下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
碘是元素周期表中第53号元素，是卤族元素中原子质量最大的元素，也是人体必需微量元素中原子质量最大的元素。碘的发现和历史上很多科学发现一样，是偶然和探索结合的产物。1811年，法国化学家Bernard Courtois，为协助拿破仑制造火药，从海藻灰中提炼硝酸钠，在一次提取过程中发现过量硫酸与海藻灰反应时会产生紫色气体，而这种紫色气体又可以迅速遇冷凝固成为黑色晶体。在化学家Gay-Lussac的帮助下，从这种紫色气体的结晶中鉴定并发现了新的元素——碘 [1] 。他们将它命名为“Iode”，是希腊语中紫色的意思。
已被发现的碘元素同位素有37种，自然界中同位素状态是 127 I ，其余放射性同位素状态除 129 I外，半衰期都很短，在医疗中有广泛应用。 123 I半衰期约13h，常作为影像学检查中碘造影剂 [2-3] ; 125 I半衰期约59d，用于临床检验、核医学成像和肿瘤的近距离放疗 [4] ; 131 I半衰期约8d, 131 I本身是核裂变碘常见产物，在核爆炸后的放射性尘埃中水平很高，能够在甲状腺中蓄积并破坏甲状腺细胞，这一特征被用以甲状腺核素成像和甲状腺功能亢进、甲状腺肿瘤的治疗。
碘元素可以表现出由-1到+7的多种氧化态，既可以形成无机物，又可以形成有机物，广泛存在于自然界中。并在大气圈、水圈、地质圈和生物圈形成“土壤-生物-空气-水体”循环（图6-1）。
图6-1 碘在大气圈、水圈、地质圈和生物圈的循环过程及质量分布
碘在海水中浓度最大，海水中可溶碘的浓度为0.4～0.5μmol/L，碘的主要存在形式是碘酸根离子（IO 3 - ）和碘离子（I - ），也有少量碘以有机碘的形式存在。IO 3 - 是海水碘的主要存在形式，海水中IO 3 - 的分布随海水深度和地理位置的不同而改变。海洋表面IO 3 - 浓度较低，在低纬度地区最低，达到0.22μmol/L。1000m深度以下海水IO 3 - 浓度增加，在500～2400m处达到最大，而在更深的区域，IO 3 - 浓度又下降至0.41～0.42μmol/L。与IO 3 - 相反，I - 在海洋表面浓度较高，可达到0.15μmol/L,200m以下则迅速降低至0.01μmol/L左右。
海水中的碘离子以I 2 、CH 3 I和CH 2 I 2 的形式蒸发进入大气层，通过降雨进入土壤和淡水水体，被植物吸收从而进入食物链。碘也可以在海洋中被海藻吸收而进入食物链。然而这种循环速度很慢，覆盖区域也有限，因此有很多土壤和饮用水中碘缺乏，尤其是山区（如阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉、安第斯山脉、阿特拉斯山脉、亚平宁山脉等）、泛洪地区（如恒河平原和印度东北部地区）和既往被冰川覆盖的地区很常见 [5] 。碘在乏氧环境中比在富氧环境中更易富集，流动性也更大。因此一般在洪水之后，固态土壤中的碘会进入液态土壤或水体，化学形式也发生改变。在富氧环境和乏氧环境交界区域，碘会大量富集，因此在泛洪区，比如我国黄河流域，在地理范围很小的区域内，可以同时出现高碘地区和缺碘地区，土壤和水体的碘含量差异很大。富氧环境不利于碘的富集，因此大多数植物的根不能很好地吸收碘，而根部耐受乏氧环境的植物，如水稻，吸收碘的能力则比较强。在富碘土壤中生长的作物碘含量水平也较高，相应的，碘缺乏地区农作物碘含量也较低，以此为食的人与动物也易发生碘缺乏。饮用水的水碘浓度主要取决于当地天然水的碘浓度，另外在饮用水处理过程中也会使碘浓度和形式发生变化。在自来水净化过程中总碘含量大约会降低8.5%，饮用水经臭氧化消毒后，可使碘离子转化为碘酸根离子 [6] 。
含碘丰富碘矿石比较稀有，碘酸钙矿石、碘铬钙石等具有一定提炼碘的经济学价值，但不适合大规模生产。碘在海水中浓度最大，约50μg/L，在棕色海藻中浓度尤其高，因此自18世纪以来便作为制碘的原料。随后发现生硝矿石在生产硝酸钠碘过程中，也能够产生相当于其质量0.02%～1%的碘酸钠，生硝矿石便被广泛应用于制碘业，逐渐代替了海藻制碘。智利也因拥有大量生硝矿石，成为生产碘的主要地区。20世纪末期，日本科学家发现卤水也可以作为制碘的原料后，也成为制碘的主要资源之一，拥有大量沼气田的美国和日本也成为制碘的主要地区。生产的碘元素约一半用于合成有机化合物，15%以碘分子（I 2 ）的形式存在，15%以碘离子尤其碘化钾形式存在，15%形成其他无机化合物。工业提纯碘可以用于合成工业反应的催化酶、燃料、制造食品添加剂、生产医药用品及医疗成像等。