Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

INVESTIGATION OF FUNCTIONAL MATERIALS BY MASS-SPECTROMETRY METHOD WITH LASER SAMPER A. I. Novikov, S. V. Drogobuzhskaya I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”, Apatity, Russia Abstract The method of LA ICP MS has been applied for quantitative elemental mapping of crystals of LiNbO3 : Er (2,77 %), LiNbO3 : Mg (0,65 to 1,0 %), LiNbO3 : B and germanium glasses, the content and distribution of own and alloying elements was estimated. We have conducted the quantitative profiling of TaC, SiC coatings on steel and coatings on the titanium insoluble anode, the thickness of the investigated coatings was estimated. Keywords: laser ablation, mass spectrometry, lithium niobate, germanium glasses, alloying elements, coating profiling. В Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. В. И. Тананаева Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) проводятся исследования с использованием современного высокочувствительного метода — масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП МС). Метод позволяет одновременно проводить определение большого количества элементов из раствора с низкими пределами обнаружения (на уровне нг/л). Лазерный пробоотбор в сочетании с ИСП МС (ЛА ИСП МС) позволяет осуществлять прямое многоэлементное определение в твердофазных объектах (природные и синтетические минералы, стекла, пленки и покрытия) без растворения в том числе технологических продуктов (руд, концентратов и др.). Применение проботбора с помощью лазерного излучения позволяет решать ряд задач, выполнение которых, как правило, возможно только с привлечением не всегда доступного, дорогостоящего оборудования. Метод ЛА ИСП МС широко используется в зарубежной практике и в последнее время все больше внедряется в практику российских лабораторий, где в основном находит свое применение при анализе геологических, археологических и биологических образцов и редко при анализе различных функциональных материалов. К особенностям ЛА ИСП МС можно отнести: проведение как валового (объемного), так и локального, в том числе послойного, анализа (исследование определенных зон образца, включений, дефектов на поверхности), элементного картирования и глубинного профилирования пленок и покрытий; отсутствие стадии разложения (исключает возможное загрязнение образца); возможность осуществлять анализ малого количества образца. К тому же, сухое введение пробы в масс-спектрометр, так называемая «сухая плазма», по сравнению с растворами, снижает полиатомные спектральные наложения. Метод ЛА ИСП МС применен нами для анализа легированных ниобатов лития как пример валового анализа; легированных стекол, как пример локального анализа; покрытий TaC и SiC на сталях как пример послойного анализа покрытий и нерастворимых титановых анодов как пример глубинного профилирования их покрытий. Для количественного анализа методом ЛА ИСП МС необходимы сертифицированные стандартные образцы (СО), гомогенные на микроуровне и, что особенно важно, схожие по матричному составу с анализируемым объектом, наличие которых весьма ограничено. В случае отсутствия необходимых СО возможно применение внутренней стандартизации с использованием различных приемов градуировки. Лазерное испарение образцов проводили с помощью приставки “UP 266 MACRO” (New Wave Research) с лазером на основе алюмо-иттриевого граната YAG : Nd, длина волны излучения 266 нм, энергия в импульсе до 20 Дж/см2, частота повторения импульсов 1-10 Гц, диаметр пятна абляции 20-780 мкм, длительность импульса 4 нс, совмещенной с ИСП-масс-спектрометром квадрупольного типа “ELAN 9000 DRC-e” (Perkin E1mer, США). Создание функциональных материалов на основе легированных кристаллов LiNbO 3 диктует необходимость их локального анализа для оценки равномерности распределения элементов в кристалле, для чего с успехом может быть использован ЛА ИСП МС. Ввиду отсутствия соответствующих СО, в качестве образца сравнения использовали LiNbO 3 конгруэнтного состава (48,60 % Li 2 O, 51,4 % Nb 2 Os). Были изучены кристаллы LiNbO 3 : Er (массовая доля эрбия 2,77 %), LiNbO 3 : Mg (с содержанием магния от 0,65 до 1,0 %) и LiNbO 3 : B. Распределение «собственных» и легирующих элементов оценивали вдоль и перпендикулярно оси выращивания монокристаллов (рис. 1 ). Изучение распределений элементов в долевом и поперечном направлении позволило получить сведения об изменении концентрации легирующего и собственных элементов на границах, вдоль и поперек полос роста в кристаллах ниобата лития, легированных эрбием и магнием, а также распределение легирующего и примесных элементов в кристалле ниобата лития, легированного бором. 695