zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2023-89-6-5-12zldm-1943Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISРентгенофлуоресцентный экспресс-анализ технического тантала и ниобия: от сырья до продуктаExpress X-ray fluorescent analysis of technical-grade tantalum and niobium: from raw materials to productsМежеваяЛ. Ю.MezhevayaL. Yu.

Лилия Юрьевна Межевая

119049, Москва, Ленинский проспект, д. 4

Liliya Yu. Mezhevaya

4, Leninsky prosp., Moscow, 119049

ФилипповМ. Н.FilippovM. N.

Михаил Николаевич Филиппов

119049, Москва, Ленинский проспект, д. 4

Москва, 119991, Ленинский проспект, д. 31

Mikhail N. Filippov

4, Leninsky prosp., Moscow, 119049

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071

mn@filippov.org.ruЛяминаО. И.LyaminaO. I.

Ольга Игоревна Лямина

Москва, 119991, Ленинский проспект, д. 31

Olga I. Lyamina

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071

МарьинаГ. Е.Mar’inaG. E.

Галина Евгеньевна Марьина

Москва, 119991, Ленинский проспект, д. 31

Galina E. Mar’ina

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071

АрхипенкоА. А.ArkhipenkoA. A.

Василиса Борисовна Барановская

Москва, 119991, Ленинский проспект, д. 31

Aleksandra A. Arkhipenko

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071

БарановскаяВ. Б.BaranovskayaV. B.

119049, Москва, Ленинский проспект, д. 4

Москва, 119991, Ленинский проспект, д. 31

Vasilisa B. Baranovskaya

4, Leninsky prosp., Moscow, 119049

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071

Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology «MISIS»Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»; Институт общей и неорганической химии им. Н. С. КурнаковаРоссияNational University of Science and Technology «MISIS»; Kurnakov Institute of General and Inorganic ChemistryRussian FederationИнститут общей и неорганической химии им. Н. С. КурнаковаРоссияKurnakov Institute of General and Inorganic ChemistryRussian Federation202321062023896512Copyright © Межевая Л.Ю., Филиппов М.Н., Лямина О.И., Марьина Г.Е., Архипенко А.А., Барановская В.Б., 20232023Межевая Л.Ю., Филиппов М.Н., Лямина О.И., Марьина Г.Е., Архипенко А.А., Барановская В.Б.Mezhevaya L.Y., Filippov M.N., Lyamina O.I., Mar’ina G.E., Arkhipenko A.A., 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/1943

Существующие подходы к определению примесей в материалах на основе Ta и Nb предполагают перевод пробы в раствор с последующим выделением примесей. Эта процедура является достаточно сложной и занимает много времени. В связи с этим представляет интерес исследование возможностей прямого, в частности, рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) твердых проб этих материалов. Обычная схема РФА, предполагающая экспериментальное построение градуировочных характеристик для каждого определяемого элемента, требует большого количества образцов сравнения, содержащих весьма широкий набор примесей. В настоящей работе проведена предварительная характеризация образцов технического тантала и ниобия и изделий на их основе. Показано, что для исходных материалов методом РФА можно установить только значимое отсутствие примесей, однако уже для спеченного гидрида ниобия и порошка тантала РФА можно использовать для экспресс-оценки состава. Для анализа предложено применять кристалл-дифракционный спектрометр «Спектроскан Макс-GVM», а для построения градуировки использовать штатное программное обеспечение, реализующее метод фундаментальных параметров (МФП). В этом случае получаемые содержания примесей могут отличаться на 1 – 2 порядка величины от опорных значений. Такой точности часто достаточно для корректировки технологических процессов. Установлены пределы обнаружения примесей методом РФА в материалах на основе Ta и Nb: для элементов, определяемых по линиям K-серии (от Ti до Co), предел обнаружения лежит в диапазоне от 30 до 60 млн–1. Для элементов, определяемых по линиям M-серии (Ta), предел обнаружения составляет примерно 200 млн–1, по линиям L-серии (Nb) — от 100 до 150 млн–1.

Determination of impurities in Ta- and Nb-based materials is a necessary operation in supporting technological processes. The existing approaches involve the transfer of a sample into a solution with subsequent isolation of impurities. This procedure is rather complicated and takes a lot of time. For this reason, it is of interest to study the possibilities of direct analysis of solid-phase samples of materials, e.g., X-ray fluorescence analysis (XRF). The usual scheme of X-ray fluorescence analysis, which involves the experimental construction of calibration characteristics for each element to be determined, requires using a large number of reference samples containing a rather wide range of impurities. We present the results of preliminary characterization of samples of technical-grade tantalum and niobium and products on their base. It is shown that for starting materials, only a significant absence of impurities can be determined using XPA, but even for sintered niobium hydride and Ta powder, XPA can be used as a method for rapid assessment of the composition. A SPECTROSCAN MAX GVM crystal-diffraction spectrometer can be used for analysis and a standard software that implements the fundamental parameter method (FPA) can be used for calibration. In this case, the obtained values of the content of impurities may differ by 1 – 2 orders of magnitude from the reference values. However, such an accuracy is often enough to correct technological processes. The limits of detecting impurities by XRF in Ta- and Nb-based materials are revealed: for elements determined by K-series (from Ti to Co), the detection limits lie in the range from 30 to 60 ppm, whereas for the elements determined by M-series (Ta) the detection limit is approximately 200 ppm and for L-series (Nb) the detection limit is in the range from 100 to 150 ppm.

танталниобийматериалы на основе Nb и Taанализ твердых пробрентгенофлуоресцентный экспресс-анализtantalumniobiumTa- and Nb-based materialsanalysis of solid samplesexpress X-ray fluorescence analysisReferencesМосичев В. И., Николаев Г. И., Калинин Б. Д. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Методы атомной спектроскопии. Атомно-эмиссионный, атомно-абсорбционный и рентгенофлуоресцентный анализ: справ. Т. 2. — СПб.: НПО «Профессионал», 2006. — 716 с.Mosichev V. I., Nikolaev G. I., Kalinin B. D. Metals and alloys. Analysis and research. Methods of atomic spectroscopy. Atomic emission, atomic absorption and X-ray fluorescence analysis: Guide. Vol. 2. — St. Petersburg: NPO «Professional», 2006. — 716 p. [in Russian].Карпов Ю. А., Барановская В. Б. Проблемы стандартизации методов химического анализа в металлургии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. Ч. II. С. 5 – 14. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-5-14Karpov Yu. A., Baranovskaya V. B. Issues of standardization of the methods of chemical analysis in metallurgy / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2019. Vol. 85. N 1. Part II. P. 5 – 14 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-5-14Карпов Ю. А., Барановская В. Б. Методы анализа редких и благородных металлов — пути развития / Аналитика. 2019. Т. 9. С. 40 – 47. DOI: 10.22184/2227-572X.2019.09.1.40.47Karpov Yu. A., Baranovskaya V. B. Methods for the analysis of rare and precious metals — ways of development / Analytika. 2019. Vol. 9. N 1. P. 40 – 47 [in Russian]. DOI: 10.22184/2227-572X.2019.09.1.40.47Суворова Д. С., Худоногова Е. В., Ревенко А. Г. Разработка методики рентгенофлуоресцентного определения содержаний Ga, Hf и Ta в редкоземельных рудах / Аналитика и контроль. 2016. Т. 20. ¹ 4. С. 344 – 354. DOI: 10.15826/analitika.2016.20.4.009Suvorova D., Khudonogova E., Revenko A. Development of the XRF determination technique for the Ga, Hf, and Ta contents in rare earth ores / Analit. Kontrol’. 2016. Vol. 20. N 4. P. 344 – 354 [in Russian]. DOI: 10.15826/analitika.2016.20.4.009Suvorova D., Khudonogova E., Revenko A. X-ray fluorescence determination of Cs, Ce, Nd, and Ta concentrations in rocks of various composition / X-Ray Spectrom. 2017. Vol. 46. N 3. P. 200 – 208. DOI: 10.1002/xrs.2747Suvorova D., Khudonogova E., Revenko A. X-ray fluorescence determination of Cs, Ce, Nd, and Ta concentrations in rocks of various composition / X-Ray Spectrom. 2017. Vol. 46. N 3. P. 200 – 208. DOI: 10.1002/xrs.2747Лосев Н. Ф. Количественный рентгеноспектральный флуоресцентный анализ. — М.: Наука, 1969. — 336 с.Losev N. F. Quantitative X-ray fluorescent analysis. — Moscow: Nauka, 1969. — 336 p. [in Russian].Ревенко А. Г. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ природных материалов. — Новосибирск: Наука, 1994. — 264 с.Revenko A. G. X-ray spectral fluorescence analysis of natural materials. — Novosibirsk: Nauka, 1994. — 264 p. [in Russian].Жижин И. П., Калинин Б. Д., Литинский А. В. и др. Рентгенофлуоресцентные спектрометры серии «Спектроскан Макс». Аналитические характеристики / Аналитика и контроль. 2002. Т. 6. № 4. С. 463 – 469.Zhizhin L. P., Kalinin B. D., Liunski A. V., et al. X-ray fluorescence spectrometers «Spectroscan Maks». Analytical parameters / Analit. Kontrol’. 2002. Vol. 6. N 4. P. 463 – 469 [in Russian].Борходоев В. Я. О связи пределов обнаружения и определения в рентгенофлуоресцентном анализе / Журн. аналит. химии. 2015. Т. 70. № 11. С. 1143 – 1148. DOI: 10.7868/S0044450215090042Borkhodoev V. Ya. About a correlation between the limits of detection and determination in X-ray fluorescence analysis / J. Anal. Chem. 2015. Vol. 70. N 11. P. 1307 – 1312. DOI: 10.1134/S106193481509004XБорходоев В. Я. О пределе обнаружения в рентгенофлуоресцентном анализе / Журн. аналит. химии. 2014. Т. 69. ¹ 11. С. 1141 – 1146. DOI: 10.7868/S0044450214110024Borkhodoev V. Ya. About the limit of detection in X-ray fluorescence analysis / J. Anal. Chem. 2014. Vol. 69. N 11. P. 1041 – 1046. DOI: 10.1134/S1061934814110021Sherman J., Winifred J. M. Adjustment of an Inverse Matrix Corresponding to Changes in the Elements of a Given Column or a Given Row of the Original Matrix / Ann. Math. Stat. 1950. Vol. 21. N 1. P. 124 – 127. DOI: 10.1214/aoms/1177729893Sherman J., Winifred J. M. Adjustment of an Inverse Matrix Corresponding to Changes in the Elements of a Given Column or a Given Row of the Original Matrix / Ann. Math. Stat. 1950. Vol. 21. N 1. P. 124 – 127. DOI: 10.1214/aoms/1177729893Бондаренко А. В., Белоновский А. В., Кацман Я. М. Применение метода фундаментальных параметров при рентгенофлуоресцентном анализе пульповых продуктов обогащения руд / Горная промышленность. 2021. ¹ 5 – 2. С. 84 – 88.Bondarenko A. V., Belonovsky A. V., Katzman Ya. M. Application of fundamental parameter method in X-ray fluorescence Analysis of Pulp Products in Ore Concentration / Gorn. Prom. 2021. N 5 – 2. P. 84 – 88 [in Russian].Mantler M., Willis J., Lachance G., et al. Quantitative analysis / Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis, B. Beckhoff, B. Kanngießer, N. Langhoff, R. Wedell, H. Wolff, Eds. — Berlin – Heidelberg: Springer, 2006. P. 309 – 410. DOI: 10.1007/978-3-540-36722-2_5Mantler M., Willis J., Lachance G., et al. Quantitative analysis / Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis, B. Beckhoff, B. Kanngießer, N. Langhoff, R. Wedell, H. Wolff, Eds. — Berlin – Heidelberg: Springer, 2006. P. 309 – 410. DOI: 10.1007/978-3-540-36722-2_5Борходоев В. Я. Рентгенофлуоресцентный анализ горных пород способом фундаментальных параметров. — Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1999. — 279 с.Borkhodoev V. Ya. X-ray fluorescence analysis of rocks by the method of fundamental parameters. — Magadan: SVKNII FEB RAN, 1999. — 279 p. [in Russian].Rousseau R. Corrections for matrix effects in X-ray fluorescence analysis — A tutorial / Spectrochim. Acta. B. 2006. Vol. 7. P. 759 – 777. DOI: 10.1016/j.sab.2006.06.014Rousseau R. Corrections for matrix effects in X-ray fluorescence analysis — A tutorial / Spectrochim. Acta. B. 2006. Vol. 7. P. 759 – 777. DOI: 10.1016/j.sab.2006.06.014

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