1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал аналитической химии
  4. T. 78, № 10, 2023

Журнал аналитической химии, 2023, T. 78, № 10, стр. 929-941

S,N-содержащие сорбенты для дугового атомно-эмиссионного анализа соединений редкоземельных элементов

А. А. Архипенко a, *, М. С. Доронина a, Н. А. Короткова a, А. С. Шевченко a, b, В. Б. Барановская a, Ю. С. Дальнова c

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук
119071 Москва, Ленинский просп., 31, стр. 1, Россия

b Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет
119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3, Россия

c Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности “Гиредмет”
111524 Москва, ул. Электродная, 2, Россия

* E-mail: alexandra622@mail.ru

Поступила в редакцию 18.05.2023
После доработки 23.05.2023
Принята к публикации 02.06.2023

Аннотация

Исследована возможность использования S,N-содержащих сорбентов для дугового атомно-эмиссионного анализа материалов на основе редкоземельных элементов с определением примесей в фазе сорбционного концентрата. Изучены свойства S,N-содержащих сорбентов в водных растворах и различных редкоземельных матрицах. Описан методический подход к предварительному сорбционному концентрированию примесей в материалах на основе РЗЭ и дальнейшему прямому дуговому атомно-эмиссионному анализу сорбционного концентрата. Представлены результаты разработки химико-спектральной методики определения примесей в редкоземельных материалах, оценены метрологические характеристики.

Ключевые слова: сорбционное извлечение, дуговой атомно-эмиссионный анализ, материалы на основе редкоземельных элементов, разработка методики.

Список литературы

  1. Zhou B., Li Z., Chen C. Global potential of rare earth resources and rare earth demand from clean technologies // Minerals. 2017. V. 7. P. 203. https://doi.org/10.3390/min7110203

  2. Binnemans K., Jones P.T., Müller T., Yurramendi L. Rare earths and the balance problem: How to deal with changing markets? // J. Sustain. Metall. 2018. V. 4. P. 126. https://doi.org/10.1007/s40831-018-0162-8

  3. Ritter S.K. A whole new world for rare earths. How the technologically important metals rose from obscurity to ubiquity // Chem. Eng. News. 2017. V. 95. № 34. P. 30.

  4. Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J., Zheng K. Effect of rare earth elements on high temperature oxidation behaviour of austenitic steel // Corrosion Science. 2020. V. 164. Article 108359. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108359

  5. Zhang M., Wang X.H., Qu K.L., Liu S.S. Effect of rare earth oxide on microstructure and high temperature oxidation properties of laser cladding coatings on 5CrNiMo die steel substrate // Optics Laser Technol. 2019. V. 119. Article 105597. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105597

  6. Mayilsamy P., Kumareshbabu S.P., Nayan K., Srinivasan S.A. Mechanical property study on C90300 copper composites reinforced with rare earth oxide // Materials Today: Proceedings. 2019. V. 27. № 3. P. 2533. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.09.231

  7. Юрасова О.В., Самиева Д.А., Кошель Е.С., Карпов Ю.А. Получение и контроль качества высокочистых оксидов редкоземельных металлов для кристаллов сцинтилляторов детектирующих медицинских систем // Изв. высш. учеб. завед. Цветная металлургия. 2022. Т. 28. № 1. С. 27. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-27-38

  8. Кольчугина Н.Б. Очистка редкоземельных металлов цериевой подгруппы для фундаментальных исследований и разработки новых материалов: I. Зонная перекристаллизация // Перспективные материалы. 2011. № 4. С. 5.

  9. Карпов Ю.А., Хомутова Е.Г., Никитина A.A., Богатырев B.C. Сравнительный анализ номенклатуры и требований по качеству редкоземельной продукции в России и за рубежом // Химическая технология. 2004. № 6. С. 43.

  10. ТУ 48-4-483-87. Скандий кристаллический. Технические условия. Янв. 2007 с изм. 1−5. Гиредмет, 2007.

  11. ГОСТ 23862.0-79 – ГОСТ 23862.36-79. Редкоземельные металлы и их оксиды. Методы анализа. М.: Издательство стандартов, 2003. 276 с.

  12. Zhang X., Yi Y., Liu Y., Li X., Liu J., Jiang Y., Su Y. Direct determination of rare earth impurities in high purity erbium oxide dissolved in nitric acid by inductively coupled plasma mass spectrometry // Anal. Chim. Acta. 2006. V. 555. № 1. P. 57. https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.08.055

  13. Nikolaeva I.V., Palesskii S.V., Koz’menko O.A., Anoshin G.N. Analysis of geologic reference materials for REE and HFSE by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) // Geochem. Int. 2008. V. 46. P. 1016. https://doi.org/10.1134/S0016702908100066

  14. Лейкин А.Ю., Карандашев В.К., Лисовский С.В., Волков И.А. Использование реакционно-столкновительной ячейки для определения примесных элементов в редкоземельных металлах методом ИСП-МС // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 5. С. 6.

  15. Евдокимов И.И., Пименов В.Г. Определение примесей в оптической керамике и ее прекурсорах методами атомной спектрометрии // Вестн. Нижегор. ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2012. № 4 (1). С. 98.

  16. Цыганкова А.Р., Лундовская О.В., Сапрыкин А.И. Анализ соединений европия, иттрия и лантана методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой // Журн. аналит. химии. 2016. Т. 71. № 2. С. 185. https://doi.org/10.7868/S0044450216020158

  17. Цветянский А.Л., Еритенко А.Н. Рентгенофлуоресцентное определение высоких содержаний иттрия в редкоземельных концентратах // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2006. Т. 72. № 6. С. 25.

  18. Schramm R. Use of X-ray fluorescence analysis for the determination of rare earth elements // Phys. Sci. Rev. 2016. V. 1. № 9. Article 20160061. https://doi.org/10.1515/psr-2016-0061

  19. Papai R., Aparecida M., de Freitas S., da Fonseca K.T., de Almeida G.A., da Silveira J.R.F., da Silva A.L.N., Neto J.B.F., dos Santos C.A.L, Landgraf F.J.G., Luz M.S. Additivity of optical emissions applied to neodymium and praseodymium quantification in metallic didymium and (Nd,Pr)-Fe-B alloy samples by low-resolution atomic emission spectrometry: An evaluation of the mathematical approach used to solve spectral interferences // Anal. Chim. Acta. 2019. V. 1085. P. 21. https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.07.049

  20. Swain K.K., Kayasth S. High purity scandium and ion-exchangers: application in neutron activation analysis // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2004. V. 260. № 3. P. 595.

  21. Трунов В.А. Исследование связи структурных и физико-химических свойств катализаторов на основе 3d- и редкоземельных элементов нейтронными методами (дифракция, активационный анализ): отчет о НИР/НИОКР С.-Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН (СПбИЯФ РАН); Санкт-Петербург, 1998. Номер гранта (контракта): 96-02-18462. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=753214 (18.05.2023)

  22. Товтин В.И., Иванов Л.И., Платов Ю.М., Лазоренко В.М., Догадкин Н.Н., Колотов В.П. Многоэлементный гамма-активационный анализ металлов и сплавов с использованием источникускорителя электронов “Микротрон-Ст” // Перспективные материалы. 2011. № S13. С. 837.

  23. Карандашев В.К., Жерноклеева К.В., Туранов А.Н., Барановская В.Б., Карпов Ю.А. Определение примесей тугоплавких металлов в редкоземельных металлах и их соединениях // Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. № 4. С. 383.

  24. Петрова К.В., Еськина В.В., Барановская В.Б., Доронина М.С., Короткова Н.А., Архипенко А.А. Обзор способов извлечения и концентрирования примесей в материалах на основе редкоземельных элементов для методов спектрального и масс-спектрального анализов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2022. Т. 28. № 4. С. 25. (Petrova K.V., Es’kina V.V., Baranovskaya V.B, Doronina M.S., Korotkova N.A., Arkhipenko A.A. Separation and preconcentration of impurities in rare-earth-based materials for spectrometric methods // Russ. J. Non-ferrous Metals. 2022. V. 63. P. 510.https://doi.org/10.3103/S106782122205008X10.3103/S106782122205008X)https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-4-25-44

  25. Гусельникова Т.Я., Цыганкова А.Р., Сапрыкин А.И. Атомно-эмиссионный спектральный анализ диоксида германия с предварительным концентрированием примесей // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. С. 50. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-50-55

  26. Шелпакова И.Р., Шестаков В.А., Цыганкова А.Р., Петрова Н.И. Методика анализа триоксида вольфрама с концентрированием примесей отгонкой основы пробы и физико-химическое моделирование поведения примесей в этом процессе // Аналитика и контроль, 2010. Т. 14. № 3. С. 157.

  27. Цыганкова А.Р., Шелпакова И.Р., Сапрыкин А.И. АЭС анализ триоксида молибдена с предварительным концентрированием примесей отгонкой основы / Материалы X Международного симпозиума “Применение анализаторов МАЭС в промышленности”. Новосибирск (Академгородок). 4–7 августа 2009 г. С. 60.

  28. Шелпакова И.Р., Чаяышсва Т.А., Цыганкова А.Р., Родионов С.Г., Троицкий Д.К., Петрова Н.И., Сапрыкин А.И. Атомно-эмиссионный спектральный анализ оксида висмута с концентрированием примесей реакционной отгонкой основы пробы // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 8. С. 15.

  29. Черняева Е.А., Лебедева Р.В., Туманова А.Н., Машин Н.И. Матричные влияния при атомно-эмиссионном анализе селена с концентрированием примесей // Вестн. Нижегор. ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 6 (1). С. 119.

  30. Oskolok K.V., Dmitrienko S.G. Direct atomic-emission determination of metals on polyurethane foam sorbents with use of multichannel analyzer of emission spectra “MAES“ / Материалы VIII Международного симпозиума “Применение анализаторов МАЭС в промышленности”. Новосибирск (Академгородок). 14−17 августа 2007 г. С. 77.

  31. Otruba V., Strnadová M., Skalníková B. Determination of platinum in plants by emission spectrometry after preconcentration on modified silicagel // Talanta. 1993. V. 40. № 2. 1993. P. 221.

  32. Бобылев А.Е. Синтез, структура и функциональные свойства композиционных сорбентов “Катионит КУ-2 × 8-MeS (Me-Cu(II), Zn, Pb” Дис. … канд. хим. наук. Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ), 2016. 160 с.

  33. Zhang Y.-J., Ou J.-L., Duan Z.-K., Xing Z.-J., Wang Y. Adsorption of Cr(VI) on bamboo bark-based activated carbon in the absence and presence of humic acid // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 2015. V. 481. P. 108. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2015.04.050

  34. Bulut Y., Baysal Z. Removal of Pb(I) from wastewater using wheat bran // J. Environ. Manag. 2006. V. 78. P. 107. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2005.03.010

  35. Wan Ngah W.S., Endud C.S., Mayanar R. Removal of copper(Il) ions from aqueous solution onto chitosan and cross-linked chitosan // React. Funct. Polym. 2002. V. 50. P. 181. https://doi.org/10.1016/S1381-5148(01)00113-4

  36. Li N., Bai R. Copper adsorption on chitosan-cellulose hydrogel beads: behaviors and mechanisms // Sep. Purif. Technol. 2005. V. 42. P. 237. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2004.08.002

  37. Pan B.C., Zhang Q.R., Du W., Zhang W.M., Pan B.J., Zhang Q.J., Xu Z.W., Zhang Q.X. Selective heavy metals removal from waters by amorphous zirconium phosphate: Behavior and mechanism // Water Research. 2007. V. 41. № 14. P. 3103. https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.03.004

  38. Pan B.C., Zhang Q.R., Zhang W.M., Pan B.J., Du W., Lv L., Zhang Q.J., Xu Z.W., Zhang Q.X. Highly effective removal of heavy metals by polymer-based zirconium phosphate: A case study of lead ion // J. Colloid Interface Sci. 2007. V. 310. № 1. P. 99. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2007.01.064

  39. Петров А.М. Определение примесного состава чистых цветных и редких металлов методом дугового атомно-эмиссионного анализа с применением МАЭС. Дис. … канд. хим. наук. Москва: Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности “Гиредмет”, 2012. 191 с.

  40. Доронина М.С., Ширяева О.А., Филатова Д.Г., Петров А.М., Дальнова О.А., Барановская В.Б., Карпов Ю.А. Сорбционно-атомно-эмиссионное определение As, Bi, Sb, Se и Te в возвратном металлсодержащем сырье // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 11. С. 3. (Doronina M.S., Shiryaeva O.A., Petrov A.M., Dal’nova O.A., Baranovskaya V.B., Karpov Y.A., Filatova D.G. Sorption atomic emission determination of As, Bi, Sb, Se, and Te in recyclable metal-containing raw material // Inorg. Mater. 2014. V. 50. № 14. P. 1426.)https://doi.org/10.1134/S0020168514140040

  41. Петров А.М., Климова О.И., Дальнова О.А., Карпов Ю.А. Определение золота и платиновых металлов во вторичном и техногенном сырье сорбционно-атомно-эмиссионным методом с МАЭС // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 2. С. 14. (Petrov А.M., Klimova O.I., Dal’nova O.A., Karpov Y.A. Determination of gold and platinum metals in second hand and technogenic materials with the use of the sorption atomic emission method with a multichannel emission spectrum analyzer // Inorg. Mater. 2014. V. 50. № 14. P. 1387.)https://doi.org/10.1134/S0020168514140118

  42. Кошель Е.С., Барановская В.Б., Доронина М.С. Дуговой атомно-эмиссионный анализ редкоземельных металлов и их оксидов с предварительным сорбционным концентрированием примесей // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 11. С. 9. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2018-84-11-9-14

  43. Доронина М.С., Ширяева О.А., Филатова Д.Г., Барановская В.Б., Карпов Ю.А. Определение мышьяка, кадмия, селена и теллура в техногенном сырье после сорбционного концентрирования на гидроксидах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 8. С. 3.

  44. Еськина В.В., Дальнова О.А., Карева Е.Н., Барановская В.Б., Карпов Ю.А. Определение примесей в высокочистом оксиде ниобия(V) методом атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с электротермической атомизацией и непрерывным источником спектра после предварительного сорбционного концентрирования // Журн. аналит. химии. 2017. Т. 72. № 6. С. 562. https://doi.org/10.7868/S0044450217060056

  45. Филатова Д.Г., Архипенко А.А., Статкус М.А., Еськина В.В., Барановская В.Б., Карпов Ю.А. Сорбция Se(IV) из водных растворов и его определение рентгенофлуоресцентным методом // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 10. С. 5. (Filatova D.G., Arkhipenko A.A., Statkus M.A., Es’kina V.V., Baranovskaya V.B., Karpov Y.A. Sorption of Se(IV) from aqueous solutions with subsequent determination by X-ray fluorescence analysis // Inorg. Mater. 2021. Т. 57. № 14. С. 1427. https://doi.org/10.1134/S002016852114005310.1134/S0020168521140053)https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-10-5-9

  46. Цизин Г.И., Малофеева Г.И., Петрухин О.М., Клещева Н.А., Гембицкий П.А., Золотов Ю.А. Способ получения полимерного сорбционного материала. Патент СССР № 1578145. Номер заявки: 4292114 от 31.07.1987, опубл. 15.07.1990.

  47. Шестаков В.А., Малофеева Г.И., Петрухин О.М., Марчева Е.В., Эсенова Н.К., Муринов Ю.И., Никитин Ю.Е., Золотов Ю.А Сорбционно-рентгенофлуоресцентное определение тяжелых металлов с использованием полимерного тиоэфира // Журн. аналит. химии. 1983. Т. 38. № 12. С. 2131.

  48. Петрухин О.М., Малофеева Г.И., Нефедов В.И., Салынь Я.В., Марчева Е.В., Шестаков В.А., Ширяева О.А., Муринов Ю.И., Никитин Ю.Е., Золотов Ю.А. Сорбция платиновых металлов полимерным тиоэфиром // Журн. аналит. химии. 1983. Т. 38. № 2. С. 250.

  49. Филатова Д.Г., Архипенко А.А., Статкус М.А., Михеев И.В., Барановская В.Б., Карпов Ю.А. Сорбция As(III) и Se(IV) из водных растворов для определения методом рентгенофлуоресцентного анализа с полным внешним отражением // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 8. С. 19. (Filatova D.G., Arkhipenko A.A., Statkus M.A., Mikheev I.V., Baranovskaya V.B., Karpov Yu.A. Sorption of As(III) and Se(IV) from aqueous solutions for subsequent determination by total reflection X-ray fluorescence // Inorg Mater. 2022. V. 58. P. 1435. https://doi.org/10.1134/S002016852214006010.1134/S0020168522140060)https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-8-19-22

  50. Arkhipenko A.A., Petrova K.V., Baranovskaya V.B. Sorption preconcentration and analytical determination of Cu, Zr and Hf in waste samarium–cobalt magnet samples // Molecules. 2022. V. 27. P. 5275. https://doi.org/10.3390/molecules27165275

  51. Дальнова Ю.С., Ковтуненко С.В., Иващенко А.А., Алексеев С.В., Орехов С.В. Способ интенсификации сорбционного процесса благородных металлов на сорбентах типа тиоэфиров и аминотиоэфиров. Патент РФ № 2205239. Заявка № 2001121211/02 от 27.07.2001, опубл. 27.05.2003.

  52. Дальнова О.А., Барановская В.Б., Дальнова Ю.С., Карпов Ю.А. Новые комплексообразующие полимерные аминотиоэфирные сорбенты в аналитическом контроле возвратного металлсодержащего сырья редких и благородных металлов // Журн. аналит. химии. 2018. Т. 73. № 3. С. 181. https://doi.org/10.7868/S0044450218030027

  53. Korotkova N.A., Baranovskaya V.B., Petrova K.V. Microwave digestion and ICP-MS determination of major and trace elements in waste Sm-Co magnets // Metals. 2022. V. 12. № 8. P. 1. https://doi.org/10.3390/met12081308

  54. Shen H., Huang G., Zhang W.G., Ding W., Wang W.D., Zhou X.S., Shi L.Q., Peng S.M. Influencing factors of helium bubble growth in erbium tritides: Grain size and impurity element // J. Alloys Comp. 2021. V. 860. Article 157911. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157911

  55. Liu X., He J.-H., Sakthivel R., Chung R.-J. Rare earth erbium molybdate nanoflakes decorated functionalized carbon nanofibers: An affordable and potential catalytic platform for the electrooxidation of phenothiazine // Electrochim. Acta. 2020. V. 358. Article 136885. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136885

  56. Moustafa S.Y., Sahar M.R., Ghoshal S.K. Erbium ions oscillator strength and emission enhancement in antimony phosphate amorphous matrix // J. Non-Cryst. Solids. 2016. V. 433. P. 87. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2015.10.038

  57. Capoen E., Nowogrocki G., Chater R.J., Skinner S.J., Kilner J.A., Malys M., Boivin J.C., Mairesse G., Vannier R.N. Oxygen permeation in bismuth-based materials. Part II: Characterisation of oxygen transfer in bismuth erbium oxide and bismuth calcium oxide ceramic // Solid State Ionics. 2006. V. 177. № 5–6. P. 489. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2005.12.034

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал аналитической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал