稀有金属 1999,(02),117-120 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.1999.02.009

金属钕及氧化钕中稀土杂质光谱测定

北京联合大学应用文理学院!北京100083

摘 要：

在色散 0 2 5nm/mm光栅光谱仪上 , 以控制气氛直流电弧粉末法测定了金属钕及氧化钕中氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钐、氧化钆、氧化镝和氧化钇。采用正交设计实验 , 确定了测定条件。测定的下限对氧化铈、氧化镨为 0 0 5 % , 氧化镧、氧化钐、氧化钆、氧化镝和氧化钇为 0 0 3% , 相对标准偏差为 6 %～ 18%。

关键词：

控制气氛直流电弧粉末法;氧化钕;稀土元素;

中图分类号： TG115

收稿日期：1998-07-22

Spectrographic Determination of Rare Earth Elements in Neodymium and Neodymium Oxide

Abstract：

A DC method was used to determine La 2O 3, CeO 2, Pr 6O 11 , Sm 2O 3, Gd 2O 3, Dy 2O 3, Dy 2O 3, Y 2O 3 in Nd and Nd 2O 3 with oxygen argon controlled atmosphere on spectrograph reverse line dispersion 0 25 nm/mm. The calibration curve was ploted. The lower limits of detection are as follows: 0.05% for CeO 2 and Pr 6O 11 ; 0.03% for La 2O 3, Sm 2O 3, Gd 2O 3, Dy 2O 3 and Y 2O 3. The relative standard deviations are from 6% to 18%.

Keyword：

Spectrographic determination; Neodymium oxide; Rare earth element;

Received： 1998-07-22

稀土元素谱线繁多, 钕是稀土元素中谱线较复杂的一种元素。因此, 一些杂质元素的灵敏线常受到基体谱线, 氰带及强的光谱背景的干扰, 又缺乏强度大的特征光谱。所以金属钕和氧化钕中稀土杂质元素测定下限较高。

关于氧化钕的光谱测定, 国内外的报道大致分为三类方法, 一是直流电弧粉末法 ^[1] , 二是控制气氛光谱法 ^[2] , 三是化学光谱法 ^[1] 。通过对三类方法优缺点的比较, 我们采用了控制气氛光谱法测定金属钕和氧化钕中稀土杂质。

在控制气氛直流电弧中激发试样, 一定程度地改善了杂质元素的蒸发和激发条件, 消除了氰带, 降低了背景, 提高了谱线线背比, 从而提高了分析灵敏度, 很好地满足了生产对分析的要求。

1 实验部分

1.1 标准试样的配制与分析试样的制备

1.1.1 标准试样的配制

将纯的氧化钕和杂质元素氧化物置于马弗炉内, 在850℃灼烧1 h, 冷却后, 按计算量称取氧化钕和杂质元素氧化物, 配制含量为1%的主标样, 然后用纯氧化钕逐个稀释制得一套标准试样:0.5%、0.3%、0.1%、0.05%、0.03%、0.01%。将上述配好的各标准试样与石墨粉等量研匀, 备用。

1.1.2 分析试样的制备

金属钕分析试样的制备:取少量金属钕置于瓷坩埚中加几滴硝酸溶解低温蒸干放于马弗炉内经850℃灼烧1 h, 冷却后, 与等量石墨粉研匀, 备用。

氧化钕试样亦在850℃灼烧1 h, 冷却后, 与等量石墨粉 (内含5%的Ga₂O₃) 研匀, 备用。

1.2 仪器及测定条件

摄谱仪:3.4 m平面光栅摄谱仪1200条/mm一级光谱色散率0.25 nm/mm, 狭缝宽度8μm, 中间透镜光栏5.0 mm, 波段中心:短波3100 nm, 长波4000 nm。

光源:直流电弧阳极激发, 电压220 V, 电流16A。

电极系统:上电极截面锥形, 顶端Υ3 mm作阳极;下电极为杯形电极, 孔穴Υ4 mm×2 mm, 壁厚0.6 mm, 作阳极。电极距离4 mm。

控制气氛:氩∶氧=3∶1, 流量4 L/min采用旋流气室。

曝光时间:80 s。

感光板:天津Ⅱ型。

暗室处理:A+B显影液, 用二倍水冲稀, 在20℃短波显2 min, 长波显2 min 20 s。F-5定影液, 定至透明, 水洗干燥。

工作曲线:以ΔS～lgc绘制工作曲线 (图略) 。

分析线对, 测定含量范围及相对标准偏差见表1。

2 结果与讨论

2.1 测定条件的正交设计优化实验

表1 分析线对测定含量范围及相对标准偏差  下载原图

表1 分析线对测定含量范围及相对标准偏差

在选定的条件下激发各杂质元素, 作动板实验, 绘制蒸发曲线如图1所示。

图1 蒸发曲线

1—Sm;2—La;3—Y;4—Gd;5—Nd;6—Dy;7—Ce;8—Pr

如图1可知, 各元素在45 s已过高峰, 还可看出基体钕元素的高峰正处于各杂质元素的蒸发高峰处。这给杂质元素分析灵敏度的提高增加了相当的困难。本文选用60 s、70 s、80 s参加正交设计实验。

对电极类型、电流强度、狭缝宽度和曝光时间四个因素的三个水平组合进行正交设计实验。正交表取L₉ (3⁴) 。

实验因素及水平见表2。正交设计实验结果见表3。表3中数据只列举了灵敏度低的铈和灵敏度高的镝为代表元素。表3中数据表明, 电极孔径的深浅对谱线与背景黑度差影响最大, 其次是狭缝宽度。影响因素最小的是电流强度。同时还可看出, 电极形状Υ4 mm×2 mm, 电流强度16 A, 狭缝宽度8μm和曝光时间80 s是一组最佳水平组合。为了验证这组水平组合的最佳性, 将电极类型的顺序改变为Υ4 mm×2 mm、Υ4 mm×3 mm、Υ4 mm×1 mm其它因素不变, 进行第二次正交设计实验。两次结果基本一致, 故最后确定的最佳测定条件为Υ4 mm×2 mm, 电流强度16 A, 狭缝宽度8μm, 曝光时间80 s。

2.2 方法精密度和准确度

用两个不同含量的试样进行精密度实验。于三块感光板上摄谱20条, 求出的相对标准偏差见表1。

在三块感光板上摄谱10条, 对七个稀土杂质元素进行加料回收实验, 其结果见表4。

由表4中数据可知, 方法的准确度是好的。试样分析结果对照见表5。

表2 试验因素及水平  下载原图

表2 试验因素及水平

表3 正交设计试验表  下载原图

表3 正交设计试验表

表4 加料回收试验  下载原图

表4 加料回收试验

表5 试样分析结果对照  下载原图

表5 试样分析结果对照

表5中数据说明该方法稳定可靠。

2.3 分析结果的计算

氧化钕试样分析结果的计算, 按ΔS～lgc绘制工作曲线, 由工作曲线查得分析结果。

金属钕试样分析结果的计算, 由工作曲线查得的结果乘以表6中的换算系数即可得到分析结果。

表6 换算系数  下载原图

表6 换算系数

3 结语

本文采用正交设计实验, 选择了最优分析条件, 研究了在氧-氩气氛中直流电弧粉末法测定金属钕和氧化钕中七个稀土杂质元素方法稳定可靠为产品出口分析提供了可靠的保证

参考文献

[1] 　 ЩманенковГN .Зав .Паб, 1981, 47 (9) , 15

[2] 　钱勇之 稀有金属 , 1981, 5 (5 ) :6 6