高纯稀土通常是指纯度高于99.9%的单一稀土氧化物或金属,而不是混合稀土。纯度是其最关键的指标,因为即使是微量的杂质(其他稀土元素或非稀土元素),也会严重影响其在高科技领域中的应用性能。随着提炼技术的不断改进,使得稀土氧化物纯度可达到6N或者7N,从而对于痕量稀土杂质测定方法提出了更高的要求。
目前高纯稀土中杂质元素的检测方法主要依据国标GB/T 18115.1-15中的电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)。对于纯度小于99.99%的稀土氧化物可以采用基体匹配法用ICP-OES测试。对于99.99%以上的稀土氧化物需采用内标校正法用ICP-MS进行测试。
在采用ICP-MS法进行高纯稀土检测时,稀土元素极易形成氧化物,氢化物和氢氧化物等多原子离子的质谱干扰,因此需要仪器具有较强的干扰去除能力来去除质谱干扰,否则就需要采用C272的微型柱进行基体分离来降低质谱干扰。另外由于稀土元素本身具有较高的升华温度极易在水冷接口锥上进行积累,造成锥口的堵塞,使仪器信号发生漂移,因此需要仪器具有更大的锥口孔径以便于能长期分析此类样品。
珀金埃尔默公司的NexION 5000G多重四极杆ICP-MS配备采用OmniRing技术的全新第二代三锥(业界最大孔径)接口技术和带有LumiCoil射频线圈的专利等离子体射频发生器,能长时间稳定分析高纯稀土等高基体样品。更重要的是,在质谱干扰的去除中,NexION 5000G的前级四极杆(Q0)通过和主四极杆同步的质谱扫描技术去除基体离子,使目标离子最大限度的进入Q1进行筛选,降低空间电荷效应,经第一级质量分析器(Q1)过滤的单质量(分辨率<0.3amu)离子进入轴向加速的四极杆碰撞反应池(Q2)进行干扰离子的去除或者是目标离子的质量转移。
珀金埃尔默NexION 5000G ICP-MS
NexION 5000G的四极杆碰撞反应池是一个专用的通用池,用于控制反应池内的化学反应。这是通过在反应池内使用动态带宽调谐来实现的。动态带宽调谐可阻止反应的副产物在反应气或可能已引入反应池中的反应气杂质中形成新的干扰。在反应池中可使用100%纯反应气或高反应性气体的混合物,反应池的带宽可轻松去除可预测、可重复的干扰。在通过通用池后,目标离子进入第二级质量分析器(Q3),筛除干扰,进行最终目标离子的质量筛选,从而使其进入检测器进行检测。
实战演练:测定99.99998%高纯稀土氧化铈(Ce2O3)中的14种稀土杂质
目前氧化铈中稀土杂质检测方法主要依据GB/T 18115.2-2020中的电感耦合等离子体光谱法和电感耦合等离子体质谱法。
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Ce基体中的质谱干扰
NexION 5000G多重四极杆ICP-MS在不通过任何基体分离手段,就能轻松去除Ce基体中产生的质谱干扰,为高纯稀土的检测提供有力保障。在进行高纯Ce的检测中,NexION 5000G通过在通用池中通入高活性反应气体高纯氨气和高纯氧气,使目标离子形成特殊质量的离子簇,避开Ce基体形成的多原子离子干扰,并通过控制碰撞反应池中的轴向加速电场和RPq来精准控制反应物的生成方向,并避免副产物的产生。
Ce基体中Pr检测,CeH干扰去除示意图
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Ce基体中Tb检测,CeOH干扰去除示意图
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干扰去除后,高纯稀土中14种杂质稀土检测结果。
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NexION 5000G多重四极杆ICP-MS拥有多组四极杆设计,无需采用复杂的稀土基体分离技术,就可长时间准确分析高纯稀土样品。通过在专利的四极杆碰撞反应池中通入纯的高活性反应气体,将质谱干扰降至最低,此文中通过在四极杆碰撞反应池中通入氨气去除CeO,CeOH对Tb和Gd的干扰,在四极杆碰撞反应池中通入氧气去除CeH和CeO2H对La,Pr和Lu的干扰,以满足高纯Ce的检测要求。
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