高纯稀土氧化物中其他稀土元素分析

宋丽平

（江西省钨与稀土产品质量监督检验中心，江西 赣州 341000）

稀土作为一种珍贵的战略金属资源，具有其他材料无法代替、优异的光、磁、电性能，在各项材料及产品的应用中能有效改善材料及产品性能，增加产品品种。由于稀土作用大、用量少，已经成为了用于改善产品结构、提高科技质量的重要元素，被广泛应用于玻璃、陶瓷、农业、军事、冶金等多个领域。随着发光材料、陶瓷材料、磁性材料、电子陶瓷、光功能晶体、以及高纯稀土镀膜材料等高端应用，高性能、高纯度和开拓新应用是稀土材料发展趋势目标。高纯稀土需求量的增加，成为相关领域极具研究价值的新技术。随着工业与科技的发展，检测技术与检测仪器的不断进步，稀土相关检测要求也在不断提高。高纯稀土检测中对其他稀土元素检测方法灵敏度要求较高，检测较为困难。以往高纯稀土检测采用固体样品发射光谱仪，随着ICP-AES分析灵敏度的提升，其精密度、线性范围以及检测元素能力等都得到了提升。由于稀土元素中光谱线较为丰富，检测过程受光谱干扰较为严重，在大量复杂基体存在情况下，由于高纯稀土直接测定时存在基体干扰和杂质含量太低的影响，因此通过分析高纯稀土氧化物质荷比，利用ICP-MS法测定高纯稀土中微量稀土杂质方法，根据实际应用目标，选择合适分离条件，在优化仪器测定条件下，使稀土杂质检测限度为1×10-8%～5×10-7%，虽能够满足稀土检测需求，但对于更加精细检测仍需寻找其他解决方法。而高纯稀土中不仅需要对非稀土杂质进行检测，同样需要对高纯稀土中其他共存稀土元素作出检测。由于稀土中元素间化学性质十分相似，分离检测非常复杂。而高纯稀土分析检测技术作为高纯稀土生产与应用的基础，通过对高纯稀土氧化物中其他稀土元素分析，从而进一步满足高纯稀土生产需求，为今后稀土产业发展提供一定帮助[1]。

1 实验材料

根据高纯稀土标准规定，需要满足稀土纯度高于99.99%的稀土金属或化合物，而目前稀土生产技术多采用萃取分离方法来获得高纯稀土氧化物。由于稀土获得主要同稀土盐融解电解，因此稀土金属纯度远低于其他氧化物。由于稀土元素之间化学性质十分相似，对稀土氧化物中其他稀土元素采用化学分析法检测十分困难，目前现有分光光度法、EDTA滴定法以及稀土草酸盐沉淀重量法，主要应用在稀土总量测定上，仪器分析法是目前测定单一稀土元素的最有效的方法，因此实验采用7500a型ICP-MS仪器（Model Agilent 7500a，Hewlett- Packard），其实验操作参数，如表1所示：

表1 实验操作参数

2 测试方法

实验中，取50.00 mg高纯氧化Nd置于烧杯中，加入5 mL（1+1）（v/v）HNO3，并进行低温溶解。其冷却后转入容量瓶中。将稀土氧化物配制的稀土元素储备液（1 g·L-1），稀释为浓度为100 mg·L-1、20 mg·L-1、10 mg·L-1、1 mg·L-1的测试溶液各一份，用以研究元素氧化物生产效果，用以分析各种稀土氧化物的不同稀土元素产生效果。实验采用熔融制样法，对样品重复制备10次样片，按照测定条件对样本进行测定后，再对其中一个样品重复测定10次，统计实验结果[2]。

根据测定条件与测定时间限制，计算样本中各元素平均含量，以三倍标准偏差计算方法检出限。设其置信度为95%，其检出限计算为：

其中，m 为1μg/g含量的计数率；Ib为背景计数率；tb为背景测试时间。

3 实验结果分析

3.1 不同载气流速条件下元素分析

实验条件下，不同载气流速条件下各元素生成情况，如图1所示：

图1 不同载气流速条件下稀土元素分析

在载气流速控制从0.9 L·min-1至1.2 L·min-1范围变化时，高纯稀土中La、Ce、Nd、Eu、Tm、Yb未发生明显变化，并且保持在一定低水平。但当载气流速超过1.2 L·min-1时，LaO+/La+、CeO+/Ce+以及NdO+/Nd+的比值出现急剧上升的情况。但在这一变化过程中，Eu、Tm和Yb的比值变化相对较小。因此，其他元素测定在较低的载气流量条件下进行，才能获得稳定的REO+/RE+比。如果载气流速过高时，单位时间内进入ICP中的气溶胶的数量急剧增大，当其超出ICP光源承受能力时，REO+/RE+比值大幅度增加。而不同载气流速各元素中，EuO、TmO以及YbO受影响不大。

3.2 高纯稀土氧化物元素分析

在实验中保证各类氧化物保持水平较低且比较稳定条件下，对因基体引起的质谱干扰进行校正后，分析高纯稀土氧化物中各元素物质，如表2所示：

表2 高纯稀土氧化物中各类稀土元素分析结果

3.3 高纯稀土氧化物中干扰分析

在实验条件下，分析高纯稀土氧化物中其可能被其他元素干扰情况，如表3所示：

表3 高纯稀土氧化物中干扰分析

实验中可以看出，165Ho受到干扰较小，而159Tb干扰较大，不同元素对稀土氧化物干扰情况也不同。

4 结论

通过实验结果分析可以看出，在不同载体流速实验条件下，当载体流速达到一定阈值时，高纯稀土氧化物与其他稀土元素比值会出现急剧上升情况。可以断定，不同载气流体下高纯稀土氧化物及其他氧化物含量不同。为此，实验在稳定载气流速条件下进行。在对其因基体质谱干扰校正后，分析出高纯稀土中各类稀土元素后，分析各元素干扰情况。高纯稀土中165Ho，只受到Nd的氢氧化物干扰，而159Tb，受到142NdOH和l43NdO的双重干扰。利用元素分析仪器与相关技术相结合，能够完成高纯稀土氧化物中其他稀土元素分析检测后，有效降低其他元素对高纯稀土氧化物干扰。高纯稀土氧化物中其他稀土元素的检测，能够有效完成高纯稀土氧化物分析检测工作，其在实际中的应用能够为今后稀土工作发展提供一定帮助。