稀土光譜理論(稀土元素的基本性質)
1.稀土元素的基本性質
稀土元素是從稀少的礦物中發(fā)現(xiàn)的，人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土，所以稱之稀土。一般可以把稀土分為：輕稀土或鈰組稀土（鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪）；重稀土或釔組稀土（釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔）。根據(jù)稀土元素物理和化學性質（除鈧之外）可分為：輕稀土組（鑭、鈰、鐠、釹、钷）；中稀土組（釤、銪、釓、鋱、鏑）；重稀土組（鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔）。稀土離子發(fā)光的實質是未填滿的4f層電子躍遷而產(chǎn)生的，由于4f層電子被5s和5p電子層的電子所屏蔽，晶體場對譜線位置影響較小，所以晶體場中的能級類似于自由電子的能級，表現(xiàn)為分離能級。
物體發(fā)光是因為其把吸收的能量轉化為光輻射而產(chǎn)生的，實質就是能量的轉換，所以稀土具有無法比擬的發(fā)光特性，這又是因為其具有特殊的電子層結構，可以將吸收到的能量以光的形式而發(fā)出[9]，所以稀土元素具有非常強的光譜性質，其發(fā)光范圍幾乎覆蓋了整個固體發(fā)光的范疇。又因其具有豐富的電子能級，為不同的能級躍遷創(chuàng)造了條件，從而獲得了多種發(fā)光性能[10]。從發(fā)光的形式上物體發(fā)光現(xiàn)象可分為兩類：一是物質受到外界傳給的熱量，把熱能轉化為光能而發(fā)光；二是稀土元素原子中的電子受激發(fā)吸收能量而躍遷至激發(fā)態(tài)（非穩(wěn)定態(tài)）再返回到基態(tài)的過程中，以光的形式釋放能量。以稀土化合物為基質和以稀土元素為激活劑的發(fā)光材料多屬于后一類。
2.稀土材料的基本介紹
稀土就是化學元素周期表中鑭系元素—鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu），以及與鑭系的15個元素密切相關的兩個元素—鈧（Sc）和釔（Y）共17種元素，稱為稀土元素。
簡稱稀土。稀土元素又稱稀土金屬。
稀土金屬已廣泛應用于電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)等領域。 稀土元素在地殼中豐度并不稀少，只是分布極不均勻，主要集中在中國、美國、印度、俄羅斯、南非、澳大利亞、加拿大、埃及等幾個國家。
中國是世界稀土資源儲量最大的國家，主要稀土礦有白云鄂博稀土礦、山東微山稀土礦、冕寧稀土礦等等。目前全世界已探明的儲量為，按人均儲量計算， 稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬（如鈷、鐵等）組成的合金，用粉末冶金方法壓型燒結，經(jīng)磁場充磁后制得的一種磁性材料。
稀土永磁分釤鈷（SmCo）永磁體和釹鐵硼（NdFeB）系永磁體，其中SmCo磁體的磁能積在15~30MGOe之間，NdFeB系永磁體的磁能積在27~50MGOe之間，被稱為“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。釤鈷永磁體，盡管其磁性能優(yōu)異，但含有儲量稀少的稀土金屬釤和稀缺、昂貴的戰(zhàn)略金屬鈷，因此，它的發(fā)展受到了很大限制。
我國稀土永磁行業(yè)的發(fā)展始于上世紀60年代末，當時的主導產(chǎn)品是釤-鈷永磁，目前釤-鈷永磁體世界銷售量為630噸，我國為90.5噸（包括SmCo磁粉），主要用于軍工技術。隨著計算機、通訊等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，稀土永磁特別是NdFeB永磁產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。
稀土永磁材料是現(xiàn)在已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它比十九世紀使用的磁鋼的磁性能高100多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優(yōu)越得多，比昂貴的鉑鈷合金的磁性能還高一倍。由于稀土永磁材料的使用，不僅促進了永磁器件向小型化發(fā)展，提高了產(chǎn)品的性能，而且促使某些特殊器件的產(chǎn)生，所以稀土永磁材料一出現(xiàn)，立即引起各國的極大重視，發(fā)展極為迅速。
我國研制生產(chǎn)的各種稀土永磁材料的性能已接近或達到國際先進水平?，F(xiàn)在稀土永磁材料已成為電子技術通訊中的重要材料，用在人造衛(wèi)星，雷達等方面的行波管、環(huán)行器中以及微型電機、微型錄音機、航空儀器、電子手表、地震儀和其它一些電子儀器上。
目前稀土永磁應用已滲透到汽車、家用電器、電子儀表、核磁共振成像儀、音響設備、微特電機、移動電話等方面。在醫(yī)療方面，運用稀土永磁材料進行“磁穴療法”，使得療效大為提高，從而促進了“磁穴療法”的迅速推廣。
在應用稀土的各個領域中，稀土永磁材料是發(fā)展速度最快的一個。它不僅給稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的推動力，也對許多相關產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生相當深遠的影響。
磁性材料由于磁場的變化，其長度和體積都要發(fā)生微小的變化，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。其中長度的變化稱為線性磁致伸縮，體積的變化稱為體積磁致伸縮。
體積磁致伸縮比線性磁致伸縮要弱得多，一般提到磁致伸縮均指線性磁致伸縮。磁致伸縮效應是1842年由焦耳發(fā)現(xiàn)的，故又稱焦耳效應。
長期以來，作為磁致伸縮材料的主要是鎳、鐵等金屬或合金，由于磁致伸縮值較小，功率密度不高，故應用面較窄。主要用于聲納、超聲波發(fā)射等方面。
稀土超磁致伸縮材料是國外八十年代末新開發(fā)的新型功能材料。主要是指稀土-鐵系金屬間化合物。
這類材料具有比鐵、鎳等大得多的磁致伸縮值，其磁致伸縮系數(shù)比一般磁致伸縮材料高約102~103倍，因此被稱為大或超磁致伸縮材料。并且機械響應快、功率密度高，在所有商品材料中，稀土超磁致伸縮材料是在物理作用下應變值最高、能量最大的材料。
特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金（Terfenol-D）的研制成功，更是開辟了磁致伸縮材料的新時代，Terfenol-D是70年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料，該合金中有一半成份為鋱和鏑，有時加入鈥，其余為鐵，該合金由美國依阿華州阿姆斯實驗室首先研制成功，當Terfenol-D置于一個磁場中時，其尺寸的變化比一般磁性材料變化大，這種變化可以使一些精密機械運動得以實現(xiàn)。鋱鏑鐵開始主要用于聲納，目前已廣泛應用于多種領域，從燃料噴射系統(tǒng)、液體閥門控制、微定位到機械致動器、太空望遠鏡的調節(jié)機構和飛機機翼調節(jié)器等領域。
它具有比傳統(tǒng)的磁致伸縮材料和壓電陶瓷高幾十倍的伸縮性能。所以可廣泛用于聲納系統(tǒng)、大功率超大型超聲器件、精密控制系統(tǒng)、各種閥門、驅動器等，是一種具有廣闊發(fā)展前景的稀土功能材料。
這種材料的發(fā)展使電-機械轉換技術獲得突破性進展。對尖端技術、軍事技術的發(fā)展及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化產(chǎn)生了重要作用。
美國前沿技術（Edge Technologies）公司1989年開始生產(chǎn)稀土大磁致伸縮材料，其商品牌號為Terfenol-D，隨后瑞典Feredyn AB公司也生產(chǎn)、銷售稀土大磁致伸縮材料，產(chǎn)品牌號為Magmeg 86，近10多年來，日本、俄羅斯、英國和澳大利亞等也相繼研究開發(fā)出TbDyFe2型磁致伸縮材料，并有少量產(chǎn)品銷售。稀土磁伸材料主要用于制作大功率聲納，后者廣泛應用于水下通訊、制導、捕魚、油井及地質探測等。
其它應用。
3.原子結構碰撞與光譜理論
原子結構、碰撞與光譜理論 題名 正題名：原子結構、碰撞與光譜理論 并列題名：The 并列題名語言：eng 副題名及其它說明題名信息的漢語拼音：yuan zi jie gou、peng zhuang yu guang pu li lun 叢編題名：中國工程物理研究院科技叢書 責任者 第一責任說明：方泉玉， 顏君著 個人名稱：顏君 責任方式：著 個人名稱漢語拼音：yan jun 出版發(fā)行項 出版地：北京 出版者名稱：國防工業(yè)出版社 出版日期：2006 ISBN ISBN:7-118-03788-5 定價：CNY49。
00 載體形態(tài)項 數(shù)量及單位：28,490頁 尺寸或開本：21cm 附注 總集：中國工程物理研究院科技叢書 提要、文摘或全文 本書系統(tǒng)地闡述了原子結構理論和電子-原子理論；以統(tǒng)一方式給出了原子的哈密頓矩陣、輻射躍遷矩陣、碰撞躍遷矩陣，以及各種躍遷速率的表達式；并介紹了如何將它們應用到原子反應動理學方程，以此得到等離子體原子數(shù)密度分布，并進行光譜分析。 主題 學科名稱主題：原子物理學 中圖法分類 分類號：O562。
1 索取號：O562。1/F288。
4.稀土發(fā)光材料的發(fā)光原理是什么
在稀土功能材料的發(fā)展中，尤其以稀土發(fā)光材料格外引人注目。稀土因其特殊的電子層結構，而具有一般元素所無法比擬的光譜性質，稀土發(fā)光幾乎覆蓋了整個固體發(fā)光的范疇，只要談到發(fā)光，幾乎離不開稀土。稀土元素的原子具有未充滿的受到外界屏蔽的4f5d電子組態(tài)，因此有豐富的電子能級和長壽命激發(fā)態(tài)，能級躍遷通道多達20余萬個，可以產(chǎn)生多種多樣的輻射吸收和發(fā)射，構成廣泛的發(fā)光和激光材料。隨著稀土分離、提純技術的進步，以及相關技術的促進，稀土發(fā)光材料的研究和應用得到顯著發(fā)展。發(fā)光是稀土化合物光、電、磁三大功能中最突出的功能，受到人們極大的關注。就世界和美國24種稀土應用領域的消費分析結果來看，稀土發(fā)光材料的產(chǎn)值和價格均位于前列。中國的稀土應用研究中，發(fā)光材料占主要地位。
稀土化合物的發(fā)光是基于它們的4f電子在f-f組態(tài)之內或f-d組態(tài)之間的躍遷。具有未充滿的4f殼層的稀土原子或離子，其光譜大約有30 000條可觀察到的譜線，它們可以發(fā)射從紫外光、可見光到紅外光區(qū)的各種波長的電磁輻射。稀土離子豐富的能級和4f電子的躍遷特性，使稀土成為巨大的發(fā)光寶庫，從中可發(fā)掘出更多新型的發(fā)光材料。
稀土發(fā)光材料的應用會給光源帶來環(huán)保節(jié)能、色彩顯色性能好及長壽命的作用，有利于推動照明顯示領域產(chǎn)品的更新?lián)Q代。我國稀土發(fā)光材料行業(yè)緊跟國際稀土發(fā)光材料研發(fā)和應用的發(fā)展潮流，與下游產(chǎn)業(yè)之間建立了良好的市場互動機制，成為節(jié)能照明和電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中不可或缺的基礎材料。除上述領域外，稀土發(fā)光材料還被廣泛應用于促進植物生長、紫外消毒、醫(yī)療保健、夜光顯示和模擬自然光的全光譜光源等特種光源和器材的生產(chǎn)，應用領域不斷得到拓展。
5.稀土離子的紫外可見光譜和過渡元素有什么不同,請簡述一段話
配位體場吸收譜帶
過渡金屬離子與顯色劑（配位體）形成的絡合物，具有電荷轉移吸收譜帶和配位場吸收譜帶。配位場躍遷包括d-d*躍遷和f-f*躍遷。元素周斯表中第四、第五周期的過渡金屬元素分別含有3d、4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f、5f軌道。在不存在外電場的自由狀態(tài)下，這五個d軌道的能量是相等的，或者是簡并的。它們分別被稱為d(xy)、d(yz)、d(zx)、d(x2-y2)和d(z2)軌道。但是，當過渡金屬離子周圍有配位體的負電場存在時，就會產(chǎn)生配位場效應。按晶體場理論，在過渡元素絡合物中，金屬離子與配位體之間的結合完全依賴于純粹的靜電排斥或吸引作用。沒有電子的交換也就不形成共價鏈。金屬離子在其周圍配位體電場的作用下，原來能量相同的五個簡并d軌道發(fā)生了分裂。有的能量升高、有的能量降低。這種由于配位體的電場作用，而使中心離于d軌道能級分裂的效應稱為配位場效應。配位情況依據(jù)配位數(shù)和配位離子品種的不同，配位場可以取正四面體、正八面體、直線形、三角形、平面正方形、三角雙錐形、正方錐形、五角雙錐形等等幾何構型。各種不對稱配位體場引起的d軌道分裂的情況各不相同，分裂能也各不相同。于是這些元素五個能量相等的d軌道和七個能量相等的f軌道，受配體的作用被分裂成若干組能量不再相等的d組軌道或f組軌道。當它們的離子吸收光能時，分裂后低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷到分裂后高能態(tài)的d軌道或f軌道。這兩類躍遷分別稱為d-d躍遷（或d電子躍遷）和f-f躍遷（或f電子躍遷）。又因為這兩類躍遷必須在配位體場作用下才有產(chǎn)生的可能。故統(tǒng)稱為配位體場躍遷。
由于這種躍遷的兩個能級之間的能級差不大，產(chǎn)生吸收譜帶的波長處于較長波長段，甚至常發(fā)生在可見光區(qū)內。如[Ti(H2O)6]3+絡合離子，原先未絡合時的Ti3+ 離子的唯一一個d電子可以處于五個簡并d軌道中的任意一個軌道上?，F(xiàn)在絡合后，6個水同等地圍繞Ti3+ 離子形成正八面體配位場絡合物。選6個H2O分子所在的三個方向為X、Y、Z軸，根據(jù)電子云密度分析，中心離子的d(x2-y2)和d(z2)兩個軌道與H2O配位場的電子云分布處于同軸方向相頂?shù)臓顟B(tài)，受配位體H2O偶極分子負電荷的靜電作用，該兩個軌道能量升高。而d(xy)、d(yz)、d(zx)三個軌道正好插入幾個H2O配位體的空隙中間，這些軌道上的電子受到配位體靜電場相斥的作用較小，故而能量降低。能量高的一組兩個軌道合稱為eg軌道或dr 軌道，能量較低的一組三個軌道合稱為T2g軌道或dε軌道。d軌道的這兩組軌道之間的能量差稱為分裂能，對于過渡金屬Ti水合絡離子[Ti(H2O)6]3+來說，原先Ti3+離子的那個d電子在絡合后從T2g軌道躍遷到空的eg軌道，從而產(chǎn)生了490 nm吸收譜帶。圖中左側的強峰是絡合物[Ti(H2O)6]3+的電荷轉移躍遷吸收峰；經(jīng)解析認為它的?max 490 nm寬單峰就是由三重簡并能級躍遷到二重簡并能級而產(chǎn)生的吸收峰；配位體場吸收譜帶的?max值是由配位體場分裂能（△）決定的。這個分裂能經(jīng)換算后相當于△=E(eg)-E(T2g)= 58 Kcal / mol。
由d-d躍遷產(chǎn)生的實測UV譜數(shù)據(jù)提供了建立無機絡合物化學鍵現(xiàn)代理論所依據(jù)的大部分知識以及有關絡合物結構的信息。
f-f躍遷主要是指鑭系元素和錒系元素在絡合物中發(fā)生的配位場躍遷。f-f躍遷和d-d躍遷相同之處是同屬配位場躍遷，其吸收峰遠不如電荷轉移吸收峰強大，一般弱到ε鑭系錒系元素的UV譜峰可很好地被用于定性量分析。例如1 mol/L高氯酸溶液中的+3價離子絡合物的特征吸收峰λmax nm （ε） 如下：釹（Nd）354（ε10.9）；銪（Eu）394.2 （ε3.06）；鏑（Dy）350.4（ε2.54）,365 （ε2.10）；鈥（Ho）287（ε3.59）,361.1（ε2.34）；鉺（Er） 379.6（ε7.18）。又如，Nb-H2O2的λmax 380 nm;Ta-H2O2的λmax 260 nm。
6.稀土離子熒光光譜的類型有哪些
熒光可分為 3類：即共振熒光、非共振熒光和敏化熒光，其中以共振原子熒光最強，在分析中應用最廣。
共振熒光是所發(fā)射的熒光和吸收的輻射波長相同。只有當基態(tài)是單一態(tài)，不存在中間能級，才能產(chǎn)生共振熒光。
非共振熒光是激發(fā)態(tài)原子發(fā)射的熒光波長和吸收的輻射波長不相同。非共振熒光又可分為直躍線熒光、階躍線熒光和反斯托克斯熒光。
直躍線熒光是激發(fā)態(tài)原子由高能級躍遷到高于基態(tài)的亞穩(wěn)能級所產(chǎn)生的熒光。階躍線熒光是激發(fā)態(tài)原子先以非輻射方式去活化損失部分能量，回到較低的激發(fā)態(tài)，再以輻射方式去活化躍遷到基態(tài)所發(fā)射的熒光。
直躍線和階躍線熒光的波長都是比吸收輻射的波長要長。反斯托克斯熒光的特點是熒光波長比吸收光輻射的波長要短。
敏化原子熒光是激發(fā)態(tài)原子通過碰撞將激發(fā)能轉移給另一個原子使其激發(fā)，后者再以輻射方式去活化而發(fā)射的熒光。
7.ICP
◆ICP-OES是電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀 可同時分析常量和痕量組分，無需繁復的雙向觀測，還能同時讀出、無任何譜線缺失的全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀，快速、線性范圍寬等優(yōu)點。
◆ICP-AES是單道掃描光電直讀光譜儀 ICP-AES等離子體發(fā)射光譜儀是近三十年迅速發(fā)展的一種十分理想的痕量元素分析儀器。 它基于物質在高頻電磁場所形成的高溫等離子體中，有良好特征譜線發(fā)射，進而實現(xiàn)對不同元素的測定。
它具有檢出限極低、重現(xiàn)性好，分析元素多等顯著特點。附特殊裝置還可以實現(xiàn)更多非金屬元素的測量。
ICP-AES的應用領域 在稀土分析中，由于各稀土元素性質相似，不易分離富集，在分析過程中互相干擾。 使用ICP-AES光譜儀在稀土元素測定時，則表現(xiàn)得極為出色，在世界絕大多數(shù)稀土分離、稀土冶煉，釹鐵硼永磁制造等廠家均配備ICP-AES光譜儀。
在中國地質調查、勘探等部門也均配備了性能優(yōu)良的ICP-AES光譜儀。 在衛(wèi)生防疫、商檢、制藥、化工、冶金有色工業(yè)部門也配備了數(shù)量可觀的ICP-AES光譜儀。
近年來ICP-AES光譜儀的需求正呈高速增長態(tài)勢。 。
