Анализ наноматериалов на основе оксида индия и оксида цинка методом атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с электротермической атомизацией и источником непрерывного спектра

Наноматериалы на основе оксидов цинка и индия можно модифицировать путем внесения добавок (модификаторов) для получения необходимых электрических или оптических свойств: например, специфичность этих наноматериалов по отношению к токсичным газам обеспечивают посредством иммобилизации на поверхности ZnO и In₂O₃ наночастиц Au, Ag и др. Важную роль при этом играет контроль состава этого материала для установления зависимости «содержание модификаторов — функциональные свойства». Данная работа посвящена разработке методического подхода к многоэлементному определению добавок (далее по тексту — модификаторы) Ag, Au и матричных элементов в наноматериалах на основе оксидов цинка и индия методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией (ЭТААС) и источником непрерывного спектра. Матрицей синтезированных наноматериалов (НМ) является соответствующий оксид с возможным дефицитом кислорода из-за температурных условий синтеза (300 – 700 °C), а содержание модификаторов (Ag, Au) изменяется от 1 до 3 % масс. Найдены наиболее подходящие условия пиролиза и атомизации для последовательного многоэлементного атомно-абсорбционного анализа: температура пиролиза при определении Ag, Au (для обоих оксидов), In и Zn составляет 1000, 1600, 1200 и 900 °C соответственно; температура атомизации при определении Ag, Au (для НМ на основе оксида индия), Au (для НМ на основе оксида цинка), In и Zn — 1800, 2200, 2100, 2200 и 1500 °C соответственно. Достигнута точность определения аналитов 1 – 4 % отн. Правильность результатов подтверждена методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Разработанная методика позволяет контролировать состав синтезированных наноматериалов для их более эффективного применения в производстве химических сенсоров при обнаружении таких вредных соединений, как CO, NO₂, NH₃, а также в фотовольтаике.

1. Sosnin D. V., Kudryashov D. A., Gudovskikh S. A., Zelentsov K. S. Electrical and optical properties of nanosized films of doped zinc and indium oxides deposited by RF magnetron sputtering at room temperature / Tech. Phys. Letters. 2015. Vol. 11. N 8. P. 804 – 806. DOI: 10.1134/S1063785015080325.

2. Krivetskiy V. V., Rumyantseva M. N., Gaskov A. M. Chemical modification of nanocrystalline tin dioxide for selective gas sensors / Russ. Chem. Rev. 2013. Vol. 82. N 10. P. 917 – 941. DOI: 10.1070/RC2013v082n10ABEH004366.

3. Krivetskiy V., Ponzoni A., Comini E., et al. Selectivity Modification of SnO2-Based Materials for Gas Sensor Arrays / Electroanalysis. 2010. Vol. 22. N 23. P. 2809 – 2816. DOI: 10.1002/elan.201000277.

4. Xu L., Zhang H., Tian Y., et al. Photochemical synthesis of ZnO@Au nanorods as an advanced reusable SERS substrate for ultrasensitive detection of light-resistant organic pollutant in wastewater / Talanta. 2019. Vol. 194. P. 680 – 688. DOI: 10.1016/j.talanta.2018.10.060.

5. Vorobyeva N., Rumyantseva M., Filatova D. et al. Highly Sensitive ZnO(Ga, In) for Sub-ppm Level NO2 Detection: Effect of Indium Content / Chemosensors. 2017. Vol. 5. N 2. P. 18(1) – 18(11). DOI: 10.3390/chemosensors5020018.

6. An S., Park S., Ko H., et al. Enhanced ethanol sensing properties of multiple networked Au-doped In2O3 nanotube sensors / J. Phys. Chem. Solids. 2013. Vol. 74. N 7. P. 979 – 984. DOI: 10.1016/j.jpcs.2013.02.016.

7. Naberezhnyi D., Rumyantseva M., Filatova D., et al. Effects of Ag Additive in Low Temperature CO Detection with In2O3 Based Gas Sensors / Nanomaterials. 2018. Vol. 8. N 10. P. 801(1) – 801(15). DOI: 10.3390/nano8100801.

8. Mishra R. K., Zachariah A. K., Thomas S. (eds.). Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy Techniques for Nanomaterial. In book: Microscopy Methods in Nanomaterials Characterization. Chapter 12. P. 383 – 405. — Amsterdam: Elsevier, 2017. DOI: 10.1016/B978-0-323-46141-2.00012-2.

9. Pathak T. K., Kroon R. E., Swart H. C. Photocatalytic and biological applications of Ag and Au doped ZnO nanomaterial synthesized by combustion / Vacuum. 2018. Vol. 157. P. 508 – 513. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.09.020.

10. Filatova D. G., Eskina V. V., Barampvskaya V. B., et al. Determination of gold and cobalt dopants in advanced materials based on tin oxide by slurry sampling high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry / Spectrochim. Acta, Part B. 2018. Vol. 140. P. 1 – 4. DOI: 10.1016/j.sab.2017.12.003.

11. Filatova D. G., Alov N. V., Vorobyeva N. A., et al. Quantification of modifiers in advanced materials based on zinc oxide by total reflection X-ray fluorescence and inductively coupled plasma mass spectrometry / 2016. Vol. 118. P. 62 – 65. DOI: 10.1016/j.sab.2016.02.008.

12. Turkin A. A., Chizhov A. S., Seregina I. F., et al. Determination of Gold and Antimony in Advanced Materials Based on Tin Dioxide Using Inductively Coupled PlasmaMass Spectrometry / Inorg. Mater. 2015. Vol. 51. N 14. P. 1420 – 1422. DOI: 10.1134/S0020168515140113.

13. Tricoli A., Graf M., Pratsinis S. E. Optimal doping for enhanced SnO2 sensitivity and thermal stability / Adv. Funct. Mater. 2008. Vol. 18. P. 1969 – 1976. DOI: 10.1002/adfm.200700784.

14. Mädler L., Roessler A., Pratsinis S. E., et al. Direct formation of highly porous gas-sensing films by in situ thermophoretic deposition of flame-made Pt/SnO2 nanoparticles / Sens Actuators B. 2006. Vol. 114. N 1. P. 283 – 295. DOI: 10.1016/j.snb.2005.05.014.

15. Krotova A. A., Prikhodko K. Ya., Vladimirova S. A., Filatova D. G. Determination of nickel, zinc and cobalt in advanced materials based on NixCo3 – xO4 and ZnxCo3 – xO4 by inductively coupled plasma mass spectrometry and X-ray fluorescence / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2018. Vol. 84. N 1. P. 10 – 13 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-1-I-10-13.

16. Nomenclature, symbols, units and their usage in spectrochemical analysis. II. Data interpretation. Analytical chemistry division / Spectrochim. Acta, Part B. 1978. Vol. 33. N 6. P. 241 – 245. DOI: 10.1016/0584-8547(78)80044-5.

17. Currie L. A. Nomenclature in evaluation of analytical methods including detection and quantification capabilities (IUPAC Recommendations 1995) / Pure Appl. Chem. 1995. Vol. 67. N 10. P. 1699 – 1723. DOI: 10.1351/pac199567101699.

18. Mocak J., Bond A. M., Mitchell S., Scollarry G. A statistical overview of standard (IUPAC and ACS) and new procedures for determining the limits of detection and quantification: Application to voltammetric and stripping techniques (Technical Report) / 1997. Pure Appl. Chem. 1997. Vol. 69. N 2. P. 297 – 328. DOI: 10.1351/pac199769020297.