电感耦合等离子体质谱法测定铁基体中稀土元素Nd和Dy

冯典英 ，黄辉 ，李晓红 ，李本涛 ，李颖

（1.中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031； 2.核工业北京化工冶金研究院，北京 101149）

电感耦合等离子体质谱法测定铁基体中稀土元素Nd和Dy

冯典英1，黄辉1，李晓红2，李本涛1，李颖1

（1.中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031； 2.核工业北京化工冶金研究院，北京 101149）

采用电感耦合等离子体质谱法测定铁基体中的稀土元素Nd和Dy，选择187Re作为内标以校正仪器的信号漂移，Nd和Dy元素的浓度与信号强度线性关系良好，相关系数（r2）分别为0.999 8和0.999 7，该方法测定Nd和Dy元素的检出限分别为0.02 ng／mL和0.006 ng／mL，平均回收率分别为99.5%和97.4%，测定结果的相对标准偏差分别为3.5%和4.3%。

电感耦合等离子体质谱法；铁基体；稀土元素；Nd；Dy

稀土离子磁距变化范围很大(0～10.6)，若将稀土离子掺杂到Fe3O4晶格中，可以在较大范围内调节产物的磁性。目前，对铁氧体材料进行掺杂以及复合改性是隐身吸收剂铁氧体材料研究的热点［1-2］。由于稀土元素的外层电子结构大致相同，它们的物理化学性质相似，很难用一般的化学分析方法进行单一稀土元素的测定，而大多采用物理的分析方法或物理与化学相结合的方法。

常见的稀土元素分析方法有重量法、容量法、分光光度法、荧光光度法、质谱分析法等，其中最重要的方法为分光光度法［3-4］和电感耦合等离子体质谱法［5-7］。笔者在进行隐身吸收剂铁氧体化学成分标准物质研制过程中，尝试利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法测定铁基体中的稀土元素Nd和Dy，探讨了分析过程中存在的质谱干扰、非质谱干扰及其消除的校正方案。结果表明，该方法具有检出限低、干扰小、无须进行基体分离等优点，可以满足日常分析的需要。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

高分辨电感耦合等离子体质谱仪：ATTOM型单接收扇形场质谱仪，英国Nu Instruments公司；

天平：TG332A型，最大负荷为20 g，灵敏度为0.01 mg，上海天平仪器厂；

净化工作间：洁净度为1 000级的超净工作室，100级净化工作台；

二级石英亚沸蒸馏器装置：自制；

硝酸：由优级纯硝酸经二级石英亚沸蒸馏制得；

ICP-MS 调 谐 溶 液：7Li，24Mg，89Y，142Nd，180Hf，208Pb，238U，英国 Nu Instruments公司；

内标溶液：2 ng／mL的187Re标准溶液,北京有色金属研究总院；

实验用水为超纯水，电阻率为18.2 MΩ·cm。

1.2 仪器工作条件

入射功率：1.3 kW；冷却气流速：13.8 L／min；辅助气流速：100 mL／min；雾化气流速：0.8 L／min；雾化室温度：5℃；进样流量：100 μL／min ；测量时间：50 s；重复测量次数：10次；离子透镜电压：V1为23 V，V2为14 V，H1为-11 V，H2为-45 V；测量方式：跳峰。

1.3 标准溶液的制备

Nd标准溶液：准确称取1.166 g经950℃灼烧1 h的氧化钕（纯度大于99.99%），置于100 mL烧杯中，加入10 mL硝酸溶液，低温溶解后，取下冷却，定量转移至1 000 mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。此溶液中钕的含量为1 000 μg／mL。准确移取1 mL此溶液至1 000 mL容量瓶中，用水定容，得1.00 μg／mL Nd标准工作溶液，备用。

Dy标准溶液：准确称取1.148 g经950℃灼烧1 h的氧化镝（纯度大于99.99%），按照Nd标准溶液的制备过程同法配制，得1.00 μg／mL Dy标准工作溶液，备用。

2 结果与讨论

2.1 介质浓度

分别选择2 ng／mL Nd，Dy标准工作溶液，考查硝酸体积分数为1%～5%时对元素检测信号强度的影响，结果如图1、图2所示。

由图1和图2可见，当硝酸体积分数从1%增至2%时，Nd和Dy两种元素的检测信号明显增强；而当硝酸体积分数继续增加时，两种元素的检测信号无明显变化，因此实验选择体积分数为2%的硝酸溶液作为介质。

2.2 质谱干扰校正

（1）同量异位素干扰

为了减小同量异位素的干扰，在尽量保证所选同位素丰度最大的条件下，选择受干扰较小的同位素作为被测对象，所选同位素为146Nd，163Dy。

（2）多原子离子干扰

由于硝酸溶液的浓度较低，空白值接近超纯水的空白值，且Fe元素对146Nd，163Dy没有干扰峰存在，因此由介质及样品基体带来的多原子离子干扰可忽略不计。

2.3 基体效应及校正

在10只100 mL的容量瓶中依次加入不同体积的铁基体储备液（10 mg／mL ），每一只容量瓶中分别加入0.2 mL Nd标准工作溶液和0.02 mL Dy标准工作溶液，其中5只容量瓶中再加入0.2 mL内标溶液，用体积分数为2%的硝酸溶液定容至刻度，分别制得含／不含内标的2.0 ng／mL Nd溶液和0.20 ng／mL Dy溶液，铁基体溶液的浓度依次为0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mg／mL，以同样方法配制含／不含内标的铁溶液空白各一份。不同基体浓度时Nd和Dy的浓度测定结果分别如图3、图4所示。

实验结果表明，铁基体对Nd和Dy的测定均有影响，测量信号均偏离实际值，因此在进行铁基体中Nd和Dy测定时均需考虑基体效应的影响。为了消除这些影响，实验采用内标校正法对测定结果进行校正。

实验结果表明，加入187Re内标溶液后Nd和Dy两种元素的检测信号均回归到实际值范围内，表明加入187Re内标溶液可有效地去除铁基体对Nd和Dy元素测定结果的影响，因此在实验过程中加入185Re内标溶液，并使其最终浓度为2 ng／mL 。

2.4 检出限

在仪器最佳工作条件下，测定Nd和Dy系列标准溶液，对每一个浓度点分别进行3次测定，取3次测量的平均值，按线性回归法求出工作曲线的斜率，即为仪器测量的灵敏度。在此仪器工作条件下，对空白溶液进行11次测量，计算测定结果的相对标准偏差，并计算出Nd和Dy元素的检出限分别为0.02 ng／mL和0.006 ng／mL。

2.5 标准曲线

用2 ng／mL187Re内标溶液进行校正，连续测定Nd和Dy系列标准溶液，对溶液浓度（X）和元素检测信号强度（Y）进行线性回归，得到Nd和Dy元素的线性方程和相关系数分别为Y=5 980.6X+39.253，r2=0.999 8 ；Y=115 174X+5 403，r2=0.999 7。

2.6 测量精密度与回收率

准确移取样品6份（铁基体浓度为1 mg／mL，Nd，Dy标准溶液的浓度分别为 2.0，0.20 ng／mL），采用2 ng／mL187Re内标溶液进行校正，对样品进行测定，计算平均回收率和测定结果的相对标准偏差（RSD），结果列于表1。由表1可知，本方法的精密度及准确度满足铁基体中微量Nd元素和Dy元素的测定要求。

表1 铁基体中Nd元素和Dy元素测量精密度

3 结语

电感耦合等离子体质谱法测定铁基体中稀土元素Nd和Dy，该方法具有良好的精密度和准确度，能满足日常分析的需要。

［1］耿洪臣，冯泉，于忠淇.稀土添加剂对永磁添加剂磁性能的影响［J］.现代矿业，2010(4)： 53-55.

［2］宋杰，陈志刚，许乃岑，等. Dy3+掺杂LiZnMg铁氧体的制备及其电磁性能研究［J］.电子元件与材料，2010，29(2)： 7-10.

［3］NY／T 30-1986 土壤中氧化稀土总量的测定对马尿酸偶氮氯膦分光光度法［S］.

［4］GB／T 5009.94-2003 植物性食品中稀土的测定［S］.

［5］GB／T 22290-2008 茶叶中稀土元素的测定 电感耦合等离子体质谱法［S］.

［6］GB／T 23199-2008 茶叶中稀土元素的测定 电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法［S］.

［7］高朋，杨佳妮，王秋丽，等.微波消解电感耦合等离子体质谱法测定土壤中稀土金属元素［J］.中国环境监测，2011，27(2)： 68-69.

Determination of Neodymium and Dysprosium in Iron Matrix by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

Feng Dianying1, Huang Hui1, Li Xiaohong2, Li Bentao1, Li Ying1
（1. CNGC Institute 53， Jinan 250031， China; 2. Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy， Beijing 101149， China）

Neodymium and dysprosium were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS).187Re was used as an internal standard to correct the signal shift of instrument. The concentrations of Nd and Dy were linear with the intensity of signal, and the linear correlations coefficients(r2) were 0.999 8 and 0.999 7, the detection limits were 0.02 ng／mL and 0.006 ng／mL, the average recoveries were 99.5% and 97.4%, RSD were 3.5% and 4.3%,respectively.

inductively coupled plasma mass spectrometry; iron matrix; rare earth elements; neodymium;dysprosium

O657.63

A

1008–6145(2012)05–0040–03

doi ：10.3969／j.issn.1008–6145.2012.05.012

联系人：黄辉；E-mail： huanghuicc@sina.com

2012-06-26