高純稀土氧化物中其他稀土元素分析

宋麗平

（江西省鎢與稀土產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江西 贛州 341000）

稀土作為一種珍貴的戰(zhàn)略金屬資源，具有其他材料無(wú)法代替、優(yōu)異的光、磁、電性能，在各項(xiàng)材料及產(chǎn)品的應(yīng)用中能有效改善材料及產(chǎn)品性能，增加產(chǎn)品品種。由于稀土作用大、用量少，已經(jīng)成為了用于改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高科技質(zhì)量的重要元素，被廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷、農(nóng)業(yè)、軍事、冶金等多個(gè)領(lǐng)域。隨著發(fā)光材料、陶瓷材料、磁性材料、電子陶瓷、光功能晶體、以及高純稀土鍍膜材料等高端應(yīng)用，高性能、高純度和開(kāi)拓新應(yīng)用是稀土材料發(fā)展趨勢(shì)目標(biāo)。高純稀土需求量的增加，成為相關(guān)領(lǐng)域極具研究?jī)r(jià)值的新技術(shù)。隨著工業(yè)與科技的發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)儀器的不斷進(jìn)步，稀土相關(guān)檢測(cè)要求也在不斷提高。高純稀土檢測(cè)中對(duì)其他稀土元素檢測(cè)方法靈敏度要求較高，檢測(cè)較為困難。以往高純稀土檢測(cè)采用固體樣品發(fā)射光譜儀，隨著ICP-AES分析靈敏度的提升，其精密度、線性范圍以及檢測(cè)元素能力等都得到了提升。由于稀土元素中光譜線較為豐富，檢測(cè)過(guò)程受光譜干擾較為嚴(yán)重，在大量復(fù)雜基體存在情況下，由于高純稀土直接測(cè)定時(shí)存在基體干擾和雜質(zhì)含量太低的影響，因此通過(guò)分析高純稀土氧化物質(zhì)荷比，利用ICP-MS法測(cè)定高純稀土中微量稀土雜質(zhì)方法，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)，選擇合適分離條件，在優(yōu)化儀器測(cè)定條件下，使稀土雜質(zhì)檢測(cè)限度為1×10-8%～5×10-7%，雖能夠滿足稀土檢測(cè)需求，但對(duì)于更加精細(xì)檢測(cè)仍需尋找其他解決方法。而高純稀土中不僅需要對(duì)非稀土雜質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，同樣需要對(duì)高純稀土中其他共存稀土元素作出檢測(cè)。由于稀土中元素間化學(xué)性質(zhì)十分相似，分離檢測(cè)非常復(fù)雜。而高純稀土分析檢測(cè)技術(shù)作為高純稀土生產(chǎn)與應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)高純稀土氧化物中其他稀土元素分析，從而進(jìn)一步滿足高純稀土生產(chǎn)需求，為今后稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定幫助[1]。

1 實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)高純稀土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，需要滿足稀土純度高于99.99%的稀土金屬或化合物，而目前稀土生產(chǎn)技術(shù)多采用萃取分離方法來(lái)獲得高純稀土氧化物。由于稀土獲得主要同稀土鹽融解電解，因此稀土金屬純度遠(yuǎn)低于其他氧化物。由于稀土元素之間化學(xué)性質(zhì)十分相似，對(duì)稀土氧化物中其他稀土元素采用化學(xué)分析法檢測(cè)十分困難，目前現(xiàn)有分光光度法、EDTA滴定法以及稀土草酸鹽沉淀重量法，主要應(yīng)用在稀土總量測(cè)定上，儀器分析法是目前測(cè)定單一稀土元素的最有效的方法，因此實(shí)驗(yàn)采用7500a型ICP-MS儀器（Model Agilent 7500a，Hewlett- Packard），其實(shí)驗(yàn)操作參數(shù)，如表1所示：

表1 實(shí)驗(yàn)操作參數(shù)

2 測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)中，取50.00 mg高純氧化Nd置于燒杯中，加入5 mL（1+1）（v/v）HNO3，并進(jìn)行低溫溶解。其冷卻后轉(zhuǎn)入容量瓶中。將稀土氧化物配制的稀土元素儲(chǔ)備液（1 g·L-1），稀釋為濃度為100 mg·L-1、20 mg·L-1、10 mg·L-1、1 mg·L-1的測(cè)試溶液各一份，用以研究元素氧化物生產(chǎn)效果，用以分析各種稀土氧化物的不同稀土元素產(chǎn)生效果。實(shí)驗(yàn)采用熔融制樣法，對(duì)樣品重復(fù)制備10次樣片，按照測(cè)定條件對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)定后，再對(duì)其中一個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定10次，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果[2]。

根據(jù)測(cè)定條件與測(cè)定時(shí)間限制，計(jì)算樣本中各元素平均含量，以三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法檢出限。設(shè)其置信度為95%，其檢出限計(jì)算為：

其中，m 為1μg/g含量的計(jì)數(shù)率；Ib為背景計(jì)數(shù)率；tb為背景測(cè)試時(shí)間。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同載氣流速條件下元素分析

實(shí)驗(yàn)條件下，不同載氣流速條件下各元素生成情況，如圖1所示：

圖1 不同載氣流速條件下稀土元素分析

在載氣流速控制從0.9 L·min-1至1.2 L·min-1范圍變化時(shí)，高純稀土中La、Ce、Nd、Eu、Tm、Yb未發(fā)生明顯變化，并且保持在一定低水平。但當(dāng)載氣流速超過(guò)1.2 L·min-1時(shí)，LaO+/La+、CeO+/Ce+以及NdO+/Nd+的比值出現(xiàn)急劇上升的情況。但在這一變化過(guò)程中，Eu、Tm和Yb的比值變化相對(duì)較小。因此，其他元素測(cè)定在較低的載氣流量條件下進(jìn)行，才能獲得穩(wěn)定的REO+/RE+比。如果載氣流速過(guò)高時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入ICP中的氣溶膠的數(shù)量急劇增大，當(dāng)其超出ICP光源承受能力時(shí)，REO+/RE+比值大幅度增加。而不同載氣流速各元素中，EuO、TmO以及YbO受影響不大。

3.2 高純稀土氧化物元素分析

在實(shí)驗(yàn)中保證各類氧化物保持水平較低且比較穩(wěn)定條件下，對(duì)因基體引起的質(zhì)譜干擾進(jìn)行校正后，分析高純稀土氧化物中各元素物質(zhì)，如表2所示：

表2 高純稀土氧化物中各類稀土元素分析結(jié)果

3.3 高純稀土氧化物中干擾分析

在實(shí)驗(yàn)條件下，分析高純稀土氧化物中其可能被其他元素干擾情況，如表3所示：

表3 高純稀土氧化物中干擾分析

實(shí)驗(yàn)中可以看出，165Ho受到干擾較小，而159Tb干擾較大，不同元素對(duì)稀土氧化物干擾情況也不同。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以看出，在不同載體流速實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)載體流速達(dá)到一定閾值時(shí)，高純稀土氧化物與其他稀土元素比值會(huì)出現(xiàn)急劇上升情況?？梢詳喽?，不同載氣流體下高純稀土氧化物及其他氧化物含量不同。為此，實(shí)驗(yàn)在穩(wěn)定載氣流速條件下進(jìn)行。在對(duì)其因基體質(zhì)譜干擾校正后，分析出高純稀土中各類稀土元素后，分析各元素干擾情況。高純稀土中165Ho，只受到Nd的氫氧化物干擾，而159Tb，受到142NdOH和l43NdO的雙重干擾。利用元素分析儀器與相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，能夠完成高純稀土氧化物中其他稀土元素分析檢測(cè)后，有效降低其他元素對(duì)高純稀土氧化物干擾。高純稀土氧化物中其他稀土元素的檢測(cè)，能夠有效完成高純稀土氧化物分析檢測(cè)工作，其在實(shí)際中的應(yīng)用能夠?yàn)榻窈笙⊥凉ぷ靼l(fā)展提供一定幫助。