zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-11-19-25zldm-1517Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISРазработка методики дугового атомно-эмиссионного спектрального анализа оксида церияAnalysis of cerium oxide by arc atomic emission spectrometryАрхипенкоА. А.ArkhipenkoA. A.

Александра Александровна Архипенко

119991, Москва, Ленинский проспект, д. 31

Alexandra A. Arkhipenko

31, Leninsky prosp., Moscow, 119991

КошельЕ. С.KoshelE. S.

Елизавета Сергеевна Кошель

119991, Москва, Ленинский проспект, д. 31

Elizaveta S. Koshel

31, Leninsky prosp., Moscow, 119991; 2, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524

БарановскаяВ. Б.BaranovskayaV. B.

Василиса Борисовна Барановская

119991, Москва, Ленинский проспект, д. 31; 111524, Москва, ул. Электродная, д. 2

Vasilisa B. Baranovskaya

31, Leninsky prosp., Moscow, 119991

baranovskaya@list.ruИнститут общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова, Российская академия наукРоссияN.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова, Российская академия наук; Научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности ГиредметРоссияN.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences; Research and Design Institute of Rare Metal Industry GiredmetRussian Federation20212111202187111925Copyright © Архипенко А.А., Кошель Е.С., Барановская В.Б., 20212021Архипенко А.А., Кошель Е.С., Барановская В.Б.Arkhipenko A.A., Koshel E.S., Baranovskaya V.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1517

Разработана методика дугового атомно-эмиссионного анализа оксида церия, удовлетворяющая современным требованиям по точности и чувствительности определения примесей, круг которых существенно расширен по сравнению со стандартизированной методикой 70-х годов прошлого века. Значительно улучшить метрологические характеристики анализа удалось во многом за счет использования аппаратурных возможностей атомно-эмиссионного комплекса «Гранд-Глобула» (ВМК-Оптоэлектроника, Россия). Для создания компромиссных условий определения примесей 15 РЗЭ и еще 19 элементов были выбраны аналитические линии и исследована зависимость их интенсивности от режима работы генератора, формы и размера электродов, межэлектродного расстояния, соотношения масс анализируемой пробы и графитового порошка, а также от присутствия различных носителей (Ga2O3, NaCl, NaF, KCl, S, GeO). При изучении кривых испарения примесей выбрано время экспозиции, достаточное для их полного испарения (100 – 120 с). Оценены метрологические характеристики предложенной методики анализа оксида церия в сравнении со стандартизированной.

Materials based on rare earth elements (REE) are of great importance due to their unique chemical and physical properties, but the effectiveness of their use depends on the quality of raw materials. Therefore, further development of the methods of analytical control in relation to rare-earth materials is aimed at increasing the accuracy and sensitivity of the methods, as well as at expanding the nomenclature and concentration range of the determined elements. Cerium oxide is used in glasses, ceramics, catalysts, phosphors, composite and scintillation materials, as well as in medicine. The problem of developing a new arc spectral method is extremely urgent to match modern requirements for the accuracy and sensitivity of the impurity determination for monitoring the purity of cerium oxide. A technique for arc atomic emission analysis of cerium oxide which meets modern requirements for the accuracy and sensitivity of the impurity determination has been developed. The range of impurities to be determined is significantly expanded compared to the standardized technique of the 1970s. The goal of this work is to study and develop a modern method for arc optical emission spectral analysis of cerium oxide using the instrumental capabilities of the atomic emission complex «Grand Globula». To specify compromise conditions for the determination of 15 REE impurities and 19 elements more, analytical lines were selected and the dependence of their intensity on the operating mode of the generator, the shape and size of the electrodes, the interelectrode distance, the ratio of the masses of the analyzed sample and graphite powder, as well as on the presence of various carriers (Ga2O3, NaCl, NaF, KCl, S, GeO) was analyzed. Application of the considered methodological approach to the selection of conditions made it possible to develop a method for spectral analysis of cerium oxide without preliminary dissolution of the sample with an extended range of determinable impurities. When studying the curves of the impurity evaporation, an exposure time was chosen to be sufficient for their complete evaporation (100 – 120 sec). The study has shown the 0promising character and feasibility of the developed arc spectral techniques applicable to the analysis of REE-based materials as an alternative to the methods for analysis of solutions. The metrological characteristics of the proposed procedure for the analysis of cerium oxide were evaluated in comparison with the standardized technique.

редкоземельные элементыоксид цериядуговой атомно-эмиссионный анализметрологические характеристики методикиrare earth elementscerium oxidedirect current arc atomic emission spectrometrymetrological characteristics of the methodИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-13-00180) с использованием оборудования ЦКП ФМИ ИОНХ РАНReferencesНаумов А. В. Обзор мирового рынка редкоземельных металлов / Изв. вузов. Цветная металлургия. 2008. № 1. С. 22 – 31.Naumov A. V. Review of the world market of rare-earth metals / Rus. J. Non-ferrous Metals. 2008. Vol. 49. N 1. P. 14 – 22. DOI: 10.1007/s11981-008-1004-6Аликин Е. А., Бочкарев С. Ю., Денисов С. П. и др. Разработка термостабильной композиционной системы Al2O3 – Ce0,75Zr0,25O2 для применения в трехмаршрутных катализаторах очистки выхлопных газов автомобилей / Катализ в промышленности. 2012. № 2. С. 25 – 34.Alikin E. A., Bochkarev S. Yu., Denisov S. P., et al. Development of thermostable composite of Al2O3 – Ce0.75Zr0,25O2 for use in three-ways exhaust cars gas cleaning catalyst / Kataliz Promyshl. 2012. N 2. P. 25 – 34 [in Russian].Shinjoh H. Rare earth metals for automotive exhaust catalysts / J. Alloys Comp. 2006. Vol. 408 – 412. P. 1061 – 1064. DOI: 10.1016/j.jallcom.2004.12.151Shinjoh H. Rare earth metals for automotive exhaust catalysts / J. Alloys Comp. 2006. Vol. 408 – 412. P. 1061 – 1064. DOI: 10.1016/j.jallcom.2004.12.151Mishra S. R., Ahmaruzzaman Md. Cerium oxide and its nanocomposites: Structure, synthesis, and wastewater treatment applications / Mater. Today Commun. 2021. Vol. 28. Article 102562. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102562Mishra S. R., Ahmaruzzaman Md. Cerium oxide and its nanocomposites: Structure, synthesis, and wastewater treatment applications / Mater. Today Commun. 2021. Vol. 28. Article 102562. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102562Горелов В. П., Заяц С. В., Иванов В. В. и др. Керамика с субмикронной структурой из оксида церия, допированного гадолинием, для электрохимических применений / Физика и химия стекла. 2005. Т. 31. № 4. С. 635 – 642.Gorelov V. P., Moskalenko N. I., Zayats S. V., et al. Gadolinium-doped ceria ceramics with a submicron structure for electrochemical applications / Glass Phys. Chem. 2005. Vol. 31. N 4. P. 471 – 476. DOI: 10.1007/s10720-005-0085-xLiu X.-M. The influence of cerium oxide content on the crack growth in zirconia ceramic materials for engineering applications / Results Mater. 2021 Vol. 10. Article 100196. DOI: 10.1016/j.rinma.2021.100196Liu X.-M. The influence of cerium oxide content on the crack growth in zirconia ceramic materials for engineering applications / Results Mater. 2021 Vol. 10. Article 100196. DOI: 10.1016/j.rinma.2021.100196Медведев Д. А., Пикалова Е. Ю., Демин А. К. и др. Наноструктурированные композитные материалы на основе оксида церия и церата бария / Журн. физ. химии. 2013. Т. 87. № 2. С. 275 – 283. DOI: 10.7868/S0044453713020209Medvedev D. A., Pikalova E. Y., Demin A. K., et al. Nanostructured composite materials of cerium oxide and barium cerate / Rus. J. Phys. Chem. A. 2013. Vol. 87. N 2. P. 270 – 277. DOI: 10.1134/S0036024413020209Tinh V. D. C., Thuc V. D., Kim D. Chemically sustainable fuel cells via layer-by-layer fabrication of sulfonated poly(arylene ether sulfone) membranes containing cerium oxide nanoparticles / J. Membr. Sci. 2021. Vol. 634. Article 119430. DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119430Tinh V. D. C., Thuc V. D., Kim D. Chemically sustainable fuel cells via layer-by-layer fabrication of sulfonated poly(arylene ether sulfone) membranes containing cerium oxide nanoparticles / J. Membr. Sci. 2021. Vol. 634. Article 119430. DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119430Серкина К. С., Савенко Л. М., Степанова И. В., Петрова О. Б. Синтез и спектральные свойства стекол в системе оксид висмута – оксид германия – оксид церия / Стекло и керамика. 2021. № 4. С. 16 – 19.Serkina K. S., Savenko L. M., Stepanova I. V., Petrova O. B. Synthesis and spectral properties of glasses in the system bismuth oxide – germanium oxide – cerium oxide / Steklo Keram. 2021. N 4. P. 16 – 19 [in Russian].Popov A. L., Abakumov M. A., Savintseva I. V., et al. Biocompatible dextran-coated gadolinium-doped cerium oxide nanoparticles as MRI contrast agents with high T1 relaxivity and selective cytotoxicity to cancer cells / J. Mater. Chem. B. 2021. Vol. 9. N 33. P. 6586 – 6599. DOI: 10.1039/D1TB01147BPopov A. L., Abakumov M. A., Savintseva I. V., et al. Biocompatible dextran-coated gadolinium-doped cerium oxide nanoparticles as MRI contrast agents with high T1 relaxivity and selective cytotoxicity to cancer cells / J. Mater. Chem. B. 2021. Vol. 9. N 33. P. 6586 – 6599. DOI: 10.1039/D1TB01147BИванов В. К. Живительный церий / Наука и жизнь. 2021. № 6. С. 3 – 9.Ivanov V. K. Life-giving cerium / Nauka i Zhizn’. 2021. N 6. P. 3 – 9 [in Russian].ГОСТ 23862.0–79 – ГОСТ 23862.36–79. Редкоземельные металлы и их оксиды. Методы анализа. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 2003. — 276 с.State Standard GOST 23862.0–79 – GOST 23862.36–79. Rare Earth Metals and their oxides. Methods for analysis. — Moscow: IPK Izd. standartov, 2003. — 276 p. [in Russian].Карякин А. В., Аникина Л. И., Павленко Л. И., Лактионова Н. В. Спектральный анализ редкоземельных окислов. — М.: Наука, 1974. С. 3 – 53.Karyakin A. V., Anikina L. I., Pavlenko L. I., Laktionova N. V. Spectral analysis of rare earth oxides. — Moscow: Nauka, 1974. P. 3 – 53 [in Russian].Швангирадзе Р. Р. и др. Способы стабилизации дугового разряда при спектральном анализе порошковых материалов / Журн. прикладной спектроскопии. 1965. Т. 3. С. 397 – 401.Shvangiradze R. R. et al. Methods for Stabilizing Arc Discharge in Spectral Analysis of Powder Materials / Zh. Prikl. Spektrosk. 1965. Vol. 3. P. 397 – 401 [in Russian].Штенке А. А. Усовершенствование спектрального метода определения примесей РЗЭ в оксидах редкоземельных элементов: дис. ... канд. хим. наук. — М., 1980. — 233 с.Shtenke A. A. Improvement of the spectral method for the determination of rare-earth impurities in rare-earth oxides. Candidate’s Thesis. — Moscow, 1980. — 233 p. [in Russian].Штенке А. А., Пупышев А. А., Скоблина Н. М. Влияние процессов восстановления в кратере электрода на интенсивность спектральных линий редкоземельных элементов / Журн. аналит. химии. 1979. Т. 34. № 9. С. 1756 – 1763.Shtenke A. A., Pupyshev A. A., Skoblina N. M. Influence of reduction processes in the electrode crater on the intensity of the spectral lines of rare-earth elements / Zh. Analit. Khimii. 1979. Vol. 34. N 9. P. 1756 – 1763 [in Russian].ГОСТ 17818.15–90. Графит. Метод спектрального анализа. — М., 1991. С. 61 – 67.State Standsrd GOST 17818.15–90. Graphite Method of spectral analysis. — Moscow, 1991. P. 61 – 67 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.