ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ ГАЛЛИЯ В ПЛАЗМЕ РАЗРЯДА ПРИ ИСП-АЭС ОПРЕДЕЛЕНИИ
Аннотация
При атомно-эмиссионном с индуктивно связанной плазмой определение галлия в металлургических материалах значительное влияние на результаты определения могут оказывать компоненты матрицы. Кроме матричных спектральных помех могут быть и неспектральные помехи от макрокомпонентов. Присутствующий в плазме разряда элемент при высоких концентрациях может привести к изменению условий возбуждения спектров эмиссии, что приведет к искажению интенсивности спектральных линий галлия. Установлено, что спектральные линии галлия не свободны от спектрального наложения от макрокомпонентов (железа, хрома, молибдена, вольфрама, никеля и кобальта), вследствие этого, изучение экспериментально неспектральных помех с использованием спектральных линий галлия невозможно. С применением термодинамического моделирования был подобран элемент–квазианалит, который предложено использовать для изучения неспектрального матричного влияния на аналитический сигнал галлия при его атомно-эмиссионном с индуктивно связанной плазмой определении. В качестве квазианалита был предложен индий. По результатам термодинамического моделирования установлено, что при варьировании операционных параметров атомно-эмиссионного спектрометра (температуры плазмы, расхода аргона и аэрозоля) спектральное поведение в аргоновой плазме галлия и предложенного квазианалита–индия аналогичное. При этом спектральные помехи от квазианалита на спектральные линии галлия отсутствуют, а увеличение значения оценки матричной помехи, наблюдаемое в некоторых случаях, носит случайный характер, что, возможно, связано с дрейфом во времени операционных параметров атомно-эмиссионного спектрометра. Таким образом, в качестве квазианалита для экспериментального изучения неспектральных помех от матричных компонентов (железа, хрома, молибдена, вольфрама, никеля и кобальта) вместо определяемого галлия в металлургических материалах предложено использовать индий.
Для цитирования:
Белозерова А.А., Майорова А.В., Бардина М.Н. Экспериментальное и теоретическое изучение спектрального поведения галлия в плазме разряда при ИСП-АЭС определении. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 1. С. 36-44. DOI: 10.6060/ivkkt.20246701.6834.
Литература
Yacenko S.P., Pasechnik L.A., Skachkov V.M., Rubinshtejn G.M. Gallium: Technologies for the production and application of liquid alloys. M.: RAN. 2020. 344 p. (in Russian).
Wang Z., Xu H., Zhang Y., Cho H. C., Jeong J. K., Choi C. Low temperature (<150 °C) annealed amorphous indium-galliumtin oxide (IGTO) thin-film for flash memory application. Appl. Surf. Sci. 2022. V. 605. Id. 154614. DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.154614.
Souza A.E., Antonio S.G., Ribeiro S.J.L., Franco D.F., Galeani G., Cardinal T., Dussauze M., Nalin M. Heavy metal oxide glass-ceramics containing luminescent gallium-garnets single crystals for photonic applications. J. Alloys Compd. 2021. V. 864. Id. 158804. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.158804.
Akyildiz K., Kim J.-H., So J.-H., Koo H.-J. Recent progress on micro- and nanoparticles of gallium-based liquid metals: from preparation to applications. J. Ind. Eng. Chem. 2022. V. 116. P. 120–141. DOI: 10.1016/j.jiec.2022.09.046.
Sathish K.V., Seenappa L., Manjunatha H.C., Vidya Y.S., Sridhar K.N., Raj S. A.C. Radiation shielding prop-erties of gallium alloys. Mater. Today: Proc. 2022. V. 57. P. 295–299. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.03.090.
Zhuravlev V.I., Zhirkova Y.N., Khorishko B.A. Experimental and model assessment of barium diffusion coefficients in liquid gallium and lead. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Teknol.]. 2020. V. 63. N 7. P. 20–25 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206307.6074.
Ratnov A.S., Penkov I.A., Chernousov P.I. Investigation of the effect of gallium on the properties of cast iron. Tez. dokl. HII Vseross. nauch. konf. «Ural industrial'nyj. Bakuninskie chteniya: Industrial'naya modernizaciya Urala v XVIII—XXI vv.». Ekaterinburg: UrFU. 2014. P. 258-264 (in Russian).
Guo E., Singh S. S., Mayer C., Meng X., Xu Y., Luo L., Wang M., Chawla N. Effect of gallium addition on the microstructure and micromechanical properties of constituents in Nb-Si based alloys. J. Alloys Compd. 2017. V. 704. P. 89-100. DOI: 0.1016/j.jallcom.2017.02.054.
Dvoretskov R.M., Slavin A.V., Letov A.F. Karachevtsev F.N. Determination of rare-earth metal and Ca, Mg, V, Zr, and Hf microadditives in nickel alloys by Atomic Emission Spectrometry. J Anal. Chem. 2020. V. 75. P. 982-990. DOI: 10.1134/S1061934820080067.
Karimova T.A., Bukhbinder G.L., Romanov S.N., Kachin S.V. Analysis of iron ore raw materials by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika Materialov. 2021. V. 87. N. 6. P. 20-24 (in Russian). DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-20-24.
Maiorova A.V., Belozerova A.A., Melchakov S.Y., Shunyaev K.Y., Mashkovtsev M.A., Suvorkina A.S. De-termination of Arsenic and Antimony in Ferrotungsten by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. J. Anal. Chem. 2019. V. 74. N 2. P. 18-26. DOI: 10.1134/S1061934819070141.
Karachevtsev F.N., Dvoretskov R.M., Nikolaev E.V. Determination of rare earth metals in aluminum alloys by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Tr. VIAM. 2022. N 4 (110). P. 96–107 (in Russian). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-4-96-107.
Belozerova A.A., Mayorova A.V., Pechishcheva N.V., Boyarnikova N.G., Shunyaev K.Yu. Method for the de-termination of arsenic, antimony and bismuth in materials with a high content of tungsten and copper by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov. 2016. V. 82. N 6. P. 10-17 (in Russian).
Shaverina A.V., Tsygankova A.R., Saprykin A.I. A Procedure of ICP-AES analysis of silicon using microwave digestion and preconcentration. J. Anal. Chem. 2015. V. 70. N 1. P. 28-31. DOI: 10.1134/S1061934815010153.
Santana F.A., Barbosa J.T.P., Matos G.D., Korn M. G.A., Ferreira S.L.C. Direct determination of gallium in bauxite employing ICP OES using the reference element technique for interference elimination. Microchem. J. 2013. V. 110. P. 198-201. DOI: 10.1016/j.microc.2013.03.011.
Pechishcheva N.V., Mayorova A.V., Evdokimova O.V., Shunyaev K.Yu., Titov V.I. Selection of an internal standard for ICP-AES determination of alloying components of high-temperature nickel alloys using thermodynamic simula-tion. Tr. VIAM. 2016. N 12 (48). P. 11. DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-12-11-11.
Pupyshev A.A., Vasilyeva N.L. Use of equilibrium thermodynamics to study thermochemical processes in arc discharges used in atomic emission spectral analysis (review). Analitika Kontrol. 2022. V. 26. N 2. P. 88-118 (in Russian). DOI: 10.15826/analitika.2022.26.2.003.
Mayorova A.V., Pechishcheva N.V., Shunyaev K.Yu., Bunakov A.V. Development of an ICP-AES technique for determining tungsten in ferro-tungsten using thermodynamic modeling. Analitika Kontrol. 2014. V. 18. N 2. P. 136-149 (in Russian). DOI: 10.15826/analitika.2014.18.2.002.
Evdokimova O.V., Pechishcheva N.V., Shunyaev K.Yu. Choice of conditions for determination of boron in slags by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov. 2016. V. 82. N 8. P. 5-12.
Mayorova A.V., Vorontsova K.A., Pechishcheva N.V., Ivleva A.S., Pupyshev A.A., Shunyaev K.Yu. Develop-ment of a technique for determining silicon oxide in ore raw materials by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov. 2013. V. 79. N 12. P. 9-15 (in Russian).
Zaidel A.N., Prokofiev V.K., Raisky S.M., Shreider E.Ya. Tables of Spectral Lines. M.: Nauka. 1977. 800 p. (in Russian).
Thangavel S., Dash K., Dhavile S.M., Sahayamn A.C. Determination of traces of As, B, Bi, Ga, Ge, P, Pb, Sb, Se, Si and Te in high-purity nickel using inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES). Talanta. 2015. P. 505–509. DOI: 10.1016/j.talanta.2014.08.026.
Souza A.L., Lemos S.G., Oliveira P.V. A method for Ca, Fe, Ga, Na, Si and Zn determination in alumina by inductively coupled plasma optical emission spectrometry after aluminum precipitation. Spectrochim. Acta Part B At. Spectrosc. 2011. V. 66. P. 383–388. DOI: 10.1016/j.sab.2011.03.001.
Pupyshev A.A., Danilova D.A. Development of a model of thermochemical processes for the method of atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma. Part 1. Matrix Nonspectral interference. Analitika Kontrol. 2001. V. 5. N 2. P. 112-136 (in Russian).
Pupyshev A.A., Danilova D.A. Thermodynamic modeling for the method of atomic emission spectrometry with induc-tively coupled plasma. Ekaterinburg: GOU VPO UGTU-UPI. 2005. 76 p. (in Russian).
Corliss C.H., Bozman W.R. Experimental Transition Prob-abilities for Spectral Limes of Seventy Elements. Washing-ton: National Bureau of Standards. 1962. 592 p. DOI: 10.6028/NBS.MONO.53.
