zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-11-34-40zldm-2655Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISОпределение формы нахождения ниобия и тантала по рентгенофлуоресцентным спектрам с использованием волнового спектрометра «Спектроскан Макс-GVM»Niobium and tantalum speciation by X-ray fluorescence spectra using the wavelength spectrometer «Spectroscan max-GVM»АхметжановТ. Ф.AkhmetzhanovT. F.

Тимур Фаритович Ахметжанов 

119071, Москва, Ленинский просп., д. 31

Timur F. Akhmetzhanov 

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071

МарьинаГ. Е.MarinaG E.

Галина Евгеньевна Марьина 

119071, Москва, Ленинский просп., д. 31

Galina E. Marina 

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071

МежеваяЛ. Ю.MezevajaL Yu.

Лилия Юрьевна Межевая

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4

Lilija Yu. Mezevaja 

4, Leninsky prosp., Moscow, 119049

ФилипповМ. И.FilippovM. N.

Михаил Николаевич Филиппов

119071, Москва, Ленинский просп., д. 31; 119049, Москва, Ленинский просп., д. 4

 

Mikhail N. Filippov

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071; 4, Leninsky prosp., Moscow, 119049

mn@filippov.org.ruИнститут общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАНРоссияKurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the RASRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology «MISIS»Russian FederationИнститут общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияKurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the RAS; National University of Science and Technology «MISIS»Russian Federation20252611202591113440Copyright © Ахметжанов Т.Ф., Марьина Г.Е., Межевая Л.Ю., Филиппов М.И., 20252025Ахметжанов Т.Ф., Марьина Г.Е., Межевая Л.Ю., Филиппов М.И.Akhmetzhanov T.F., Marina G.E., Mezevaja L.Y., Filippov M.N.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/2655

Исследована возможность определения формы нахождения тантала и ниобия в различных соединениях (металлические Ta и Nb, TaH, NbH, Ta2O5, Nb2O5) с помощью отношения интенсивностей линий характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) этих элементов. Эксперимент проведен c использованием серийного рентгенофлуоресцентного спектрометра со средним разрешением «Спектроскан Макс-GVM». Для расчета относительной интегральной интенсивности использовали линии L-серии тантала в диапазоне 1000 – 1450 мÅ и L-серии ниобия (5000 – 5400 мÅ). Поскольку различия в соотношении интенсивностей линий ХРИ для разных форм нахождения элементов невелики, особое внимание было уделено обработке спектров для выделения сглаженных интенсивностей линий в выбранных спектральных диапазонах. Предложенный подход позволяет различить все три соединения Ta по интенсивности контура линии TaLβ5,7 после обработки спектра и нормировки на интенсивность линии TaLβ1. В случае ниобия удалось отличить оксид от чистого металла и его гидрида по отношению интенсивностей линий NbLγ1 и NbLβ3,4. Отличить металл от его гидрида таким способом не удалось. Предлагаемый режим регистрации спектров совместим с используемым в стандартной схеме рентгенофлуоресцентного анализа, что в принципе позволяет определять элементный состав и форму нахождения аналитов в одном эксперименте.

The possibility of determining the speciation of tantalum and niobium in various compounds (metallic Ta and Nb, TaH, NbH, Ta2O5, and Nb2O5) using the ratio of the intensities of the characteristic emission lines of these elements was investigated. The «Spectroscan Max-GVM» commercial medium-resolution X-ray fluorescence spectrometer was used for experiment. Tantalum L-series lines in the range of 1000 – 1450 mÅ and niobium L-series lines (5000 – 5400 mÅ) were used to calculate the relative integral intensity. Since the difference in the ratios of characteristic emission lines intensities for different element speciation are small, special attention was paid to spectra processing for selection of smoothed line intensities in the spectral ranges chosen. The proposed approach allowed to distinguish Ta compounds using both the intensity ratios of high-lying/low-lying transitions and two low-lying transitions. It was also possible to distinguish all three of Ta speciation forms using the ratio of the most intense (Lβ2,15/Lβ1) lines of the L-series. In the case of Nb, it was possible to distinguish the oxide from the pure metal and its hydride by the ratio of NbLγ1 and NbLβ3,4 intensities, however the proposed approad didn’t allow to distinguish the metal from its hydride. The proposed spectral recording mode is compatible with the mode used in the standard X-ray fluorescence analysis scheme, which, in principle, allows the determination of the elemental composition and form of presence of analytes in a single experiment.

форма нахождения тантала и ниобиярентгенофлуоресцентные спектрыинтегральная интенсивность линииniobium and tantalum speciationX-ray fluorescence spectraintegral intensity of the lineРабота выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания ИОНХ РАН.ReferencesВайнштейн Э. Е. Рентгеновские спектры атомов в молекулах химических соединений и сплавах. — М.: Изд-во АН СССР, 1950. — 206 с.Vainshtein E. E. X-ray spectra of atoms in molecules of chemical compounds and alloys. — Moscow: Izd. AN SSSR, 1950. — 206 p. [in Russian].Блохин М. А. Физика рентгеновских лучей. — М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1957. — 518 с.Blokhin M. A. Physics of X-rays. — Moscow: Gos. Izd. Tekhn. Teor. Liter., 1957. — 518 p. [in Russian].Майзель А., Леонхардт Г., Сирган Р. Рентгеновские спектры и химическая связь. — Киев: Наукова думка, 1981. — 420 с.Meisel A., Leonhardt G., Szargan R. Röntgenspektren und Chemische Bindung. — Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft Geest u. Portig, 1977. — 319 s. [in German].Мазалов Л. Н. Рентгеновские спектры. — Новосибирск: Изд-во ин-та неорганической химии СО РАН, 2003. — 328 с.Mazalov L. N. X-ray spectra. — Novosibirsk: Izd. Inst. Neorg. Khimii SO RAN, 2003. — 328 p. [in Russian].Сумбаев О. И., Петрович Е. В., Смирнов Ю. П. и др. Применение метода малых смещений рентгеновских линий для исследования электронной структуры кристаллохимических связей / Успехи физических наук. 1974. Т. 113. № 6. С. 360 – 361. DOI: 10.3367/ufnr.0113.197406.v0360Sumbaev O. M., Petrovich E. V., Smirnov Yu. P., et al. Use of a method of small X-ray line shifts to investigate the electronic structure of crystal chemical bonds / Sov. Phys. Usp. 1974. Vol. 17. P. 463 – 464. DOI: 10.1070/pu1974v017n03abeh004102Сумбаев О. И. Смещение рентгеновских K-линий при изменениях валентности и изоморфных фазовых переходах в редких землях / Успехи физических наук 1978. Т. 124. № 2. С. 281 – 306. DOI: 10.3367/ufnr.0124.197802c.0281Sumbaev O. M. Shift of K X-ray lines associated with valency change and with isomorphous phase transitions in rare earths / Sov. Phys. Usp. 1978. Vol. 21. P. 141 – 154. DOI: 10.1070/pu1978v021n02abeh005519Овсянникова И. А., Куприянова Т. А., Гольденберг Г. И. Определение валентного состояния и координации атомов по последней эмиссионной линии рентгеновского спектра / Заводская лаборатория. 1987. Т. 53. № 6. С. 45 – 47.Ovsyannikova I. F., Kupriyanova T. A., Goldenberg G. I. Determination of valency states and coordination of the atoms from the last emission line in X-ray spectrum / Indusr. Lab. 1987. Vol. 53. No. 6. P. 529 – 532 [in Russian].Филиппов М. Н., Куприянова Т. А., Лямина О. И. Одновременное определение содержания и формы нахождения элемента в твердом теле рентгенофлуоресцентным методом / Журн. аналит. химии. 2001. Т. 56. № 8. С. 817 – 824.Filippov M. N., Kupriyanova T. F., Lyamina O. I. Simultaneous determination of the concentration of elements and their speciation in solid samples using X-ray fluorescence spectroscopy / J. Anal. Chem. 2001. Vol. 56. No. 8. P. 729 – 735. DOI: 10.1023/a:1016733626879Куприянова Т. А., Филиппов М. Н., Лямина О. И. Исследование влияния химической связи на интегральную интенсивность линий эмиссионного спектра мышьяка / Журн. структурной химии. 2003. Т. 44. № 3. С. 460 – 471.Kupriyanova T. A., Filippov M. N., Lyamina O. I. Chemical band effects on line intensities of arsenic X-ray emission spectrum / J. Struct. Chem. 2003. Vol. 44. No. 3. P. 410 – 419. DOI: 10.1023/b:jory.0000009668.66258.12Раутиан С. Г. Реальные спектральные приборы / Успехи физических наук. 1958. Т. 66. № 11. С. 475 – 517. DOI: 10.3367/ufnr.0066.195811d.0475Rautian S. G. Real spectral apparatus / Sov. Phys. Usp. 1958. Vol. 1. P. 245 – 273. DOI: 10.1070/pu1958v001n02abeh003099Porikli S. Influence of the chemical environment changes on the line shape and intensity ratio values for La, Ce and Pr L lines spectra / Chem. Phys. Lett. 2011. Vol. 508. Nos. 1 – 3. P. 165 – 170. DOI: 10.1016/j.cplett.2011.04.021Porikli S. Influence of the chemical environment changes on the line shape and intensity ratio values for La, Ce and Pr L lines spectra / Chem. Phys. Lett. 2011. Vol. 508. Nos. 1 – 3. P. 165 – 170. DOI: 10.1016/j.cplett.2011.04.021Sato K., Yoneda T., Izumi T., et al. Evaluation of analytical precision of polychromatic simultaneous WDXRF spectrometer and application to valence analysis of cathode materials of lithium-ion batteries / Anal. Chem. 2020. Vol. 92. No. 1. P. 758 – 765. DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03075Sato K., Yoneda T., Izumi T., et al. Evaluation of analytical precision of polychromatic simultaneous WDXRF spectrometer and application to valence analysis of cathode materials of lithium-ion batteries / Anal. Chem. 2020. Vol. 92. No. 1. P. 758 – 765. DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03075Sato K., Nishimura A., Kaino M., Adachi S. Polychromatic simultaneous WDXRF for chemical state analysis using laboratory X-ray source / X-Ray Spectrom. 2017. Vol. 46. P. 330 – 335. DOI: 10.1002/xrs.2797Sato K., Nishimura A., Kaino M., Adachi S. Polychromatic simultaneous WDXRF for chemical state analysis using laboratory X-ray source / X-Ray Spectrom. 2017. Vol. 46. P. 330 – 335. DOI: 10.1002/xrs.2797Chubarov V. Novel application of the X-ray fluorescence method for the determination of FeO content for reference materials characterization / Talanta. 2025. Vol. 282. 126981. DOI: 10.1016/j.talanta.2024.126981Chubarov V. Novel application of the X-ray fluorescence method for the determination of FeO content for reference materials characterization / Talanta. 2025. Vol. 282. 126981. DOI: 10.1016/j.talanta.2024.126981Chubarov V. M. New approach for direct determination of manganese valence state in ferromanganese nodules by X-ray fluorescence spectrometry / Minerals. 2023. Vol. 13. No. 10. 1329. DOI: 10.3390/min13101329Chubarov V. M. New approach for direct determination of manganese valence state in ferromanganese nodules by X-ray fluorescence spectrometry / Minerals. 2023. Vol. 13. No. 10. 1329. DOI: 10.3390/min13101329Malherbe J., Claverie F. Toward chromium speciation in solids using wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry CrKβ lines / Anal. Chim. Acta. 2013. Vol. 773. P. 37 – 44. DOI: 10.1016/j.aca.2013.02.035Malherbe J., Claverie F. Toward chromium speciation in solids using wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry CrKβ lines / Anal. Chim. Acta. 2013. Vol. 773. P. 37 – 44. DOI: 10.1016/j.aca.2013.02.035Durdağı S. P. Chemical environment change analysis on L X-ray emission spectra of some lanthanide compounds / Microchem. J. 2017. Vol. 130. P. 27 – 32. DOI: 10.1016/j.microc.2016.07.025Durdağı S. P. Chemical environment change analysis on L X-ray emission spectra of some lanthanide compounds / Microchem. J. 2017. Vol. 130. P. 27 – 32. DOI: 10.1016/j.microc.2016.07.025Durdağı S., Taşpolat A. Determination of the chemical effect in the lanthanide group of elements using wave dispersive X-ray spectrometry / J. Phys. Chem. Funct. Mater. 2018. Vol. 1. No. 2. P. 1 – 11.Durdağı S., Taşpolat A. Determination of the chemical effect in the lanthanide group of elements using wave dispersive X-ray spectrometry / J. Phys. Chem. Funct. Mater. 2018. Vol. 1. No. 2. P. 1 – 11.Durdağı S., Güzel F. Characterization of the chemical shift and asymmetry indices of praseodium, neodymium, samarium, gadolinium, and terbium compounds by wavelength dispersive X-ray fluorescence (WDXRF) / Instrum. Sci. Technol. 2023. Vol. 51. No. 2. P. 209 – 221. DOI: 10.1080/10739149.2022.2115511Durdağı S., Güzel F. Characterization of the chemical shift and asymmetry indices of praseodium, neodymium, samarium, gadolinium, and terbium compounds by wavelength dispersive X-ray fluorescence (WDXRF) / Instrum. Sci. Technol. 2023. Vol. 51. No. 2. P. 209 – 221. DOI: 10.1080/10739149.2022.2115511Chubarov V. M., Finkelshtein A. L., Skornikova S. A. Determination of platinum valence state in alumina based catalysts by X-Ray fluorescence spectrometry / Spectrochim. Acta. Part B. 2023. Vol. 209. 106803. DOI: 10.1016/j.sab.2023.106803Chubarov V. M., Finkelshtein A. L., Skornikova S. A. Determination of platinum valence state in alumina based catalysts by X-Ray fluorescence spectrometry / Spectrochim. Acta. Part B. 2023. Vol. 209. 106803. DOI: 10.1016/j.sab.2023.106803Kapil A., Kailash, Rani R., et al. Study of chemical effects on L X-rays spectra of 59Pr compounds using high resolution WDXRF and EDXRF measurements / Appl. Radiat. Isot. 2024. Vol. 205. 111185. DOI: 10.1016/j.apradiso.2024.111185Kapil A., Kailash, Rani R., et al. Study of chemical effects on L X-rays spectra of 59Pr compounds using high resolution WDXRF and EDXRF measurements / Appl. Radiat. Isot. 2024. Vol. 205. 111185. DOI: 10.1016/j.apradiso.2024.111185Филиппов М. Н., Межевая Л. Ю., Барановская В. Б. Современные тенденции применения и аналитического контроля ниобия и тантала. Краткий обзор / Аналитика. 2023. Т. 13. № 5. С. 366 – 378. DOI: 10.22184/2227-572x.2023.13.5.366.378Filippov M.N., Mezhevaja L. Yu., Baranovskaia V. B. Current trends in the application and analytical control of niobium and tantalum. Short review / Analytics. 2023. Vol. 13. No. 5. P. 366 – 378 [in Russian]. DOI: 10.22184/2227-572x.2023.13.5.366.378Межевая Л. Ю., Филиппов М. Н., Лямина О. И. и др. Рентгенофлуоресцентный экспресс-анализ технического тантала и ниобия: от сырья до продукта / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 6. С. 5 – 12. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-6-5-12Mezhevaja L. Yu., Filippov M. N., Lyamina O. I., et al. Express X-ray fluorescence analysis of technical-grade tantalum and niobium: from raw materials to products / Inorg. Mater. 2024. Vol. 60. P. 38 – 44. DOI: 10.1134/s0020168524700067Akhmetzhanov T. F., Cherkashina T. Y., Zhilicheva A. N., et al. Total-reflection X-ray fluorescence determination of thorium and uranium in the presence of interfering elements in solid geological objects of natural and technogenic origin / J. Anal. At. Spectrom. 2023. Vol. 38. P. 2664 – 2673. DOI: 10.1039/d3ja00260hAkhmetzhanov T. F., Cherkashina T. Y., Zhilicheva A. N., et al. Total-reflection X-ray fluorescence determination of thorium and uranium in the presence of interfering elements in solid geological objects of natural and technogenic origin / J. Anal. At. Spectrom. 2023. Vol. 38. P. 2664 – 2673. DOI: 10.1039/d3ja00260h

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