عنصر هولمیوم و روش های آزمایش رایج

عنصر هولمیوم و روش‌های تشخیص رایج
در جدول تناوبی عناصر شیمیایی عنصری به نام وجود داردهولمیوم، که یک فلز کمیاب است. این عنصر در دمای اتاق جامد است و نقطه ذوب و نقطه جوش بالایی دارد. با این حال، این جذاب ترین بخش عنصر هولمیوم نیست. جذابیت واقعی آن در این است که هنگام هیجان، نور سبز زیبایی از خود ساطع می کند. عنصر هولمیوم در این حالت هیجان زده مانند یک جواهر سبز درخشان، زیبا و اسرارآمیز است. انسان ها تاریخچه شناختی نسبتا کوتاهی از عنصر هولمیوم دارند. در سال 1879، شیمیدان سوئدی Per Theodor Klebe برای اولین بار عنصر هولمیوم را کشف کرد و آن را به نام زادگاهش نامگذاری کرد. هنگام مطالعه اربیوم ناخالص، او به طور مستقل با حذف هلمیوم را کشف کردایتریمواسکاندیم. او ماده قهوه ای رنگ را Holmia (نام لاتین استکهلم) و ماده سبز رنگ Thulia نامید. سپس او با موفقیت دیسپروزیم را برای جداسازی هولمیوم خالص جدا کرد. در جدول تناوبی عناصر شیمیایی، هولمیوم دارای خواص و کاربردهای بسیار منحصر به فردی است. هولمیوم یک عنصر خاکی کمیاب با خاصیت مغناطیسی بسیار قوی است، بنابراین اغلب برای ساخت مواد مغناطیسی استفاده می شود. در عین حال، هولمیوم همچنین دارای ضریب شکست بالایی است که آن را به یک ماده ایده آل برای ساخت ابزارهای نوری و فیبرهای نوری تبدیل می کند. علاوه بر این، هلمیوم نقش مهمی در زمینه های پزشکی، انرژی و حفاظت از محیط زیست دارد. امروز اجازه دهید به سراغ این عنصر جادویی با طیف گسترده ای از کاربردها برویم - هولمیوم. اسرار آن را کشف کنید و سهم بزرگ آن را در جامعه بشری احساس کنید.

زمینه های کاربردی عنصر هولمیوم

هولمیوم یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 67 و از سری لانتانیدها است. در ادامه به معرفی دقیق برخی از زمینه های کاربردی عنصر هولمیوم می پردازیم:
1. آهنربای هولمیوم:هولمیوم خواص مغناطیسی خوبی دارد و به طور گسترده ای به عنوان ماده ای برای ساخت آهن ربا استفاده می شود. به خصوص در تحقیقات ابررسانایی در دمای بالا، آهنرباهای هولمیوم اغلب به عنوان موادی برای ابررساناها برای تقویت میدان مغناطیسی ابررساناها استفاده می شوند.
2. شیشه هولمیوم:هولمیوم می تواند خواص نوری خاصی به شیشه بدهد و برای ساخت لیزرهای شیشه هولمیوم استفاده می شود. لیزر هولمیوم به طور گسترده در پزشکی و صنعت استفاده می شود و می توان از آن برای درمان بیماری های چشمی، برش فلزات و سایر مواد و غیره استفاده کرد.
3. صنعت انرژی هسته ای:ایزوتوپ هولمیوم-165 هولمیوم دارای سطح مقطع جذب نوترون بالایی است و برای کنترل شار نوترون و توزیع توان راکتورهای هسته ای استفاده می شود.
4. دستگاه های نوری: هولمیوم در وسایل نوری نیز کاربردهایی دارد، مانند موجبرهای نوری، آشکارسازهای نوری، مدولاتورها و ... در ارتباطات فیبر نوری.
5. مواد فلورسنت:ترکیبات هولمیوم را می توان به عنوان مواد فلورسنت برای ساخت لامپ های فلورسنت، صفحه نمایش های فلورسنت و نشانگرهای فلورسنت استفاده کرد.6. آلیاژهای فلزی:هلمیوم را می توان به فلزات دیگر اضافه کرد تا آلیاژهایی برای بهبود پایداری حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد جوشکاری فلزات ایجاد کند. اغلب برای ساخت موتورهای هواپیما، موتورهای خودرو و تجهیزات شیمیایی استفاده می شود. هولمیوم کاربردهای مهمی در آهنرباها، لیزرهای شیشه ای، صنایع انرژی هسته ای، دستگاه های نوری، مواد فلورسنت و آلیاژهای فلزی دارد.

خواص فیزیکی عنصر هولمیوم

1. ساختار اتمی: ساختار اتمی هولمیوم از 67 الکترون تشکیل شده است. در پیکربندی الکترونیکی آن، 2 الکترون در لایه اول، 8 الکترون در لایه دوم، 18 الکترون در لایه سوم و 29 الکترون در لایه چهارم وجود دارد. بنابراین، 2 جفت الکترون تنها در بیرونی ترین لایه وجود دارد.
2. چگالی و سختی: چگالی هولمیوم 8.78 گرم بر سانتی متر مکعب است که چگالی نسبتاً بالایی است. سختی آن حدود 5.4 Mohs سختی است.
3. نقطه ذوب و نقطه جوش: نقطه ذوب هلمیوم حدود 1474 درجه سانتیگراد و نقطه جوش حدود 2695 درجه سانتیگراد است.
4. مغناطیس: هولمیوم فلزی با خاصیت مغناطیسی خوب است. در دماهای پایین فرومغناطیس را نشان می دهد، اما در دماهای بالا به تدریج مغناطیس خود را از دست می دهد. مغناطیس هولمیوم آن را در کاربردهای آهنربا و در تحقیقات ابررسانایی در دمای بالا مهم می کند.
5. ویژگی های طیفی: هولمیوم خطوط جذب و انتشار آشکاری را در طیف مرئی نشان می دهد. خطوط انتشار آن عمدتاً در محدوده طیفی سبز و قرمز قرار دارند و در نتیجه ترکیبات هولمیوم معمولاً رنگ‌های سبز یا قرمز دارند.
6. هدایت حرارتی: هولمیوم دارای رسانایی حرارتی نسبتاً بالایی در حدود 16.2 W/m·Kelvin است. این امر باعث می شود که هولمیوم در برخی از کاربردهایی که به هدایت حرارتی عالی نیاز دارند، ارزشمند باشد. هولمیوم فلزی با چگالی، سختی و مغناطیس بالا است. نقش مهمی در آهنرباها، ابررساناهای با دمای بالا، طیف‌سنجی و هدایت حرارتی دارد.

خواص شیمیایی هولمیوم

1. واکنش پذیری: هولمیوم یک فلز نسبتاً پایدار است که با اکثر عناصر و اسیدهای غیرفلزی به کندی واکنش می دهد. در دمای اتاق با هوا و آب واکنش نمی دهد، اما هنگامی که تا دمای بالا گرم می شود، با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و اکسید هولمیوم را تشکیل می دهد.
2. حلالیت: هولمیوم حلالیت خوبی در محلول های اسیدی دارد و می تواند با اسید سولفوریک غلیظ، اسید نیتریک و اسید هیدروکلریک واکنش داده و نمک های هولمیوم مربوطه را تولید کند.
3. حالت اکسیداسیون: حالت اکسیداسیون هولمیوم معمولا +3 است. می تواند ترکیبات مختلفی مانند اکسیدها را تشکیل دهد.Ho2O3، کلریدها (HoCl3سولفات ها (Ho2(SO4)3علاوه بر این، هولمیوم همچنین می تواند حالت های اکسیداسیون مانند +2، +4 و +5 را ارائه دهد، اما این حالت های اکسیداسیون کمتر رایج هستند.
4. کمپلکس ها: هولمیوم می تواند کمپلکس های مختلفی را تشکیل دهد که رایج ترین آنها کمپلکس هایی هستند که بر روی یون های هولمیوم (III) متمرکز شده اند. این مجتمع ها نقش مهمی در تجزیه و تحلیل شیمیایی، کاتالیزورها و تحقیقات بیوشیمیایی دارند.
5. واکنش پذیری: هولمیوم معمولاً واکنش پذیری نسبتاً خفیفی در واکنش های شیمیایی از خود نشان می دهد. این می تواند در بسیاری از انواع واکنش های شیمیایی مانند واکنش های اکسیداسیون - کاهش، واکنش های هماهنگی و واکنش های پیچیده شرکت کند. هولمیوم یک فلز نسبتاً پایدار است و خواص شیمیایی آن عمدتاً در واکنش پذیری نسبتاً کم، حلالیت خوب، حالت های مختلف اکسیداسیون و تشکیل کمپلکس های مختلف منعکس می شود. این ویژگی ها باعث می شود که هولمیوم به طور گسترده در واکنش های شیمیایی، شیمی هماهنگی و تحقیقات بیوشیمیایی استفاده شود.

خواص بیولوژیکی هلمیوم

خواص بیولوژیکی هولمیوم نسبتاً کمی مورد مطالعه قرار گرفته است و اطلاعاتی که تاکنون می دانیم محدود است. در زیر به برخی از خواص هلمیوم در موجودات اشاره می شود:
1. فراهمی زیستی: هولمیوم در طبیعت نسبتاً کمیاب است، بنابراین محتوای آن در موجودات بسیار کم است. هولمیوم فراهمی زیستی ضعیفی دارد، یعنی توانایی ارگانیسم برای خوردن و جذب هلمیوم محدود است، که یکی از دلایلی است که عملکردها و اثرات هلمیوم در بدن انسان به طور کامل شناخته نشده است.
2. عملکرد فیزیولوژیکی: اگرچه دانش محدودی در مورد عملکردهای فیزیولوژیکی هولمیوم وجود دارد، مطالعات نشان داده است که هلمیوم ممکن است در برخی از فرآیندهای بیوشیمیایی مهم در بدن انسان نقش داشته باشد. مطالعات علمی نشان داده اند که هلمیوم ممکن است با سلامت استخوان و ماهیچه مرتبط باشد، اما مکانیسم خاص آن هنوز نامشخص است.
3. سمیت: هلمیوم به دلیل فراهمی زیستی کم، سمیت نسبتاً کمی برای بدن انسان دارد. در مطالعات حیوانی آزمایشگاهی، قرار گرفتن در معرض غلظت های بالای ترکیبات هولمیوم ممکن است باعث آسیب به کبد و کلیه شود، اما تحقیقات فعلی در مورد سمیت حاد و مزمن هولمیوم نسبتا محدود است. خواص بیولوژیکی هلمیوم در موجودات زنده هنوز به طور کامل شناخته نشده است. تحقیقات کنونی بر روی عملکردهای فیزیولوژیکی احتمالی و اثرات سمی آن بر موجودات زنده متمرکز است. با پیشرفت مداوم علم و فناوری، تحقیقات در مورد خواص بیولوژیکی هولمیوم عمیق تر خواهد شد.

توزیع طبیعی هلمیوم

پراکنش هلمیوم در طبیعت بسیار نادر است و یکی از عناصر با محتوای بسیار کم در پوسته زمین است. توزیع هلمیوم در طبیعت به شرح زیر است:
1. پراکندگی در پوسته زمین: محتوای هلمیوم در پوسته زمین حدود 1.3ppm (قسمت در میلیون) است که عنصر نسبتا کمیاب در پوسته زمین است. هولمیوم علیرغم محتوای کم آن در برخی از سنگ ها و سنگ معدن ها مانند سنگ معدن های حاوی عناصر خاکی کمیاب یافت می شود.
2. وجود در مواد معدنی: هولمیوم عمدتاً در سنگ معدن به شکل اکسیدهایی مانند اکسید هولمیوم وجود دارد.Ho2O3). Ho2O3 یک استاکسید خاکی کمیابسنگ معدنی که حاوی غلظت بالایی از هولمیوم است.
3. ترکیب در طبیعت: هولمیوم معمولاً با سایر عناصر کمیاب خاکی و بخشی از عناصر لانتانید همزیستی دارد. می تواند در طبیعت به شکل اکسید، سولفات، کربنات و غیره وجود داشته باشد.
4. موقعیت جغرافیایی پراکنش: پراکنش هلمیوم در سراسر جهان نسبتاً یکنواخت است، اما تولید آن بسیار محدود است. برخی از کشورها دارای منابع خاصی از سنگ هولمیوم هستند، مانند چین، استرالیا، برزیل و غیره. هولمیوم در طبیعت نسبتا کمیاب است و عمدتاً به صورت اکسید در سنگ معدن وجود دارد. اگرچه محتوای آن کم است، اما با سایر عناصر کمیاب خاکی همزیستی دارد و در برخی از محیط های زمین شناسی خاص یافت می شود. به دلیل نادر بودن و محدودیت های توزیع، استخراج و استفاده از هولمیوم نسبتاً دشوار است.

استخراج و ذوب عنصر هلمیوم
هولمیوم یک عنصر خاکی کمیاب است و فرآیند استخراج و استخراج آن مشابه سایر عناصر خاکی کمیاب است. در زیر مقدمه ای مفصل برای فرآیند استخراج و استخراج عنصر هولمیوم آورده شده است:
1. جست و جوی سنگ هولمیوم: هولمیوم را می توان در سنگ معدن های خاکی کمیاب یافت و سنگ های معدنی معمولی هولمیوم شامل کانی های اکسیدی و کانی های کربناته است. این کانه ها ممکن است در ذخایر معدنی زیرزمینی یا روباز وجود داشته باشند.
2. خرد کردن و آسیاب سنگ معدن: پس از استخراج، سنگ هولمیوم باید خرد شود و به ذرات کوچکتر تبدیل شود و بیشتر تصفیه شود.
3. فلوتاسیون: جداسازی سنگ هولمیوم از سایر ناخالصی ها به روش فلوتاسیون. در فرآیند فلوتاسیون، رقیق کننده و عامل کف اغلب برای شناور کردن سنگ معدن هولمیوم بر روی سطح مایع و سپس انجام عملیات فیزیکی و شیمیایی استفاده می شود.
4. هیدراتاسیون: پس از فلوتاسیون، سنگ معدن هولمیوم تحت عملیات هیدراتاسیون قرار می گیرد تا آن را به نمک هولمیوم تبدیل کند. درمان هیدراتاسیون معمولاً شامل واکنش سنگ معدن با محلول اسید رقیق برای تشکیل محلول نمک اسید هولمیوم است.
5. رسوب و فیلتراسیون: با تنظیم شرایط واکنش، هولمیوم موجود در محلول نمک اسید هولمیوم رسوب می کند. سپس، رسوب را فیلتر کنید تا رسوب هولمیوم خالص جدا شود.
6. کلسینه کردن: رسوبات هولمیوم باید تحت درمان کلسینه قرار گیرند. این فرآیند شامل حرارت دادن رسوب هولمیوم به دمای بالا برای تبدیل آن به اکسید هولمیوم است.
7. احیا: اکسید هولمیوم تحت عملیات احیا قرار می گیرد تا به هولمیوم فلزی تبدیل شود. معمولاً از عوامل کاهنده (مانند هیدروژن) برای کاهش در شرایط دمای بالا استفاده می شود. 8. پالایش: هولمیوم فلز کاهش یافته ممکن است حاوی ناخالصی های دیگری باشد و نیاز به تصفیه و خالص سازی دارد. روش های پالایش شامل استخراج با حلال، الکترولیز و احیای شیمیایی است. پس از انجام مراحل فوق با خلوص بالافلز هولمیوممی توان به دست آورد. از این فلزات هولمیوم می توان برای تهیه آلیاژها، مواد مغناطیسی، صنایع انرژی هسته ای و دستگاه های لیزر استفاده کرد. شایان ذکر است که فرآیند استخراج و استخراج عناصر کمیاب خاکی نسبتاً پیچیده است و برای دستیابی به تولید کارآمد و کم هزینه به فناوری و تجهیزات پیشرفته نیاز دارد.

روش های تشخیص عنصر هولمیوم
1. طیف سنجی جذب اتمی (AAS): طیف سنجی جذب اتمی یک روش آنالیز کمی رایج است که از طیف های جذبی با طول موج های خاص برای تعیین غلظت هولمیوم در یک نمونه استفاده می کند. نمونه مورد آزمایش را در شعله اتمیزه می کند و سپس شدت جذب هولمیوم در نمونه را از طریق یک طیف سنج اندازه گیری می کند. این روش برای تشخیص هولمیوم در غلظت های بالاتر مناسب است.
2. طیف سنجی انتشار نوری پلاسمای جفت شده القایی (ICP-OES): طیف سنجی نشر نوری پلاسمای جفت شده القایی یک روش تحلیلی بسیار حساس و انتخابی است که به طور گسترده در آنالیز چند عنصری استفاده می شود. این نمونه را اتمیزه می کند و پلاسما را برای اندازه گیری طول موج خاص و شدت انتشار هولمیوم در یک طیف سنج تشکیل می دهد.
3. طیف سنجی جرمی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-MS): طیف سنجی جرمی پلاسما جفت شده القایی یک روش تحلیلی بسیار حساس و با وضوح بالا است که می تواند برای تعیین نسبت ایزوتوپ و تجزیه و تحلیل عناصر کمیاب استفاده شود. این نمونه را اتمیزه می کند و پلاسما را برای اندازه گیری نسبت جرم به بار هولمیوم در یک طیف سنج جرمی تشکیل می دهد.
4. طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس (XRF): طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس از طیف فلورسانس تولید شده توسط نمونه پس از برانگیختگی توسط اشعه ایکس برای تجزیه و تحلیل محتوای عناصر استفاده می کند. این می تواند به سرعت و به طور غیر مخرب محتوای هولمیوم در نمونه را تعیین کند. این روش ها به طور گسترده در آزمایشگاه ها و زمینه های صنعتی برای تجزیه و تحلیل کمی و کنترل کیفی هولمیوم استفاده می شود. انتخاب روش مناسب به عواملی مانند نوع نمونه، حد تشخیص مورد نیاز و دقت تشخیص بستگی دارد.

کاربرد ویژه روش جذب اتمی هولمیوم
در اندازه‌گیری عناصر، روش جذب اتمی دقت و حساسیت بالایی دارد و ابزار مؤثری برای بررسی خواص شیمیایی، ترکیب ترکیبات و محتوای عناصر می‌باشد. در ادامه از روش جذب اتمی برای اندازه‌گیری میزان هولمیوم استفاده می‌کنیم. مراحل مشخص به شرح زیر است: نمونه مورد اندازه گیری را آماده کنید. نمونه را برای اندازه گیری در محلولی آماده کنید که معمولاً برای اندازه گیری بعدی باید با اسید مخلوط هضم شود. یک طیف سنج جذب اتمی مناسب انتخاب کنید. با توجه به خواص نمونه مورد اندازه گیری و محدوده محتوای هولمیوم مورد اندازه گیری، یک طیف سنج جذب اتمی مناسب انتخاب کنید. پارامترهای طیف سنج جذب اتمی را تنظیم کنید. با توجه به عنصر مورد اندازه گیری و مدل ابزار، پارامترهای طیف سنج جذب اتمی شامل منبع نور، اتمایزر، آشکارساز و غیره را تنظیم کنید. جذب هولمیوم را اندازه گیری کنید. نمونه مورد نظر برای اندازه گیری را در دستگاه اتمایزر قرار دهید و تابش نور با طول موج مشخص را از طریق منبع نور ساطع کنید. عنصر هولمیوم که باید اندازه گیری شود، این تشعشعات نور را جذب کرده و انتقال سطح انرژی ایجاد می کند. میزان جذب هولمیوم را از طریق آشکارساز اندازه گیری کنید. محتویات هلمیوم را محاسبه کنید. با توجه به منحنی جذب و استاندارد، میزان هلمیوم محاسبه می شود. موارد زیر پارامترهای خاصی است که توسط یک ابزار برای اندازه گیری هولمیوم استفاده می شود.

استاندارد هولمیوم (Ho): اکسید هولمیوم (گرید تحلیلی).
روش: با دقت 1.1455 گرم Ho2O3 وزن کنید، در 20 میلی لیتر اسید هیدروکلریک 5 مول حل کنید، با آب تا 1 لیتر رقیق کنید، غلظت Ho در این محلول 1000 میکروگرم بر میلی لیتر است. در بطری پلی اتیلن دور از نور نگهداری شود.
نوع شعله: اکسید نیتروژن-استیلن، شعله غنی
پارامترهای آنالیز: طول موج (nm) 410.4 پهنای باند طیفی (nm) 0.2
ضریب فیلتر 0.6 جریان لامپ توصیه شده (mA) 6
ولتاژ بالا منفی (v) 384.5
ارتفاع سر احتراق (mm) 12
زمان ادغام (S) 3
فشار و جریان هوا (MP، میلی لیتر در دقیقه) 0.25، 5000
فشار و جریان اکسید نیتروژن (MP، میلی لیتر در دقیقه) 0.22، 5000
فشار و جریان استیلن (MP، میلی لیتر در دقیقه) 0.1، 4500
ضریب همبستگی خطی 0.9980
غلظت مشخصه (μg/mL) 0.841
روش محاسبه روش پیوسته اسیدیته محلول 0.5%
جدول اندازه گیری HCl:

منحنی کالیبراسیون:

تداخل: هولمیوم تا حدی در شعله اکسید نیتروژن - استیلن یونیزه می شود. افزودن نیترات پتاسیم یا کلرید پتاسیم به غلظت نهایی پتاسیم 2000 میکروگرم در میلی لیتر می تواند یونیزاسیون هولمیوم را مهار کند. در کار واقعی، باید یک روش اندازه گیری مناسب با توجه به نیازهای خاص سایت انتخاب شود. این روش ها به طور گسترده در آنالیز و تشخیص کادمیوم در آزمایشگاه ها و صنایع استفاده می شود.

هولمیوم با خواص منحصر به فرد و طیف وسیعی از کاربردها پتانسیل بالایی در بسیاری از زمینه ها نشان داده است. با درک تاریخچه، فرآیند کشف،اهمیت و کاربرد هولمیوم می تواند اهمیت و ارزش این عنصر جادویی را بهتر درک کند. بیایید منتظر باشیم که هولمیوم شگفتی ها و پیشرفت های بیشتری را برای جامعه بشری در آینده به ارمغان بیاورد و کمک های بیشتری به ارتقای پیشرفت علمی و فناوری و توسعه پایدار داشته باشد.

برای اطلاعات بیشتر یا پرس و جو به Holmium خوش آمدیدبا ما تماس بگیرید

Whats&tel:008613524231522

Email:sales@shxlchem.com