土元素鋱在糧食、蔬菜和人體中是否會積累，對長期食用稀土多元復(fù)合肥種出糧食的人會產(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)的使用和擴散一定會得以科學有效的駕馭，從而確保環(huán)境與人類健康的安全性.

〔1〕姬生.重要的戰(zhàn)略資源——稀土元素[J].科學咨詢(決策管理).2007(8):77.

〔2〕顧友.稀土元素鋱及其應(yīng)用[J].稀土信息，2005(9)：29-30.

〔3〕騰曉旭,崔秀蘭.鋱三元配合物的表征及生物活性研究[J].稀土 2006,27(5):74-75.

〔4〕王春俠.稀土元素鋱對蠶豆幼苗生長勢的影響[J].遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報，2008,30(1):7-9．

〔5〕鐘廣濤,楊簡,孔聘顏，等.160Tb同位素示蹤研究稀土元素鋱在雛雞體內(nèi)的分布和轉(zhuǎn)運 [J].廣東微量元素科學，1997,4(9):29-31.

〔6〕Yang WD,Luo C,Tian XM,et al.Studies on DNA damage by Ce(NO3)3[J]．中山大學學報，1999，38（5）:735-737.

〔7〕紀云晶,栗建林.我國稀土某些生物學效應(yīng)的研究概況[J].衛(wèi)生毒理學雜志,2000,14(1)：23-28.

〔8〕王春俠.稀土元素鋱對蠶豆的遺傳毒性和細胞毒性研究[J].南陽師范學院學報，2008,69(3):55-58．

〔9〕Wang YY(王英彥),Tang DY(湯大友).Pollution indication of Vicia fabanoot tip cell micronucleus technique and its comparison with other index.Environ Sci China(中國環(huán)境科學)，1987,7(5):45-51．

〔10〕劉湘陶,李榕,陳景云，等.鑭、鈰、釔、鋱離子對人紅細胞膜自由基氧化的影響[J].中國稀土學報,2000,18(1):88-90．

〔11〕曹睿.稀土鋱對辣根過氧化物酶生態(tài)毒理效應(yīng)[J].中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫（中國知網(wǎng)）,2009．

O 6 1 4.3 4 1

A

1673-260X（2010）10-0018-02