zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-1-II-77-82zldm-1579Research ArticleК 30-ЛЕТИЮ «ВМК-ОПТОЭЛЕКТРОНИКА»TO THE 30th ANNIVERSARY OF VMK-OPTOELEKTRONIKAСравнение аналитических возможностей установки с дуговым двухструйным аргоновым плазмотроном и комплекса «Гранд-Поток» при определении редкоземельных элементов в геологических образцах методом атомно-эмиссионной спектрометрииComparison of the analytical capabilities of a facility with the arc double-jet argon plasmatron and a Grand-Potok complex in determination of the content of rare-earth elements in geological samples by atomic emission spectrometryШавекинА. С.ShavekinA. S.

Алексей Сергеевич Шавекин

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 3

Aleksei S. Shavekin

630090, Novosibirsk, prosp. Akademika Koptyuga, 3

shavekin@igm.nsc.ruЗаякинаС. Б.ZayakinaS. B.

Светлана Борисовна Заякина

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 3

Svetlana B. Zayakina

630090, Novosibirsk, prosp. Akademika Koptyuga, 3

ЖмодикС. М.ZhmodikS. M.

Сергей Михайлович Жмодик

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 3

Sergey M. Zhmodik

630090, Novosibirsk, prosp. Akademika Koptyuga, 3

Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАНРоссияV. S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RASRussian Federation202225012022881(II)7782Copyright © Шавекин А.С., Заякина С.Б., Жмодик С.М., 20222022Шавекин А.С., Заякина С.Б., Жмодик С.М.Shavekin A.S., Zayakina S.B., Zhmodik S.M.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/1579

Метод атомно-эмиссионной спектрометрии с дуговым возбуждением спектра позволяет определять редкоземельные элементы (РЗЭ) в геологических образцах путем прямого анализа твердых проб без длительной пробоподготовки. На примере анализа образца редкоземельной руды Томторского ниобий-редкоземельного месторождения сравнили аналитические возможности установки «Гранд-Поток» и двухструйного дугового плазмотрона (ДДП) в сочетании со спектрографом ДФС-458С, оснащенным многоканальным анализатором эмиссионных спектров (МАЭС). Показано, что более высокая температура плазмы ДДП (~7500 К) по сравнению с плазмой дугового разряда (~5500 К) и смещение диапазона регистрации спектра ДФС-458С в более длинноволновую область (280 – 245 нм) обеспечили возможность определения РЗЭ по большему числу аналитических линий с более низкими пределами обнаружения. Правильность результатов определения РЗЭ, полученных с использованием ДДП, подтверждена сравнением с данными анализа методом ИСП-МС.

The method of atomic emission spectrometry with arc spectrum excitation provides determination of rare earth elements (REE) in geological samples by direct analysis of solid samples without a long-term preliminary sample preparation. Using the analysis of a rare-earth ore sample from the Tomtor niobium-rare-earth deposit as an example, we compared the analytical capabilities of a Grand Potok installation and a two-jet arc plasmatron (TJP) in combination with a DFS-458S spectrograph equipped with a multichannel emission spectrum analyzer (MAES). It is shown that a higher temperature of the TJP plasma (~7500 K) compared to that of the arc discharge (~5500 K) and the shift in the recording range of a DFS-458S spectrum to longer wavelengths (280 – 245 nm) provided a more reliable determination of REE using a larger number of analytical lines with lower detection limits. The correctness of the results of REE determination was confirmed by comparison with the data obtained by the ICP-MS method.

редкоземельные элементыатомно-эмиссионный спектральный анализдвухструйный дуговой плазмотронмногоканальные спектрометрыанализатор МАЭСrare earth elementsatomic emission spectral analysistwo-jet arc plasmatronmultichannel spectrometersMAES analyzerReferencesАношин Г. Н., Заякина С. Б., Путьмаков А. Н. Атомно-эмиссионный спектральный анализ и науки о Земле / «Химический анализ в геологии и геохимии» // Под ред. Г. Н. Аношина. — Новосибирск: Гео, 2016. С. 235 – 244.Anoshin G. N., Zayakina S. B., Put’makov A. N. Atomic-emission spectral analysis and earth science / Chemical analysis in geology and geochemistry / Anoshin G. N., Ed. — Novosibirsk: GEO, 2016. P. 235 – 244 [in Russian].Заякина С. Б., Аношин Г. Н. Дуговой двухструйный плазмотрон в аналитической спектрометрии. — Saarbrücken: Lambert Academic Publishing, 2013. — 261 с.Zayakina S. B., Anoshin G. N. Two-jet arc plasmatron in analytical spectrometry. — Saarbrücken: Lambert Academic Publishing, 2013. — 261 p. [in Russian].Николаева И. В., Палесский С. В., Карпов А. В. Сравнение ИСП-МС анализа геологических образцов в варианте растворов и лазерной абляции стекол / Изв. Томского политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 5. С. 26 – 34. DOI:10.18799/24131830/2019/5/263Nikolaeva I. V., Palesskiy S. V., Karpov A. V. Analysis of geological samples: comparison of solution ICP-MS and fused glasses LA-ICP-MS techniques / Bull. Tomsk Polytech. univ. Geo assets engin. 2019. Vol. 330. N 5. P. 26 – 34. DOI:10.18799/24131830/2019/5/263Zawisza B., Pytlakowska K., Feist B., et al. Determination of rare earth elements by spectroscopic techniques: a review / J. Anal. At. Spectrom. 2011. Vol. 26. N 12. P. 2373 – 2390. DOI:10.1039/C1JA10140DZawisza B., Pytlakowska K., Feist B., et al. Determination of rare earth elements by spectroscopic techniques: a review / J. Anal. At. Spectrom. 2011. Vol. 26. N 12. P. 2373 – 2390. DOI:10.1039/C1JA10140DBalaram V. Rare earth elements: A review of applications, occurrence, exploration, analysis, recycling, and environmental impact / Geosci. Front. 2019. Vol. 10. N 4. P. 1285 – 1303. DOI:10.1016/j.gsf.2018.12.005Balaram V. Rare earth elements: A review of applications, occurrence, exploration, analysis, recycling, and environmental impact / Geosci. Front. 2019. Vol. 10. N 4. P. 1285 – 1303. DOI:10.1016/j.gsf.2018.12.005Горбатенко А. А., Ревина Е. И. Инструментальные методы определения редкоземельных элементов (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 4. С. 7 – 19.Gorbatenko A. A., Revina E. I. Instrumental methods for determining rare-earth elements (review) / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2014. Vol. 80. N 4. P. 7 – 19 [in Russian].Жерноклеева К. В., Барановская В. Б. Анализ чистых скандия, иттрия и их оксидов методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. Т. 76. № 11. С. 20 – 26.Zherokleyeva K. V., Baranovskaya V. B. Analysis of pure scandium, yttrium and their oxides with atomic-emission spectrometry with inductive-bound plasma and mass spectrometry with inductively coupled plasma / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2010. Vol. 76. N 11. P. 20 – 26 [in Russian].Карандашев В. К., Жерноклеева К. В., Барановская В. Б. и др. Анализ высокочистых материалов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 1. С. 17 – 30.Karadashev V. K., Zherokleva K. V., Baranovskaya V. B., et al. Analysis of high purity materials by mass spectrometry with inductively coupled plasma (review) / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2012. Vol. 78. N 1. P. 17 – 30 [in Russian].Карандашев В. К., Жерноклеева К. В., Барановская В. Б. и др. Определение примесей тугоплавких металлов в редкоземельных металлах и их соединениях / Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. № 4. С. 383 – 392.Karadashev V. K., Zherokleyeva K. V., Baranovskaya V. B., et al. Determination of admixtures of high-melting metals in rare earth metals and their compounds / J. Anal. Chem. 2012. Vol. 67. N 4. P. 340 – 348. DOI:10.1134/S1061934812040107Дзюба А. А., Лабусов В. А., Васильева И. Е. и др. Аналитические возможности спектрального комплекса «Гранд-Поток» при сцинтилляционном определении содержания золота и серебра в геологических пробах / Аналитика и контроль. 2017. Т. 21. № 1. С. 6 – 15. DOI: 10.15826/analitika.2017.21.1.001Dzyuba A. A., Labusov V. A., Vasil’eva I. E., et al. Analytical capabilities of «Grand-Potok» spectral system for the scintillation determination of gold and silver in geological samples / Analit. Kontrol’. 2017. Vol. 21. N 1. P. 6 – 15 [in Russian]. DOI:10.15826/analitika.2017.21.1.001Путьмаков А. Н., Попов В. И., Лабусов В. А. и др. Новые возможности модернизированных спектральных приборов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. Спецвыпуск. С. 26 – 28.Putmakov A. N., Popov V. I., Labusov V. A., et al. New possibilities of modernized spectral instruments / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2007. Vol. 73. Special Issue. P. 26 – 28 [in Russian].Заксас Н. П., Веряскин А. Ф., Лабусов В. А. Возможности двухструйной дуговой плазмы для прямого анализа проб разной природы / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 1. Ч. II. С. 86 – 88.Zaksas N. P., Veryaskin A. F., Labusov V. A. Possibilities of a two-jet arc plasma for the analysis of direct samples of different nature / Zav. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 1. Part II. P. 86 – 88 [in Russian].Yudelevich I. G., Cherevko A. S., Engelsht V. S., et al. A two-jet plasmatron for the spectrochemical analysis of geological samples / Spectrochim. Acta, Part B. 1984. Vol. 39. N 6. P. 777 – 785. DOI:10.1016/0584-8547(84)80086-5Yudelevich I. G., Cherevko A. S., Engelsht V. S., et al. A two-jet plasmatron for the spectrochemical analysis of geological samples / Spectrochim. Acta. Part B. 1984. Vol. 39. N 6. P. 777 – 785. DOI:10.1016/0584-8547(84)80086-5Заксас Н. П., Шелпакова И. Р., Герасимов В. Г. Атомно-эмиссионное определение микроэлементов в порошковых пробах разной природы с возбуждением спектров в двухструйном дуговом плазматроне / Журн. аналит. химии. 2004. Т. 59. № 3. С. 254 – 260.Zaksas N. P., Shelpakova I. R., Gerasimov V. G. Determination of trace elements in different powdered samples by atomic emission spectrometry with spectral excitation in a two-jet arc plasmatron / J. Anal. Chem. 2004. Vol. 59. N 3. P. 222 – 228. DOI:10.1023/B:JANC.0000018963.03529.e0Черевко А. С., Сысо А. И. Использование многоэлементного атомно-эмиссионного спектрографического анализа природных объектов в эколого-агрохимических исследованиях / Агрохимия. 2010. № 11. С. 70 – 79.Cherevko A. S., Syso A. I. Multielement atomic emission spectrographic analysis of natural objects in environmental and agrochemical research / Agrokhimiya. 2010. Vol. 11. P. 70 – 79 [in Russian].Павлычева Н. К. Спектральные приборы с неклассическими дифракционными решетками. — Казань: Изд. КГТУ, 2003. С. 197.Pavlycheva N. K. Spectral devices with non-classical diffraction gratings. — Kazan: Izd. KGTU, 2003. P. 197 [in Russian].Павлычева Н. К. Оптические схемы дифракционных спектральных приборов: новые технологии — новые возможности / Материалы V Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности». Новосибирск, 2004. http://www.vmk.ru/website/vmk/upload/custom/files/2004-V-simposium.pdf (дата обращения 06.11.2021).Pavlycheva N. K. Optical schemes of diffraction spectral devices: new technologies, new possibilities / Proc. of the V Int. Symp. «Application of MAES analyzers in industry». Novosibirsk, 2004. http://www.vmk.ru/website/vmk/upload/custom/files/2004-V-simposium.pdf (accessed November 6, 2021) [in Russian].Пат. РФ 55525. Герасимов В. А., Лабусов В. А., Саушкин М. С. (ООО «ВМК-Оптоэлектроника», Новосибирск). Двухструйный дуговой плазматрон для атомно-эмиссионного спектрального анализа. Опубл. 10.08.2006.RF Pat. No. 55525. Gerasimov V. A., Labusov V. A., Sayushkin M. S. (LLC «IMK-Optoelectronics», Novosibirsk). Two-jet arc plasmatron for atomic emission spectral analysis. Publ. 10.08.2006 [in Russian].Пат. РФ 2298889. Герасимов В. А., Лабусов В. А., Саушкин М. С. (ООО «ВМК-Оптоэлектроника», Новосибирск). Двухструйный дуговой плазматрон для атомно-эмиссионного спектрального анализа. Опубл. 10.05.2007.RF Pat. No. 2298889. Gerasimov V. A., Labusov V. A., Sayushkin M. S. (LLC VMK-Optoelectronics, Novosibirsk). Two-jet arc plasmatron for atomic emission spectral analysis. Publ. 10.05.2007 [in Russian].Гаранин А. А., Неклюдов О. А., Петроченко Д. В. и др. Программное обеспечение атомного спектрального анализа «Атом» / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. Ч. II. С. 103 – 111. DOI:10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-103-111Garanin A. A., Neklyudov O. A., Petrochlenko D. V., et al. «Atom» software for atomic spectral analysis / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2019. Vol. 85. N 1. Part. II. P. 103 – 111 [in Russian]. DOI:10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-103-111Сарыг-оол Б. Ю., Букреева Л. Н., Мягкая И. Н. и др. Влияние химической пробоподготовки на определение высоких содержаний редкоземельных и высокозарядных элементов в геологических образцах методами ИСП-АЭС и ИСП-МС (на примере пород и руд месторождения «Томтор») / Журн. СФУ. Химия. 2020. Т. 13. № 4. С. 593 – 605. DOI:10.17516/1998-2836-0208Saryg-ool B. Yu., Bukreeva L. N., Myagkaya I. N., et al. Influence of sample digestion on the determination of high contents of rare-earth and high field strength elements in geological samples by ICP-AES and ICP-MS (case study of the Tomtor deposit) / J. Sib. Fed. Univ. Chem. 2020. Vol. 13. N 4. P. 593 – 605. DOI:10.17516/1998-2836-0208Лазарева Е. В., Жмодик С. М., Добрецов Н. Л. и др. Главные рудообразующие минералы аномально богатых руд месторождения Томтор (Арктическая Сибирь) / Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 6. С. 1080 – 1115. DOI:10.15372/GiG20150603Lazareva E. V., Zhmodik S. M., Tolstov A. V., et al. Main minerals of abnormally high-grade ores of the Tomtor deposit (Arctic Siberia) / Rus. Geol. Geophys. 2015. Vol. 56. N 6. P. 844 – 873. DOI:10.1016/j.rgg.2015.05.003Коноплев А. Д., Толстов А. В., Васильев А. Т. и др. Особенности локализации редкометального оруденения на месторождении Томтор. Редкометально-урановое рудообразование в осадочных породах. — М.: Наука, 1995. С. 223 – 241.Konoplev A. D., Tolstov A. V., Vasilyev A. T., et al. Features of the localization of reductional mineralization at the Tomtor deposit. Redqueto-uranium ore formation in sedimentary rocks. — Moscow: Nauka, 1995. P. 223 – 241 [in Russian].Минерагения кор выветривания карбонатитов. Методическое руководство / Под ред. Н. В. Межеловского. — М.: Геокарт, ГеоС, 2011. — 308 с.Minerage core weathering carbonatites: a handbook / N. V. Mezhelovskiy, Ed. — Moscow: Geokart, Geos, 2011. P. 30 [in Russian].Зайдель А. Н., Прокофьев В. К., Райский С. М., Шрейдер Е. Я. Таблица спектральных линий. — М.: Наука, 1977. — 798 с.Zaidel’ A. N., Profof’ev V. K., Raisky S. M., Shreider E. Ya. Tables of spectral lines. — Moscow: Nauka, 1977. — 798 p. [in Russian].Шавекин А. С., Купцов А. В., Заякина С. Б., Аношин Г. Н. Сравнение результатов сцинтилляционного анализа полученных с использованием установки «Поток» и дугового двухструйного плазмотрона «Факел» / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 1. Ч. 2. С. 97 – 100.Shavekin A. S., Kuptsov A. V., Zayakina S. B., et al. Comparison of the results of scintillation atomic emission analysis obtained on spectral system «Potok» and a two-jet arc plasmatron «Fakel» / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 2. Part II. P. 97 – 100 [in Russian].Шавекин А. С., Заякина С. Б., Сарыг-оол Б. Ю. и др. Определение рудных содержаний редкоземельных элементов в геологических образцах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с дуговым двухструйным плазмотроном / Журн. СФУ. Химия. 2021. Т. 14. № 1. С. 59 – 71. DOI:10.17516/1998-2836-0216Shavekin A. S., Zayakina S. B., Saryg-ool B. Yu., et al. Determination of ore contents of rare earth elements in geological samples by atomic emission spectrometry with arc two-jet plasmatron / J. Sib. Fed. Univ. Chem. 2020. Vol. 13. N 4. P. 59 – 71 [in Russian]. DOI:10.17516/1998-2836-0216

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