Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК681.7.069.24:661.888.3:66.046.516:661.865 МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ С ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИЕЙ ЛЕГИРОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ ТВЕРДЫХ ПРЕКУРСОРОВ Ta 2 O 5 И ШИХТЫ LiTaOs И.Р. Елизарова, С.М. Маслобоева, В.Т. Калинников Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация Рассмотрены возможности и особенности применения лазерной абляции (ЛА) при исследовании микрогомогенности и состава пентаоксидов тантала и синтезированной на их основе шихты танталата лития, легированных в небольших концентрациях редкоземельными элементами (TR). Показано, что ЛА может быть проведена на таблетированных без связующего образцах прекурсора Та205^> и шихты LiTaO3<TR>. Методом масс- спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (МС-ИСП) определены пределы обнаружения TR и найдены условия их количественного анализа. На основе рассчитанных значений среднеквадратичного отклонения Sr доказано химически однородное распределение легирующей примеси в исследуемых образцах. Ключевые слова: лазерная абляция, масс-спектрометрия, пентаоксид тантала, шихта танталата лития, легирование, редкоземельные элементы, состав, микрогомогенность. MASS SPECTROMETRIC ANALYSIS WITH LASER ABLATION OF DOPED Ta2O5 POWDERY SOLID PRECURSORS AND LiTaOs CHARGE I.R. Elizarova, S.M. Masloboeva, V.T. Kalinnikov I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre o f the RAS, Apatity, Russia Abstract Feasibility and features of laser ablation (LA) in studies of microhomogeneity and composition of tantalum pentoxides and a lithium tantalite charge, synthesized from them, slightly doped with rare-earth elements (TR) are discussed. It has been shown that LAcan be applied to precursor tablets of Та205<TR> and a LiTaO3<TR> charge molded without adhesives. The limits of TR detection and conditions for TRquantitative analysis were determined using the method of mass spectrometry with inductively coupled plasma (ICP MS). Chemical homogeneity of the dopant distribution was proved using the calculated values of Sr root-mean-square deviation. Keywords: laser ablation, mass spectrometry, tantalum pentoxide, lithium tantalate charge, doping, rare-earth elements, composition, micro homogeneity. Кристаллы танталата лития применяют в производстве электронно-оптических, пиро- и пьезоэлектрических и других устройствах. Легирование редкоземельными элементами монокристаллов LiTaO 3 модифицирует их свойства. Разработать технологию получения исходных компонентов для выращивания бездефектных однородных кристаллов невозможно без применения высокоэффективных и оперативных методов контроля качества синтезированных продуктов. В данной работе представлены результаты масс- спектрометрического анализа с лазерной абляцией (ЛА МС-ИСП) порошковых образцов, таблетированных без связующего для скрин-тестирования микрогомогенности пентаоксидов тантала и шихты танталата лития, легированных редкоземельными элементами. Энергию лазерного пучка использовали для испарения (вскрытия) проб. Традиционно метод ЛА МС-ИСП-анализа с чувствительностью до единиц ppb (10 -7 мас. %) применяют для плотных твердых образцов. В последние годы метод опробован для анализа порошкообразных проб в виде таблеток со связующим компонентом [1]. Впервые сведения о возможности изучения таблетированных без связующего проб ЛА ИСП-МС-методом приведены в [2-4]. Имеющийся опыт по использованию лазерной абляции в масс-спектрометрическом анализе не дает однозначного ответа о выборе условий исследования состава и химической гомогенности проб и предопределяет актуальность решения проблемы выбора стандартных и эталонных образцов для ЛА МС-ИСП-анализа. Для порошковых таблетированных проб эта проблема мало изучена. Прекурсоры Т а ^СЩ ) и шихту LiTaO 3 <TR> (TR = Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er) получали по технологической схеме, приведенной в [5]. В качестве исходного сырья для получения соединений тантала использовали танталовые отходы, которые растворяли в смеси фтористоводородной и серной кислот. Затем проводили экстракционную очистку растворов с целью получения высокочистого фторидного танталсодержащего реэкстракта, из которого 25%-м раствором NH 4 OH осаждали гидроксид тантала. Осадок отфильтровывали на нутч-фильтре и затем репульпацией 330