Определение формы нахождения ниобия и тантала по рентгенофлуоресцентным спектрам с использованием волнового спектрометра «Спектроскан Макс-GVM»

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 TaLβ_5,7 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 NbLβ_3,4. 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.

1. Вайнштейн Э. Е. Рентгеновские спектры атомов в молекулах химических соединений и сплавах. — М.: Изд-во АН СССР, 1950. — 206 с.

2. Блохин М. А. Физика рентгеновских лучей. — М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1957. — 518 с.

3. Майзель А., Леонхардт Г., Сирган Р. Рентгеновские спектры и химическая связь. — Киев: Наукова думка, 1981. — 420 с.

4. Мазалов Л. Н. Рентгеновские спектры. — Новосибирск: Изд-во ин-та неорганической химии СО РАН, 2003. — 328 с.

5. 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.v0360

6. Сумбаев 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.0281

7. Овсянникова 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.

8. 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.

9. Куприянова 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.

10. Раутиан С. Г. Реальные спектральные приборы / Успехи физических наук. 1958. Т. 66. № 11. С. 475 – 517. DOI: 10.3367/ufnr.0066.195811d.0475

11. Porikli 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.2011.04.021

12. Sato 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.9b03075

13. Sato 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.2797

14. Chubarov 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.2024.126981

15. Chubarov 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/min13101329

16. Malherbe 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.2013.02.035

17. Durdağı 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.2016.07.025

18. 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.

19. 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: 10.1080/10739149.2022.2115511

20. Chubarov 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.2023.106803

21. Kapil 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.2024.111185

22. Филиппов 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.2023.13.5.366.378

23. Межевая 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: 10.26896/1028-6861-2023-89-6-5-12

24. Akhmetzhanov 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