Применение масс-спектральных методов для аналитического контроля функциональных материалов на основе редкоземельных металлов

Abstract

Редкоземельные металлы и соединения на их основе востребованы в разработке и производстве функциональных материалов, таких как оптическая керамика, постоянные магниты, люминофоры, катализаторы, стекла, сплавы и др. Уникальные физические и химические свойства данных материалов во многом зависят от элементного состава (панорамного и целевого), который нужно контролировать на всех стадиях производства, от исходных соединений до промежуточных и конечных продуктов. Метод масс-спектрометрии с различными источниками ионизации (индуктивно связанная плазма, вакуумный искровой разряд, тлеющий разряд, лазерный источник, источник вторичных ионов) и системами ввода образца (распыление растворов, лазерный пробоотбор, электротермическое испарение) является одним из перспективных и востребованных при определении целевых элементов в материалах сложного состава с высокой чувствительностью. Есть ряд других преимуществ, которые обеспечивает данный метод, а именно: селективность сигнала определяемых элементов, возможность проведения многоэлементного анализа, точность результатов анализа. Однако материалы сложного состава, в том числе содержащие редкоземельные металлы в качестве основных элементов, требуют изучения влияния условий анализа и других факторов для получения достоверных результатов и разработки методик. В данной статье проведен обзор публикаций, содержащих методические решения и подходы для преодоления ограничений метода масс-спектрометрии с различными источниками ионизации применительно к анализу редкоземельных металлов и функциональных материалов на их основе. Обзор включает в себя российские и зарубежные публикации с 2014 по 2023 года.

Rare earth metals and compounds based on them are in demand for development and production of functional materials, such as optical ceramics, permanent magnets, phosphors, catalysts, glasses, alloys, etc. Unique physical and chemical properties of these materials largely depend on the elemental composition (panoramic and target), which must be controlled at all stages of production, from initial compounds to intermediate and final products. The mass spectrometry method with various ionization sources (inductively coupled plasma, vacuum spark discharge, glow discharge, laser source, secondary ion source) and a sample introduction system (solutions’ spraying, laser sampling, electrothermal evaporation) is one of the most promising and in demand for determining target elements with high sensitivity in materials of complex composition. There are a number of other advantages offered by this method, namely selectivity of the signal from the elements being determined, the possibility of conducting multi-element analysis, and the accuracy of the analysis results. However, materials of complex composition, including those containing rare earth metals as main elements, require studying the influence of analysis conditions and other factors in order to obtain reliable results and to develop analytical procedures. The article provides a review of publications containing methodological solutions and approaches to overcome the limitations of mass spectrometry with various ionization sources in relation to the analysis of rare earth metals and functional materials based on them. The review includes Russian and foreign publications from 2014 to 2023.