Гадоли́ний (лат. Gadolinium), Gd — химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 64, атомная масса 157,25, относится к лантаноидам.
Содержание
История
Гадолиний открыт в 1880 году Жаном де Мариньяком, который спектроскопически доказал присутствие в смеси оксидов редкоземельных элементов нового элемента. Назван по имени финского химика Ю. Гадолина.
Нахождение в природе
Кларк гадолиния в земной коре (по Тэйлору) 8 г/т, содержание в воде океанов 2,4·10 −6 мг/л.
Месторождения
Получение
Гадолиний получают восстановлением фторида или хлорида гадолиния (GdF3, GdCl3) кальцием. Соединения гадолиния получают разделением оксидов редкоземельных металлов на фракции.
Изотопы
Физические свойства
Химические свойства
Применение
Магнитные носители информации
Ряд сплавов гадолиния и особенно сплав с кобальтом и железом позволяет создавать носители информации с колоссальной плотностью записи. Это обусловлено тем, что в этих сплавах образуются особые структуры — ЦМД — цилиндрические магнитные домены, причём размеры доменов менее 1 мкм, что позволяет создавать носители памяти для современной компьютерной техники с плотностью записи 1—9 миллиардов бит, что равно примерно 0,1—1 ГБ на 1 квадратный сантиметр площади носителя.
Контрастирование при МРТ
Лазерные материалы
Гадолиний применяется для выращивания методом Чохральского (вытягивание из расплава) монокристаллов гадолиний-галлиевого граната (ГГГ) и особенно гадолиний-галлий-скандиевого граната (ГСГГ), и др. Особые свойства ГСГГ позволяют на его основе изготавливать лазерные системы с предельно высоким КПД и сверхвысокими параметрами лазерного излучения. В принципе ГСГГ на сегодняшний день является первым в достаточной степени изученным и имеющим отработанную технологию производства лазерным материалом — обладающим высоким КПД преобразования и пригодным для создания лазерных систем для инерциального термоядерного синтеза. Ванадат гадолиния с ионами неодима и тулия применяется для производства твердотельных лазеров, применяемых для лучевой обработки металлов и камня, а также и в медицине.
Ядерная энергетика
В атомной технике гадолиний нашел применение для защиты от тепловых нейтронов, так как этот элемент обладает наивысшей способностью к захвату нейтронов из всех стабильных элементов. Его сечение равно 49000 барн. Но из всех изотопов гадолиния наивысшей способностью к захвату нейтронов обладает его изотоп гадолиний-157, сечение захвата 254000 барн.
В этой связи гадолиний очень интересен для управления ядерным реактором и для конструирования защиты от нейтронов. На основе окиси гадолиния изготавливаются эмали, керамика и краски используемые в атомной технике. Для регулирования атомного реактора применяется так же борат гадолиния. Растворимые соединения гадолиния могут быть использованы для стабилизации растворов, получаемых при переработке ТВЭЛов растворением в кислотах для последующего разделения. Стабилизирующее действие солей гадолиния проявляется в способности «глушить» ядерные реакции в таких растворах, и позволяет осуществлять ряд технологических операций, связанных с концентрированием таких растворов, а значит с уменьшением критического объема и образованием критических масс.
Оксид гадолиния используется для варки стекла, поглощающего тепловые нейтроны. Самый распространенный состав такого стекла: оксид бора-33 %,оксид кадмия-35 %, оксид гадолиния-32 %.
Получение сверхнизких температур
В небольшом объеме гадолиний применяется для получения сверхнизких температур в научных исследованиях, так например сульфат гадолиния при размагничивании вблизи к Абсолютному нулю температур позволяет снизить температуру до 0,0001 К. Наряду с сульфатом гадолиния для получения сверхнизких температур используют так же и хлорид гадолиния.
Сверхпроводники
В качестве одного из базовых компонентов, входит в состав сверхпроводящей керамики с общей формулой RE-123, где RE обозначает редкоземельные металлы. Полная формула высокотемпературной сверхпроводящей керамики на основе гадолиния — GdBa2Cu3O7-δ, сокращенно — GdBCO. Температура сверхпроводящего перехода около 94 К. Является одним из наиболее передовых ВТСП-материалов.
Производство катодов электронных пушек
Гексаборид гадолиния применяется для изготовления катодов мощных электронных пушек и рентгеновских установок, ввиду самой маленькой работы выхода из всех боридов редких земель, и его работа в 2,05 эВ сравнима с работой выхода щелочных металлов (калий, рубидий, цезий).
Ультрафиолетовый лазер
Использование ионов гадолиния для возбуждения лазерного излучения позволяет создать лазер работающий в ближнем ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 0,31 мк (310нм).
Производство металлогидридов для хранения водорода
Сплав гадолиний-железо применяется как очень емкий аккумулятор водорода, и может быть применен для водородного автомобиля.
Использование гадолиния в медицине
Гадолиний-153 используется в качестве источника излучения в медицине для диагностики остеопороза. Хлорид гадолиния применяется для блокады клеток Купфера при лечении печени.
Хранение радиоактивных отходов
Сплав гадолиния и никеля применяется для изготовления контейнеров для захоронения радиоактивных отходов.
Гигантский магнетокалорический эффект
Сплав гадолиния, германия, кремния и небольшого количества железа (1 %) применяется для производства магнитных холодильников (на основе гигантского магнетокалорического эффекта). Чистый гадолиний имеет максимальное значение магнетокалорического эффекта в точке Кюри(
290 K) порядка 4.9 К при адиабатическом намагничивании полем 20 кЭ (по данным кафедры магнетизма ТвГУ).
Также особый интерес в последние годы привлекает к себе сплав гадолиний — тербий (монокристаллический) для производства магнитных холодильников.
Термоэлектрические материалы
Теллурид гадолиния может работать в мощном потоке нейтронов как очень хороший термоэлектрический материал (термо-э.д.с 220—250 мкВ/К). Селенид гадолиния имеет отличные термоэлектрические свойства и весьма перспективный и применяемый материал в производстве радиоизотопных источников энергии.
Легирование титановых сплавов
Некоторое количество гадолиния постоянно расходуется для производства специальных титановых сплавов (повышает предел прочности и текучести при легировании уже около 5 % гадолинием).
Радиоизотопные источники энергии
Гадолиний-148, испытывающий альфа-распад (период полураспада 93 года), является безопасным и в то же время исключительно мощным источником тепла для радиоизотопных термоэлектрогенераторов.
Биологическая роль
См. также
Ссылки
Примечания
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1
H
He
2
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6
Cs
Ba
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
7
Fr
Ra
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Uut
Fl
Uup
Lv
Uus
Uuo
Щелочные металлы
Щёлочноземельные металлы
Лантаноиды
Актиноиды
Переходные металлы
Другие металлы
Металлоиды
Другие неметаллы
Галогены
Инертные газы
Электрохимический ряд активности металлов
Полезное
Смотреть что такое «Гадолиний» в других словарях:
ГАДОЛИНИЙ — (Gadolinium), Gd, химическая элемент III группы периодической системы, атомный номер 64, атомная масса 157,25; относится к редкоземельным элементам; металл. Гадолиний открыт французским химиком П. Лекоком де Буабодраном в 1886 … Современная энциклопедия
Гадолиний — (Gadolinium), Gd, химическая элемент III группы периодической системы, атомный номер 64, атомная масса 157,25; относится к редкоземельным элементам; металл. Гадолиний открыт французским химиком П. Лекоком де Буабодраном в 1886. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ГАДОЛИНИЙ — (символ Gd), серебристо белый металлический элемент ряда ЛАНТАНОИДОВ, впервые выделенный в форме оксида в 1880 г. Основными рудами являются гадолинит, монацит и бастнезит. Ковкий и вязкий металл; область его применения связана с присущим ему… … Научно-технический энциклопедический словарь
Гадолиний — Gd (Gadolinium, от имени фин. химика Ю. Гадолина, J. Gadolin * a. gadolinium; н. Gadolinium; ф. gadolinium; и. gadolinio), хим. элемент III группы периодич. системы элементов Mенделеева, ат. н. 64, ат. м. 157,25; относится к… … Геологическая энциклопедия
гадолиний — сущ., кол во синонимов: 3 • лантаноид (15) • металл (86) • элемент (159) Словарь синонимов ASIS … Словарь синонимов
гадолиний — Gd Элемент III группы периодической системы; ат. н. 64, ат. м. 157,25; металл светло серого цвета с металлич. блеском. Открыт в 1880 г. швед, химиком Ж. Мариньяком и франц. химиком П. Э. Лекоком де Буабодраном. Металлич. Gd впервые получил в 1937 … Справочник технического переводчика
Гадолиний — (лат. Gadolinium), химический элемент III группы периодической системы, относится к лантаноидам. Назван по имени финского химика Ю. Гадолина. Металл, плотность 7,895 г/см3, tпл1312ºC. Ферромагнетик (ниже 19ºC). Компонент магнитных сплавов,… … Энциклопедический словарь
ГАДОЛИНИЙ — (лат. Gadolinium), хим. элемент III гр. периодич. системы, относится к лантаноидам. Назван по имени фин. химика Ю. Гадолина. Металл, плотн. 7,895 г/см3, tпл 1312 оС. Ферромагнетик (ниже 19 °С). Компонент магн. сплавов, синтетич. гранатов;… … Естествознание. Энциклопедический словарь
МРТ с контрастным усилением входит в диагностический арсенал врачей с 1980-х годов. Первое сообщение об открытии явления магнитного резонанса произошло в сороковые годы прошлого века. Но до того, как впервые были получены изображения, основанные на ядерно-магнитном резонансе, прошло почти тридцать лет. Только в 1974 году был выдан первый патент на устройство и методику получения МРТ изображений. Первый МРТ аппарат был создан в 1977 году, а процесс активного внедрения в клиническую практику метода магнитно-резонансной томографии занял 30 лет.
Параллельно с конца 70-х годов уже разрабатывалась концепция влияние ионов парамагнитных веществ на время релаксации протонов при МРТ тканей. 1982 году было сделано первое экспериментальное исследование о возможном использовании ионов различных металлов и неметаллов в качестве агентов для МРТ контраста. Годом позже начались клинические испытания первого контрастного препарата на основе гадолиния. С 1988 года он был введен в активную клиническую практику.
Из чего состоит контраст для МРТ?
На сегодняшний день в медицинских клиниках Санкт-Петербурга применяют следующие контрастные составы на базе гадолиния: MultiHance, Magnevist, Dotarem, ProHance, Primovist, Omniscan, Gadovist, Optimark. Среди них существует своя классификация.
Все контрастирующие вещества в МР-томографии делятся по своей структуре молекулы на линейные и макроциклические. Это имеет значение при оценке безопасности этого препарата для конкретных пациентов, входящих и не входящих в группы риска.
При введении в организм человека контрастные вещества делятся по своей локализации на внеклеточные и тканеспецифические. Тканеспецифическим препаратом, который используется при МРТ печени (гепатоспецифическим), является Primovist, MultiHance.
Контрастные средства также отличаются по концентрации гадолиния. Почти все составы содержат 0,5 моль гадолиния. Gadovist имеет концентрацию гадолиния 1 моль.
Кроме того, красящие вещества для МРТ классифицируют на неионные (Gadovist, ProHance, Ominscan, Optimak) и ионные ( Magnevist, Primovist, Dotarema, MultiHance).
Все эти параметры определяют следующее: для какого исследования, в какой дозе и как будет вводится контрастирующее вещество, а также проводится оценка потенциального вреда на почки и печень при введении контрастного усиления.
Вид исследования
Цена
МРТ головного мозга с контрастом
от 5000 руб.
МРТ гипофиза с контрастом
от 5000 руб.
МРТ одного позвоночника с контрастом
от 5000 руб.
МРТ одного сустава с контрастом
от 5300 руб.
МРТ внутренних органов с контрастом
от 5800 руб.
Стоимость введения контрастного вещества
от 3000 руб.
Современные тенденции применения контраста при МРТ
Современный подход в области проведения МРТ с контрастом можно суммировать так: чем меньше врачи вливают в человека чужеродных красящих веществ, тем лучшее для его здоровья. Поэтому производители МРТ аппаратуры активно разрабатывают новые бесконтрастные технологии, как например, диффузионно-взвешенная МРТ.
Новые способы обработки МР сигнала существенно ускоряют процесс сбора данных, что позволяет делать томографию органов с активным движением: МР-колоноскопию, МРТ сердца, МРТ коронарных сосудов. Происходит снижение дозы контрастного вещества за счет увеличения чувствительности установки.
В области МРТ онкопоиска проходят исследования по маркировке опухолей с помощью моноклональных антител, связанных с сверхпарамагнитными наночастицами, которыми будет возможно маркировать злокачественные опухоли и в дальнейшем проводить точную навигацию для прицельной биопсии пораженных участков. Совершенствуются методики прогнозирования ответа опухолевой ткани на лечение на основе оценки особенностей перфузии раковой ткани по данным МРТ исследования.
Вреден ли контраст?
Применение контрастного вещества добавляет несколько дополнительных ограничений. МРТ с контрастом не проводят, если:
Контраст при МРТ беременным применяется в крайне редких случаях по жизненным показаниям, поскольку у ученых нет 100% данных о том, как контрастный состав влияет на развитие плода.
Введение контрастного усиления безусловно оказывает дополнительную нагрузку на печень и почки, которые должны вывести препарат из организма в течение 24-36 часов. Если пациент страдает сильной формой почечной недостаточности, контраст может спровоцировать системный нефросклероз. Причина его возникновения связана с нестабильностью молекул гадолиния, которые могут вызвать ускорение гибели тканей почек. Людям с больными почками перед томографической процедурой необходимо сдать анализы на креатинин. Если его показатели выходят за рамки нормы, то больному проведут либо бесконтрастную томографию, либо сделают МРТ с контрастом с последующем гемодиализом.
Кормление грудью не станет противопоказанием к томографии с контрастирующем веществом. Просто кормящей маме необходимо будет сцедить молоко до диагностики и возобновить кормление через 36 часов по окончании сканирования.
Побочные эффекты контрастного препарата
Риска для здоровых людей при контрастировании почти не существует. Крайне редко контрастный препарат вызывает аллергическую реакцию (0,2% пациентов) и такие побочные действия, как тошнота, онемения, анафилактические реакции. Если у пациента есть аллергия на один из компонентов контраста, а он об этом не знал, то может немного кружиться голова, на теле появятся покраснения, отёки, но они быстро проходят без дополнительного медикаментозного воздействия.
Когда заканчивается процедура МРТ, рабочий стол с пациентом выдвигается из камеры и человека перекладывают на носилки или каталку. При сравнительно хорошем состоянии здоровья исследуемый может передвигаться самостоятельно, переодеваться и выполнять другие необходимые действия. Инвалида-колясочника усаживают в коляску обычно за пределами кабинета МРТ, где находится томограф. Иначе при случайном включении открытого аппарата возможны тяжелые последствия, связанные с магнитным полем, воздействующим на металлический объект (коляску).
Описываются случаи, когда находящуюся на расстоянии нескольких метров стальную коляску буквально втягивало внутрь камеры, с причинением тяжелых травм пациенту. Алюминий не обладает ферромагнитными свойствами, как металлы из группы железа, но отдельные детали алюминиевой коляски могут оказаться сделанными из ферромагнетиков. На этот нюанс МРТ следует обратить пристальное внимание.
Проблемы со здоровьем после проведения МРТ
Некоторые люди испытывают легкие расстройства здоровья после МРТ. Если состояние ухудшается еще во время нахождения внутри аппарата, пациент может нажать тревожную кнопку и обследование будет срочно прекращено. При успешном завершении процедуры какое-то время исследуемый находится в другом кабинете под наблюдением медиков.
Проявившиеся неблагоприятные последствия лечатся на месте или со срочной доставкой в терапевтическое отделение. В нашей клинике можно рассчитывать на квалифицированную помощь врача и сестринского персонала. Только убедившись в удовлетворительном состоянии пациента, сотрудники прекращают наблюдение и отпускают домой. При этом не запрещается водить автомобиль, хотя от выполнения ответственной работы желательно воздержаться до следующего дня.
Основные неприятные ощущения на МРТ сводятся к следующим:
Сам сеанс МРТ безвреден при правильном учете показаний и противопоказаний. Но иногда на самочувствии неблагоприятно сказываются такие факторы, как длительное нахождение в вынужденной позе, изоляция от окружающего мира. Наибольшие побочные эффекты наблюдаются у лиц с нервными нарушениями и нестабильной психикой. Клаустрофобия (боязнь замкнутых пространств) требует особенно бережного отношения к пациенту.
При наличии болезней позвоночника, свежих травм мягких тканей или недавних переломов, человек способен безболезненно находиться не во всякой позе. При поступлении на обследование индивидуально решается вопрос, какую позу придать телу перед помещением в аппарат, и возможно ли вообще провести МРТ.
Категорически нельзя проводить магнитно резонансную томографию при наличии в организме феррометаллических или электронных элементов: кардиостимуляторов, кохлеарных имплантов, протезов, осколков, спиц вытяжения. Таких пациентов не допускают к процедуре. Если незадолго перед обследованием вводились металлсодержащие препараты со взвесями или ионами ферроматнетиков, опасность не столь велика. Но бывает ухудшение общего самочувствия, также местные неприятные ощущения.
Последствия контрастирования
МРТ с контрастом оказывает дополнительное влияние на организм. У некоторых людей введение контрастного вещества вызывает аллергические реакции. Поэтому диагност перед подготовкой к проведению МРТ выясняет, были ли проявления гиперчувствительности на аналогичные препараты. При контрастировании в первый раз препарат вводят не сразу, а с проведением кожных проб, или сперва малое количество внутрисосудисто.
Поэтому проведение исследований безопасно, к тому же больному дают антигистаминные средства, снимающие аллергизацию. Используемые при обследовании контрасты различаются составом. Чтобы явление ядерно магнитного резонанса было более эффективным, в состав вводится йод и другие химические элементы. При аллергических реакциях на йодистые соединения в прошлом об этом необходимо предупредить врача. Тогда процедура МРТ будет безопасна и безболезненна.
Поскольку контраст зачастую выводится из организма через почки, возможно изменение окраски мочи. Этого не нужно пугаться, по окончании процесса выведения моча приобретает обычный цвет. То же касается окраски каловых масс.
На протяжении первых двух суток, если проводилась контрастная МРТ, нельзя употреблять алкогольные напитки. Контрастирование создает дополнительную нагрузку на выделительные системы тканей и органов. Особенно на печень и почки, очищающие организм человека от большинства ненужных субстанций. Сочетание с алкоголем замедляет очищение, вызывает нежелательные побочные эффекты со стороны внутренних органов.
Когда основные выделительные органы не справляются одновременно с выведением контраста и продуктов расщепления алкоголя, наступает поражение головного мозга. Человек чувствует головную боль, выражена слабость, бывает выраженное головокружение. Нередко поднимается артериальное давление, могут быть болезненные ощущения в брюшной полости (по ходу пищеварительного тракта).
При тяжелой почечной или печеночной недостаточности запрещается выполнение МРТ с контрастированием. С таким противопоказанием делают только неконтрастную процедуру. Наличие сопутствующих заболеваний выявляется лечащим врачом, и на процедуру МРТ диагностики направляются лишь пациенты, не имеющие противопоказаний. Чтобы избежать врачебных ошибок, советуем выбрать лечащего доктора из числа специалистов нашей клиники.
Следует помнить, что скорость вывода контраста из организма зависит от возраста и хронических патологий. У молодых и относительно здоровых людей контраст выводится быстрее. Пожилым, и особенно страдающим хроническими заболеваниями необходимо воздерживаться от спиртного большее время, 3-4 суток. Чтобы посторонние вещества выделялись скорее, желательно увеличить суточный объем выпиваемой жидкости хотя бы до двух литров.
Психологические и неврологические эффекты
Хотя резонансное сканирование в целом физически безвредный метод, случаются осложнения, связанные с психикой. У психически чувствительных лиц возникают такие проблемы, как необъяснимое затруднение дыхания, сердцебиение, обильное выделение пота.
Необходимость долго лежать в вынужденной неподвижной позе ведет к нарушениям кровообращения. В частности, изменение кровообращения в шейных сосудах ведет к таким проявлениям, как шум или звон в ушах, головокружение, тошнота (раздражение улитки и вестибулярного аппарата). Насколько допустимо дальнейшее присутствие на МРТ, пациент решает самостоятельно, ориентируясь на выраженность и переносимость симптомов.
Поскольку физические воздействия обычно являются незначительными, основную проблему представляют психические нарушения, то важна роль правильной подготовки к исследованию и выводу из процедуры. Перед тем, как начать работу, медицинский персонал успокаивает пациента, разъясняет безопасность МРТ. Завершив обследование, отвечает на вопросы, стараясь, чтобы прошедшие ощущения воспринимались адекватно, в позитивном ключе.
Электрохимический ряд активности металлов
