Тулий – наименее распространенный из всех природных редкоземельных элементов, настоящая «редкость среди редких». Его исключительная малораспространенность в земной коре долгое время делала его лишь объектом научного интереса. Однако уникальные свойства этого элемента нашли применение в высокоспециализированных областях – от портативных рентгеновских аппаратов до лазеров с уникальными характеристиками. Как и другие редкоземельные элементы, тулий начинает привлекать внимание экологов в связи с его потенциальной способностью накапливаться в окружающей среде, включая водные ресурсы.

Тулий (Tm) – тяжелый редкоземельный металл, самый редкий из всех природных лантаноидов. Его концентрация в земной коре примерно в 100 раз меньше, чем у золота. В природе он встречается в следовых количествах в составе минералов монацита, эвксенита и ксенотима, всегда в смеси с другими редкоземельными элементами.

Уникальные области применения, определяющие его техногенный цикл:
1.       Медицинская диагностика и терапия:
o    Портативные рентгеновские аппараты: радиоактивный изотоп тулий-170 (период полураспада 128,6 дней) используется в качестве компактного источника рентгеновского излучения для мобильных медицинских установок и дефектоскопов.
o    Лазерная хирургия: Тулий-допированные лазеры (Tm:YAG), излучающие на длине волны около 2 мкм, эффективно используются в урологии для дробления камней и абляции тканей, а также в дерматологии.
2.       Специальная оптика и электроника:
o    Люминофоры: ионы тулия (Tm³⁺) используются для создания синего свечения в люминофорах для рентгеновских экранов и некоторых типах светодиодов.
o    Волоконные усилители: применяется в легированных тулием оптических волокнах для усилителей в телекоммуникационных системах.
o    Высокотермостойкие керамики: оксид тулия используется для создания специальных керамических материалов с высокой температурной стабильностью.

Источники поступления тулия в водные ресурсы
Естественный фон тулия в воде ничтожно мал. Его появление в значимых концентрациях – почти стопроцентный индикатор антропогенной деятельности, связанной с высокими технологиями.
1.       Производство и утилизация медицинского оборудования:
- изготовление и списание портативных рентгеновских аппаратов, содержащих тулий-170.
- использование и утилизация лазерных медицинских систем с тулиевыми компонентами.
2.       Промышленные стоки высокотехнологичных производств:
- заводы по производству специальной оптики, электроники и лазерной техники.
- предприятия, занимающиеся переработкой редкоземельных элементов.
3.       Научно-исследовательская деятельность:
- лаборатории, работающие с редкоземельными элементами и их соединениями.
- ядерные исследовательские центры, где получают и используют радиоактивные изотопы тулия.
4.       Добыча и переработка редкоземельных металлов:
- гидрометаллургические процессы разделения редкоземельных элементов, где тулий является минорным, но ценным компонентом.
- аварии и утечки на производствах, связанных с переработкой редкоземельных руд.
 
Прямое негативное влияние тулия на здоровье человека
Токсикология тулия при пероральном поступлении изучена крайне ограничено из-за его редкости и дороговизны. Большинство данных экстраполировано с других редкоземельных элементов и получено в исследованиях на животных.
1. Кинетика в организме и биораспределение:
- всасывание соединений тулия в желудочно-кишечном тракте составляет менее 0,1-0,5% от поступившей дозы.
- основными органами-мишенями являются:
Печень – основной орган депонирования
Кости – долговременное накопление в костной ткани
Селезенка и почки – вторичные органы накопления
- период полувыведения из организма может составлять несколько лет, что создает риск долгосрочной кумуляции.
2. Цитотоксические механизмы:
Оксидативный стресс: ионы тулия (Tm³⁺) способны катализировать образование реактивных форм кислорода через Фентон-подобные реакции, приводя к:
- пероксидации липидов клеточных мембран
- окислительной модификации белков и ферментов
- повреждению митохондрий и нарушению клеточного дыхания
Нарушение кальциевого гомеостаза: конкуренция с ионами кальция за связывание с биологическими лигандами.
Денатурация белков: прямое взаимодействие с сульфгидрильными и карбоксильными группами белков.
3. Органоспецифическая токсичность:
Печень: жировая дистрофия гепатоцитов, очаговые некрозы, повышение активности печеночных трансаминаз.
Костная ткань: нарушение процессов минерализации, потенциальный риск развития остеопороза.
Почки: дистрофические изменения эпителия почечных канальцев, нарушение концентрационной функции.
Репродуктивная система: ограниченные данные указывают на потенциальную гонадотоксичность.
4. Особенности радиоактивного тулия-170:
- при использовании в медицинских целях требует строгого радиационного контроля
- потенциальный риск внутреннего облучения при попадании в организм
- необходимость специальных мер защиты при работе с источниками
 
Предельно допустимые концентрации (ПДК) тулия в воде
Как и для большинства редкоземельных элементов, для тулия не установлены официальные нормативы содержания в питьевой воде.
Международный статус нормативного регулирования:
СанПиН 1.2.3685-21 (Россия): ПДК не установлена
Директива ВОЗ по качеству питьевой воды: норматив отсутствует
US EPA (США): не включен в список регулируемых загрязнителей
Нормативы ЕС: ее регламентируется

Причины отсутствия нормативов:
1.     Чрезвычайно низкая распространенность в окружающей среде
2.     Ограниченность токсикологических данных
3.     Отсутствие документально подтвержденных случаев отравления
4.     Технические сложности анализа ультранизких концентраций
 
Методы определения тулия в воде
1. Современные инструментальные методы:
Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS):
- предел обнаружения: 0,01-0,1 нг/л
- селективность: очень высокая
- возможность одновременного определения всех редкоземельных элементов
- требует высококвалифицированного персонала
Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-OES):
- предел обнаружения: 0,1-1 мкг/л
- подходит для анализа проб с повышенным содержанием
- относительно доступен для рутинного анализа
2. Специализированные методы:
Нейтронно-активационный анализ (НАА):
- высокая чувствительность для определения следовых количеств
- требует ядерного реактора
- дорогостоящий и малодоступный метод
Ионная хроматография с ICP-MS детектированием:
- позволяет определять химические формы тулия
- высокая селективность и чувствительность
3. Пробоподготовка:
- предварительное концентрирование на ионообменных смолах
-микроэкстракционные
 - методы устранение матричных эффектов
 
О чем говорит обнаружение тулия в воде?
1. Маркер высокоспецифичного техногенного загрязнения:
- указывает на наличие в водосборном бассейне предприятий высоких технологий
- может служить индикатором неэффективности систем очистки промышленных стоков
2. Потенциальные риски для здоровья:
- длительное потребление может привести к кумуляции элемента в организме
- особую осторожность следует проявлять лицам с нарушениями функции печени и почек
3. Необходимость дополнительных исследований:
- при обнаружении тулия требуется анализ на другие редкоземельные элементы
- целесообразна оценка общей токсикологической нагрузки
- рекомендуется радиологический контроль при подозрении на наличие радиоактивных изотопов
4. Экологическое значение:
- может использоваться как индикатор антропогенного воздействия на водные экосистемы
- свидетельствует о необходимости усиления контроля за обращением с редкоземельными элементами
 
Тулий представляет собой уникальный пример «ультраредкого» загрязнителя, чья потенциальная опасность еще недостаточно изучена. Несмотря на исключительно низкие природные концентрации, его способность к биоаккумуляции и отсутствие данных о хронических эффектах требуют внимательного отношения к этому элементу.

Отсутствие установленных нормативов не должно становиться причиной для игнорирования потенциальных рисков. Обнаружение тулия в воде должно рассматриваться как сигнал о наличии специфического техногенного воздействия и необходимости проведения более детальных исследований.
 
Для обеспечения безопасности водных ресурсов рекомендуется:
1.     Разработка высокочувствительных методов анализа
2.     Проведение мониторинговых исследований в регионах с развитой высокотехнологичной промышленностью
3.     Изучение токсикокинетики и механизмов действия тулия на организм
4.     Создание системы нормирования на основе научно обоснованных данных

Дальнейшие исследования должны быть направлены на установление реальных уровней воздействия тулия на население и оценку потенциальных рисков для здоровья в условиях возрастающего использования редкоземельных элементов в современных технологиях.

Эффективные методы очистки воды:
- системы обратного осмоса
- ионообменные фильтры
- дистилляция воды
- специальные сорбционные материалы