Оценка влияния минеральных кислот и алюминия на интенсивность спектральных линий редкоземельных элементов в атомно-эмиссионной спектроскопии микроволново-индуцированной плазмы

Е.О. Чибирев, Е.К. Конькова, А.Р. Гарифзянов

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

 

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2023.1.68-82

Для цитирования: Чибирев Е.О., Конькова Е.К., Гарифзянов А.Р. Оценка влияния минеральных кислот и алюминия на интенсивность спектральных линий редкоземельных элементов в атомно-эмиссионной спектроскопии микроволново-индуцированной плазмы // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2023. – Т. 165, кн. 1. – С. 68–82. – doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.68-82.

For citation: Chibirev E.O., Konkova E.K., Garifzyanov A.R. Assessment of the effect of mineral acids and aluminum on the intensity of spectral lines of rare earth elements in atomic emission spectroscopy of microwave-induced plasma. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2023, vol. 165, no. 1, pp. 68–82. doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.68-82. (In Russian)

Аннотация

Для получения достоверных результатов при количественном определении редкоземельных элементов (РЗЭ) с использованием методов атомно-эмиссионной спектроскопии особое значение имеет учет матричных эффектов макрокомпонентов, содержащихся в анализируемых образцах. Растворы, получаемые при жидкофазном и автоклавном вскрытии геологических образцов руд и минералов РЗЭ, содержат значительные количества сильных минеральных кислот, используемых в качестве реагентов, и такие макрокомпоненты проб, как алюминий (алюмосиликаты) и фосфор (фосфаты в апатитах). Работа посвящена оценке степени влияния хлороводородной, азотной, серной, ортофосфорной кислот и алюминия на относительную интенсивность ионных аналитических линий La, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Er, Yb в атомно-эмиссионной спектроскопии микроволново-индуцированной плазмы (АЭС МИП). При повышении концентрации кислот от 0 до 1 М относительная интенсивность спектральных линий всех исследованных РЗЭ монотонно понижается на 10–20%. Депрессирующее влияние алюминия, обусловленное понижением степени ионизации атомов РЗЭ, проявляется существенно сильнее и достигает 70%. Показано, что по пределам обнаружения лантана, церия, гадолиния и эрбия метод АЭС МИП сопоставим с методом атомно-эмиссионной спектроскопии индуктивно-связанной аргоновой плазмы.

Ключевые слова: атомно-эмиссионная спектроскопия, микроволново-индуциро­ванная плазма, редкоземельные элементы, матричные помехи, минеральные кислоты, алюминий

Благодарности. Работа выполнена за счет средств Программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030).

Литература

  1. Thakur S.N. Chapter 2 – Atomic emission spectroscopy // Singh J.P., Thakur S.N. (Eds.) Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. – Elsevier, 2020. – P. 23–40. – doi: 10.1016/b978-0-12-818829-3.00002-2.
  2. Djingova R., Ivanova J. Determination of rare earth elements in soils and sediments by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry after cation-exchange separation // Talanta. – 2002. – V. 57, No 5. – P. 821–829. – doi: 10.1016/S0039-9140(02)00126-1.
  3. Fernández-Sánchez M.L. Atomic emission spectrometry | Inductively coupled plasma // Worsfold P., Poole C., Townshend A., Miró M. (Eds.) Encyclopedia of Analytical Science. – Acad. Press, 2018. – P. 169–176. – doi: 10.1016/B978-0-12-409547-2.14542-1.
  4. Olesik J.W. 10.9 – ICP-OES: Inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy // Brundle C.R., Evans Ch.A., Wilson Sh. (Eds.) Encyclopedia of Materials Characterization. – Butterworth-Heinemann, 1992. – P. 633–644. – doi: 10.1016/b978-0-08-052360-6.50059-x.
  5. Ganjali M.R., Gupta V. K., Faridbod F., Norouzi P. Chapter 6 – Spectrometric determination of lanthanides series // Ganjali M.R., Gupta V.K., Faridbod F., Norouzi P. (Eds.) Lanthanides Series Determination by Various Analytical Methods. – Elsevier, 2016. – P. 209–358. – doi: 10.1016/B978-0-12-804704-0.00006-2.
  6. Sesi N.N., Hieftje G.M. Studies into interelement matrix effect in inductively coupled plasma spectrometry // Spectrochim. Acta, Part B. – 1996. – V. 51, No 13. – P. 1601–1628. – doi: 10.1016/S0584-8547(96)01560-1.
  7. Пупышев А.А., Данилова Д.А. Разработка модели термохимических процессов для метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой Ч. 1. Матричные неспектральные помехи // Аналитика и контроль. – 2001. – № 2. – С. 112–136.
  8. Mandiwana K.L. Physical interferences by mineral acids in ICP-OES // J. Anal. At. Spect­rom. – 2000. – V. 15, No 10. – P. 1405–1407. – doi: 10.1039/A910176O.
  9. Пупышев А.А., Данилова Д.А. Использование атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой для анализа материалов и продуктов черной металлургии // Аналитика и контроль. – 2007. – № 2–3. – С. 131–181.
  10. Пупышев А.А. Спектральные помехи и их коррекция в атомно-эмиссионном спект­ральном анализе // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2019. – Т. 81, № 1(II). – P. 15–32. – doi: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-15-32.
  11. Maeda T., Wagatsuma K. Emission characteristics of high-powered microwave induced plasma optical emission spectrometry by using nitrogen–oxygen mixture gas // Microchem. J. – 2004. – V. 76, No 1–2. – P. 53–60. – doi: 10.1016/j.microc.2003.11.010.
  12. Karlsson S., Sjöberg V., Ogar A. Comparison of MP AES and ICP-MS for analysis of principal and selected trace elements in nitric acid digests of sunflower (Helianthus annuus) // Talanta. – 2015. – V. 135. – P. 124–132. – doi: 10.1016/j.talanta.2014.12.015.
  13. Jankowski K.J., Reszke E. Microwave Induced Plasma Analytical Spectrometry. – R. Soc. Chem., 2011. – 264 p. – doi: 10.1039/9781849732147.
  14. Jankowski K.J. Atomic emission spectrometry | Microwave plasma sources // Worsfold P., Poole C., Townshend A., Miró M. (Eds.) Encyclopedia of Analytical Science. – Acad. Press, 2019. – P. 187–193. – doi: 10.1016/B978-0-12-409547-2.14378-1.
  15. Jankowski K.J., Dreger M. Study of an effect of easily ionizable elements on the excitation of 35 elements in an Ar-MIP system coupled with solution nebulization // J. Anal. At. Spectrom. – 2000. – V. 15, No 3. – P. 269–274. – doi: 10.1039/a906941k.
  16. Fischer P.T., Ellgren A.J. Analysis of rare earth-containing metallurgical samples by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry. // Spectrochim. Acta, Part B. – 1983. – V. 38, No 1–2. – P. 309–316. – doi: 10.1016/0584-8547(83)80129-3.
  17. Zhang Z., Wagatsuma K. Matrix effects of easily ionizable elements and nitric acid in high-power microwave-induced nitrogen plasma atomic emission spectrometry // Spectrochim. Acta, Part B. – 2002. – V. 57, No 8. – P. 1247–1257. – doi: 10.1016/s0584-8547(02)00049-6.
  18. Wall F. Rare earth elements // Alderton D., Elias S.A. (Eds.) Encyclopedia of Geology. – Acad. Press, 2020. – P. 680–693. – doi: 10.1016/b978-0-08-102908-4.00101-6.
  19. Davris P., Balomenos E., Panias D., Paspaliaris I. Chapter 12 – Leaching rare earth elements from bauxite residue using Brønsted acidic ionic liquids // De Lima I.B., Filho W.L. (Eds.) Rare Earths Industry. – Elsevier, 2016. – P. 183–197. – doi: 10.1016/B978-0-12-802328-0.00012-7.
  20. Demol J., Ho E., Senanayake G. Sulfuric acid baking and leaching of rare earth elements, thorium and phosphate from a monazite concentrate: Effect of bake temperature        from 200 to 800  °C // Hydrometallurgy. – 2018. – V. 179. – P. 254–267. – doi: 10.1016/j.hydromet.2018.06.002.
  21. Bandara A.M.T.S., Senanayake G. Dissolution of calcium, phosphate, fluoride and rare earth elements (REEs) from a disc of natural fluorapatite mineral (FAP) in perchloric, hydrochloric, nitric, sulphuric and phosphoric acid solutions: A kinetic model and comparative batch lea­ching of major and minor elements from FAP and RE-FAP concentrate // Hydrometallurgy. – 2018. – V. 184. – P. 218–236. – doi: 10.1016/j.hydromet.2018.09.002.

Поступила в редакцию 11.01.2023

Принята к публикации 15.02.2023

 

Чибирев Егор Олегович, ассистент кафедры аналитической химии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: chibirevegor@mail.ru

 

Конькова Екатерина Константиновна, студент Химического института им. А.М. Бутлерова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: redatushared@gmail.com

 

Гарифзянов Айрат Ризванович, кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической химии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: agar@live.ru

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.