元素

67 钬 消灭结石的元素

本文作者 漂泊

钬是一种重要的稀土元素,它在我们日常生活中最重要的用途是用于制造钬激光器。钬激光器在医疗领域应用非常广泛,它常用于处理结石,特别是无法用体外冲击波破碎的肾结石、输尿管结石及膀胱结石。钬激光器的发明对于保护我们的身体健康有着非常重要的意义。

钬的基本物理性质

分类 第ⅢB族▪金属(镧系元素)
原子序号原子量 67(164.930)
电子配置 4f116s2
密度 8.7947g/cm 
熔点 1474°C
沸点 2695°C
形状 银白色金属
丰度 1.4ppm(地壳)
发现者 Jacques-Louis Soret , Marc Delafontaine , Per Teodor Cleve
主要的同位素 165Ho
用途例 钬激光器,光学标准
前后的元素 镝-钬-铒

钬的发现

1787年,瑞典矿物学家Karl Arrhenius在斯德哥尔摩附近一个叫Ytterby的小村庄附近的老采石场碰到了一块像沥青一样的黑色矿石,他以村庄的名字将该矿石命名为Yteerby(实际为硅铍钇矿)。他以为自己发现了一种新的钨矿石,然后把样本交到了住在芬兰的Johan Gadolin。在1794年,Gadolin宣布它包含一种新的“钇土”,构成了其重量的38%,即氧化钇(Y2O3),在将其用木炭加热后也没能进一步还原。Anders Gustaf Ekeberg把这一氧化物命名为“Yttria”。Friedrich Wöhler在1828年首次通过氯化钇和钾反应制得并分离出钇的单质。1843年,Carl Mosander更加彻底的研究了已发现的“钇土”,发现它是混合物,由三种氧化物组成:氧化钇,是白色的;氧化铽,是黄色的;还有氧化铒,是玫瑰红色的。

研究人员后续又对这几种氧化物进行了更细致的研究: de Marignac从玫瑰红色的铒土中,通过局部分解硝酸盐的方式,得到了一种不同于铒土的白色氧化物,他将这种氧化物命名为镱土;L.F.Nilson在按照de Marignac的方法对铒土进行提纯时,发现测定的镱的原子量与de Marignac测得的数值存在差异,他结合光谱分析的结果,发现了新元素钪。但是铒土中似乎还存在未发现的新元素,吸引着人们继续进行研究。

1878年,Jacques-Louis Soret 和 Marc Delafontaine 在铒土的吸收谱带上发现了一个异常的吸收峰,次年,Per Teodor Cleve 从铒土中分离出了两个新元素,其中一个就被命名为Holmium,以纪念Per Teodor Cleve的出生地——瑞典首都斯德哥尔摩(古代拉丁名称为Holmia),元素符号记为Ho,中文名称为钬。[1-5]

 

金属钬

钬激光

钬激光器是一种医疗领域应用广泛的激光器,它在临床上常用于碎石(除去结石)。特别是用于处理体外冲击波碎石法无法碎解的、坚硬的肾结石输尿管结石膀胱结石

钬激光器是一种以钇铝石榴石为工作介质,掺杂铬离子,铥离子和钬离子制成的脉冲固体激光器。其中,铬离子是作为敏化离子,铥离子是作为传能离子,而钬离子则是作为激活离子。在高压氙灯的激发下,掺杂过的钇铝石榴石机会发射出激光。医生将纤细的光纤借助膀胱镜和输尿管软镜经尿道、输尿管直抵膀胱结石、输尿管结石和肾结石部位,激光通过光纤进行传导,在末端与结石产生水汽化的现象,出现很多小空气泡,最终使得结石汽化性粉碎,从而治疗结石。

由于钬激光发热较少,不会产生过多的热量,因而可以减少对健康组织造成的热损伤。此外,钬激光在水中还有很高的吸收系数,因为组织主要由水组成,所以主要的能量集中在表层,使钬激光具有极好的切割能力和组织切除能力,在组织切割过程中可以对直径仅为1mm的血管也可以进行止血。[6-8]

钬激光器

钬的其他用途

氧化钬是目前已知的顺磁性最强的物质之一,随着照明条件的不同,它的颜色也会发生一些变化:在自然光照射下,氧化钬是淡黄色的;而在冷阴极荧光灯照射下,氧化钬则是橙红色的。这一颜色变化主要与钬的尖锐吸收带有关。将4%的氧化钬溶解在10%的高氯酸中,永久性的融合到石英比色皿中可以作为分光光度剂的校正标准,它在200-900nm范围内有尖锐的吸收峰。

钬还可以用作金属卤素灯添加剂,添加碘化钬可以在电弧区可以获得较高的金属原子浓度,从而大大提高了辐射效率,使得发光更加明亮。在磁致伸缩合金Terfenol-D中,加入少量的钬,则可以降低合金饱和磁化所需的外磁场。此外,掺钬的光纤还可以制作光纤激光器、光纤放大器、光纤传感器等通讯器件。[9-10]

不同光照条件下的氧化钬,左:自然光;右:冷荧光氧化钬光学标准

参考文献

 

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