手機(jī)掃碼訪問本站
微信咨詢
金屬銫是最活潑的堿金屬，暴露在空氣中將會燃燒，生成橙色的超氧化銫(CsO2)，遇水生成氫氧化銫并置換出氫氣，在一定空間內(nèi)達(dá)到總體積(4%~74.2%)地爆炸極限可發(fā)生爆炸。金屬銫由于其獨特的金屬性質(zhì)已被人們廣泛應(yīng)用于材料制造、航空航天等領(lǐng)域。
純凈的銫顯金黃色, 熔點 28.5 ℃, 常溫下呈液態(tài)。銫的化學(xué)活性很強(qiáng), 在氧及空氣中能自燃, 生成超氧化物, 與水反應(yīng)特別劇烈, 室溫下便能引起爆炸。金屬銫是最活潑的堿金屬，暴露在空氣中將會燃燒，生成橙色的超氧化銫(CsO2)，遇水生成氫氧化銫并置換出氫氣，在一定空間內(nèi)達(dá)到總體積(4%~74.2%)地爆炸極限可發(fā)生爆炸。
生理學(xué)研究顯示,與鉀和銣在小動物各種器官的作用相比較,引起心臟周期性變動的干擾中,銫有最大的效應(yīng)。銫可被用來研究超極化活化現(xiàn)象以及許多細(xì)胞中離子通道的內(nèi)在調(diào)節(jié)。例如,銫的引入會引發(fā)大腦神經(jīng)的癲癇發(fā)作,其中的機(jī)理被推測為銫阻塞了神經(jīng)膠質(zhì)中的鉀離子通道,從而導(dǎo)致鉀離子在細(xì)胞外的非正常堆積引發(fā)癲癇。
銫鹽在對抗癌癥方面也有一定的功效。“高pH內(nèi)環(huán)境治癌法”,這種方法主要是給病人注射高劑量的CsCl,并加以維生素作輔助治療,通過增加細(xì)胞內(nèi)的pH值來衰減癌細(xì)胞的生長周期。
此外,銫同位素放射線可被用于治療惡性腫瘤。它能促使組織細(xì)胞中DNA的變化,染色體畸變或斷裂,液體電離產(chǎn)生自由基,最終引起細(xì)胞或其子代失去活力達(dá)到破裂或抑制腫瘤生長的作用。
杜鵑花種屬可以通過主動運(yùn)輸和細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)的非特異性吸附作用來累積銫。當(dāng)介質(zhì)含有醋酸銨,溫度28℃,pH7.8～8.6時,Cs的遷移率達(dá)到最大97%。這種植物作用的累積有益于生物界的離子平衡,可用來治理工業(yè)廢水中含放射性的銫。
CsCl是一種超極化活化的陽離子電流(Ih)的阻塞劑,能對兔海馬趾上CA1區(qū)的胞外電流產(chǎn)生抑制作用。通過CsCl對于戊巴比妥麻醉的兔海馬趾細(xì)胞外的影響實驗,可以觀察到海馬趾CA1區(qū)被注射CsCl到樹枝狀頂端脂層后,會削弱其ω波的振幅。CsCl不影響波的頻率和頂端與底端樹狀層之間的逆相位。結(jié)果說明在錐體狀神經(jīng)元的電流Ih對體內(nèi)電流ω波有貢獻(xiàn)。
1.電解法
通過電解氰化銫一氰化鋇熔體首次制得金屬銫，氰化鋇僅起降低熔體熔點的作用。也可以先用汞陰極從含銫濃的水溶液中電解析出金屬銫形成汞齊，再從汞齊中回收銫。熔鹽電解最合適的電解質(zhì)體系是鹵化物體系。由于銫的性質(zhì)極活潑和揮發(fā)性大，而鹵化物的熔點又較高，因此需向熔融鹵化物中加入能降低電解質(zhì)熔點的助熔物質(zhì)。用鉛作陰極，在943～973K溫度下電解熔融氯化銫可得到銫鉛合金，真空蒸餾銫鉛合金即可得到金屬銫。由于銫的性質(zhì)活潑使金屬收集復(fù)雜化，且金屬損失大，此法未得到廣泛應(yīng)用。
2.熱分解法
制取少量高純金屬銫的一種可行方法。用疊氮化鋇置換硫酸銫水溶液中的銫，或用疊氮酸中和碳酸銫均可制得疊氮化銫。疊氮化銫性質(zhì)穩(wěn)定，但加熱時容易分解，在623K溫度附近可熱分解放出氮。在約10Pa真空壓力和約773K溫度下進(jìn)行熱分解，即可得到不含氣體的較純的金屬銫，熱分解反應(yīng)為：
2CsN3=3N2+2Cs
另外，也可采用氫化銫熱分解制取金屬銫。
3.金屬熱還原法
金屬熱還原法是制取金屬銫的最簡便方法。以氫氧化銫、碳酸銫、鹵化銫、硫酸銫、鉻酸銫和硝酸銫等作原料，用強(qiáng)還原性金屬如鋰、鈉、鈣、鎂、鋯或硅等作還原劑，在較高溫度下還原這些銫化物，然后用真空蒸餾法使銫由反應(yīng)帶中移出。金屬銫蒸氣在真空抽力下引導(dǎo)至冷凝部位，冷凝成液滴后流入收集器中。最好的金屬熱還原方法是用金屬鈣在真空下熱還原氯化銫。
用金屬鈣真空熱還原氯化銫是在不銹鋼反應(yīng)管內(nèi)進(jìn)行的。將不銹鋼反應(yīng)管及其他器皿清洗潔凈，連接玻璃收集器后于423K溫度下烘干2h。氯化銫于423K溫度下烘干2h后，與過量200％～300％的鈣屑或鈣粉充分混合，裝入反應(yīng)皿中。將盛混合料的反應(yīng)皿放入反應(yīng)管內(nèi)，連接真空系統(tǒng)并抽真空至1Pa，然后將混合料加熱至973K，恒溫0.5～1.0h，混合料中90％以上的氯化銫被還原成金屬銫，反應(yīng)為：
2CsCl+Ca=CaCl2+Cs
金屬銫成蒸氣狀態(tài)，由真空抽力引導(dǎo)至冷凝帶冷凝成液滴，流入收集器中。反應(yīng)完畢，收集器經(jīng)燒封即得金屬銫。還原產(chǎn)出的金屬銫于573K溫度下進(jìn)行真空蒸餾，可進(jìn)一步除去雜質(zhì)，獲得純度更高的產(chǎn)品。
用鎂還原氫氧化銫、碳酸銫或鋁酸銫(煅燒銫礬的殘渣)，亦可得到金屬銫，反應(yīng)為：
圖1為合成金屬銫的一種反應(yīng)方程式
用作放電管材料的銫通常是在真空管內(nèi)還原銫化物制取的。如鉻酸銫在973K溫度的真空中用金屬鋯粉還原，幾乎可以定量產(chǎn)出金屬銫。反應(yīng)為：
4Cs2CrO4+5Sr=2Cr2O3+5SiO2+8Cs
用金屬鋯還原鉻酸銫可得到高質(zhì)量的金屬銫，但還原速度快，會產(chǎn)生爆炸，對反應(yīng)裝置和操作條件要求嚴(yán)格。
用硅還原鉻酸銫，可控制銫的蒸氣在恒速下排出。這種方法已廣泛用于在光電管面板沉積銫，反應(yīng)為：
4Cs2CrO4+5Si=2Cr2O3+5SiO2+8Cs
銫榴石(2Cs2O?2Al2O3?9SiO2?H2O)在1073K溫度的真空中用鈉還原，或用鈣于1173K溫度下還原，均可得到金屬銫。先將銫榴石礦石粉碎，加熱除去水分，然后加入理論量過量200％～300％的鈉或鈣，在1～10Pa真空壓力和1073～1173K溫度下還原，可得到鈉、鉀和其他雜質(zhì)含量較高的粗金屬銫。
1.原子吸收光譜法
原子吸收光譜法是一種經(jīng)典的測定痕量和超痕量元素含量的檢測法,它包括火焰原子吸收和石墨爐原子吸收。生物樣品中金屬含量的測定越來越多地應(yīng)用石墨爐法。因為石墨爐法除了存在與火焰法共有的優(yōu)點外,還具有檢出限低、精密度高、用樣量小的獨特優(yōu)勢。
2.雙聚焦等離子發(fā)射-質(zhì)譜聯(lián)用(ICP-MS)檢測法
雙聚焦等離子發(fā)射-質(zhì)譜聯(lián)用檢測法可快速地檢測機(jī)體組織及體液中營養(yǎng)物質(zhì)及毒物的含量。這種方法的適用面廣,檢測對象種類多,且儀器檢測限很低,達(dá)到pg?ml-1以下,故此法有較寬的動力學(xué)討論范圍。
3.中子活化分析法
中子活化分析的檢出限是1×10-6～1×10-14g,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差<10%。這種方法可測定檢測難度較大的鑭系、錒系元素。用此法測人頭發(fā)中20種微量元素(含銫),選用美國國家標(biāo)準(zhǔn)局推薦的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(NBS-SRN)進(jìn)行對照,取得滿意的結(jié)果。中子活化分析還被用于人體組織中多種微量元素含量的測定.
4.膜片鉗法
其原理是用一種直徑0.001mm含特殊溶解鹽的玻璃管作為電極管,使管口緊緊的同細(xì)胞膜表層相吻合,讓帶電離子進(jìn)入管內(nèi)交換,以計測離子的運(yùn)動;一個放大系統(tǒng)與玻璃計量管內(nèi)壁相連。這樣,每一個電脈沖便能顯示出離子通道的動態(tài),利用這種技術(shù),能夠記錄下通過單個離子通道相當(dāng)于一萬億分之一安培的極微小電流。這種技術(shù)能記錄一個單一的通道分子怎樣改變形狀,并且以怎樣的方式在幾百萬分之一秒的時間內(nèi)控制電流。
5.粒子誘發(fā)X射線發(fā)射顯微成像系統(tǒng)(micro-PIXE)
Micro-PIXE是通過能量色散譜儀協(xié)助的掃描電子顯微技術(shù)。這種方法可通過觀察60nm處的光學(xué)強(qiáng)度來衡量銫的生理效應(yīng)。當(dāng)向酵母培養(yǎng)基中加入1mmol?L-1的Cs+,通過micro-PIXE可看出Cs+在細(xì)胞內(nèi)正常平均分布,銫的光學(xué)密度增加,而細(xì)胞內(nèi)其他一些元素如P,K,Fe的光學(xué)強(qiáng)度同時降低,但Cs+的加入并未對酵母生長產(chǎn)生明顯的影響。實踐證明micro-PIXE是一種有效的檢測微生物中低濃度有害物的儀器,而且它還同時可檢測微生物生長過程的變化。
6.其他方法
除以上主要方法外,分析檢測方法還包括:放射性同位素示蹤劑法、熒光共振能量轉(zhuǎn)換技術(shù)(FRET)、核磁共振波譜法(NMR)、X射線熒光光譜分析(XRF)、原子熒光光譜法(AFS)等。
在堿金屬中,銫的熔點和沸點最低,蒸氣壓最高，密度最大，正電性最強(qiáng)，電離勢和電子逸出功最小。在光的作用下，銫會放出電子，金屬銫主要用于制造光電管、攝譜儀、閃爍計數(shù)器、無線電電子管外信號燈以及各種光學(xué)儀器和檢測儀器中。銫和其他堿金屬可形成低熔點的合金，用銫形成的人工銫離子云，可以進(jìn)行電磁波的傳播和反射。銫在多種有機(jī)、無機(jī)合成中用作助催化劑或催化劑。銫可用于制作銫原子鐘，1976年國際度量衡局規(guī)定一原子秒相當(dāng)于133銫原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的9192631770個周期的持續(xù)時間。70年代銫原子鐘的準(zhǔn)確度已經(jīng)達(dá)到500萬年誤差僅1s的水平。在銫離子熱電轉(zhuǎn)換器、銫離子發(fā)動機(jī)、磁流體發(fā)電系統(tǒng)以及超臨界蒸氣發(fā)電系統(tǒng)等新能源研究中均用到銫。
[1]吳建江.金屬銫的幾種制取方法[J].新疆有色金屬,2012,35(05):48-49.
[2]盧靖,王穎松,蔣育澄,胡滿成,李淑妮.金屬銫的生物化學(xué)研究進(jìn)展[J].稀有金屬,2006(05):682-687.
[3]馬寅光等.金屬銫真空蒸餾提純裝置的研制[J].真空與低溫,2008.14(2):99-103.