Разработка спектральных методов анализа наноразмерных феррогранатов состава Y3−xCexFe5−yGayO12
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-855-866
Аннотация
Исследование и разработка феррогранатов иттрия востребованы и перспективны при создании материалов для интегральной оптики и магнитной микроэлектроники. Авторами работы синтезирован нанокристаллический церий-замещенный иттрий-железо-галлиевый гранат состава Y3-хCeхFe5-yGayO12 (где х = 0.4 – 0.5, а у = 2.4 – 2.6), который отличается улучшенными магнитными и оптическими свойствами. Однако эффективность применения данного материала напрямую зависит от химической чистоты исходных веществ, а также элементного состава промежуточных и конечных продуктов. В связи с этим разработка многоэлементных, селективных и точных методов анализа является актуальной задачей. В результате проведенных исследований разработаны методики спектрального анализа церий-замещенного иттрий-железо-галлиевого граната. Изучены и установлены условия определения целевых аналитов (Mg, Al, Si, Ca, Sc, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Se, Y, Cd, Sn, Te, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pb) в исследуемых материалах методами ренгенофлуоресцентной спектрометрии (РФА), дуговой атомно-эмиссионной спектрометрии (ДАЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (МС-ИСП). Предложены подходы к уменьшению и устранению основных спектральных и неспектральных помех в исследуемых методах. Разработан комплексный взаимодополняющий подход к аналитическому контролю гранатов состава Y3-хCeхFe5-yGayO12, что обеспечивает высокую точность и достоверность результатов, позволяет расширить номенклатуру целевых аналитов и границы определяемых содержаний.
Об авторах
Н. А. КоротковаРоссия
Короткова Наталья Александровна
А. А. Архипенко
Россия
Архипенко Александра Александровна
М. Н. Смирнова
Россия
Смирнова Мария Николаевна
В. Б. Барановская
Россия
Барановская Василиса Борисовна
М. Н. Доронина
Россия
Доронина Марина Николаевна
В. А. Кецко
Россия
Кецко Валерий Александрович
Г. Е. Марьина
Россия
Марьина Галина Евгеньевна
Список литературы
1. Dehghani D.O., Shokrollahi H., Yang H. The enhancement of the Ce-solubility limit and saturation magnetization in the Ce0.25BixPryY2.75−x−yFe5O12 garnet synthesized by the conventional ceramic method. Ceramics International, 2020, 46(3), P. 2709–2723.
2. Shen T., Dai H., Song M., Liu H., Wei X. Structure and Magnetic Properties of Ce-Substituted Yttrium Iron Garnet Prepared by Conventional Sintering Techniques. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 2017, 30, P. 937–941.
3. Jung H.K., Kim C.H., Hong A.-R., Lee S.H., Kim T.C., Jang H.S., Kim D.H. Luminescent and magnetic properties of cerium-doped yttrium aluminum garnet and yttrium iron garnet composites. Ceramics International 2019, 45, P. 9846–9851.
4. Hapishah A.N., Hamidon M.N., Syazwan M.M., Shafiee F.N. Effect of grain size on microstructural and magnetic properties of holmium substituted yttrium iron garnets (Y1.5Ho1.5Fe5O12), Results in Physics, 2019, 14, P. 102391.
5. Gota T., Onbasli M.C., Kim D.H., Singh V., Inoue M., Kimerling L.C., Ross C.A. A nonreciprocal racetrack resonator based on vacuum-annealed magnetooptical cerium-substituted yttrium iron garnet. Optics Express, 2014, 22, P. 19047–19054.
6. Randoshkin V.V., Chervonenkis A.Ya. Applied magneto-optics, Moscow, Energoatomizdat, 1990, 320 p.
7. Smirnova M.N., Glazkova I.S., Nikiforova G.E., Kop’eva M.A., Eliseev A.A., Gorbachev E.A., Ketsko V.A. Synthesis of Ce:YIG nanopowder by gel combustion. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2021, 12(2), P. 210–217.
8. Sharm V., Kuanr B.K. Magnetic and crystallographic properties of rare-earth substituted yttrium-iron garnet. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 748, P. 591–600.
9. Bokshyts Y.V., Kichanov S.E., Shevchenko G.P., Tratsiak E.V., Parshikova E.A., Kozlenko D.P. Structure and luminescence properties of (Y1−xLax)3(La1−yGay)O12:Ce+3. Inorganic Materials, 2019, 55(8), P. 820–826.
10. Smirnova M.N., Nikiforova G.E., Goeva L.V. One-stage synthesis of (Y0,5Bi0,5)3(Fe0,5Ga0,5)5O12 garnet using the organometallic gel autocombustion approach. Ceramics international, 2018, 45(4), P. 4509–4513.
11. Smirnova M.N., Nipan G.D., Nikiforova G.E. (Y1−xBix)3(Fe1−yGay)5O12 Solid Solution Region in the Ieneke Diagram, Inorganic materials, 2018, 54(7), P. 683–688.
12. Shen T., Dai H., Song M. Structure and Magnetic Properties of Ce-Substituted Yttrium Iron Garnet Prepared by Conventional Sintering Techniques. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 2017, 30, P. 937–941.
13. Lisnevskaya I.V., Bobrova I.A., Lupeiko T.G. Y3Fe5O12/Na,Bi,Sr-doped PZT particulate magnetoelectric composites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2016, 397, P. 86–95.
14. Huang M., Zhang S. Growth and characterization of cerium-substituted yttrium iron garnet single crystals for magneto-optical applications Applied Physics A, 2002, 74, P. 177–180.
15. Teterina Yu.A., Smirnova M.N., Maslakov K.I., Teterin A.Yu., Kop’eva M.A., Nikiforova G.E., Ketsko V.A. Ionic and Phase Compositions of Y2.5Ce0.5Fe2.5Ga2.5O12. Ferrogarnet Powder Produced by Gel Combustion. Doklady Physical Chemistry, 2022, 5032, P. 45–49.
16. Yushchuk S.I., Yuryev S.O., Moklyak V.V. Monocrystalline ferrogarnet films with low magnetizations and small magnetic losses. Materials Today: Proceedings, 2022, 62, P. 5771–5774.
17. Khivintsev Y.V., Sakharov V.K., Kozhevnikov A.V., Dudko G.M., Filimonov Y.A., Khitun A. Spin waves in YIG based magnonic networks: Design and technological aspects. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2022, 545, P. 168754.
18. Jin L., Jia K., He Y., Wang G., Zhong Z., Zhang H. Pulsed laser deposition grown yttrium-iron-garnet thin films: Effect of composition and iron ion valences on microstructure and magnetic properties. Applied Surface Science, 2019, 483, P. 947–952.
19. Rao Y., Zhang D., Zhang H., Jin L., Yang Q., Zhong Z., Li M., Hong C., Ma B.O. Thickness dependence of magnetic properties in submicron yttrium iron garnet films. Journal Physics D: Applied Physics, 2018, 51(43), P. 435001.
20. Arkhipenko A.A., Koshel E.S., Baranovskaya V.B. Analysis of cerium oxide by arc atomic emission spectrometry. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov, 2021, 87(11), P. 19–25.
21. Koshel E.S., Arkhipenko A.A., Baranovskaya V.B.. Lutetium oxide analysis by direct arc atomic emission spectrometry. Analytics and control, 2021, 25(2), P. 70–83.
22. Vasilyeva I.E. Shabanova E.V. Stages of arc atomic emission spectrometry development as applied to the solid geological samples’ analysis. Analytics and Control, 2021, 25(4), P. 280–295.
23. Schramm R. Use of X-ray Fluorescence Analysis for the Determination of Rare Earth Elements. Physical Sciences Reviews, 2016, 1(1), P. 20160061.
24. Sitko R., Zawisza B., Czaja M. Fundamental parameters method for determination of rare earth elements in apatites by wavelength-dispersive X-ray fluorescence spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2005, 20, P. 741–745.
25. Bondarenko A.V., Belonovsky A.V., Katsman Ya.M. Application of the method of fundamental parameters in X-ray fluorescence analysis of pulp products of ore enrichment. Mining Industry, 2021, 5-2, P. 84–88
26. Beckhoff B., Kanngießer B., Langhoff N., Wedell R., Wolff H. Handbook of Practical X-ray Fluorescence Analysis; Part 5 Quantitative Analysis, Berlin/Heidelberg, Springer, 2006, 863 p.
27. Karandashev V.K., Orlova T.V., Zybinsky A.M., Kordyukov S.V., Simakov V.A., Kolotov V.P. Analysis of niobium-rare-earth ores by inductively coupled plasma mass spectrometry. Journal of Analytical Chemistry, 2018, 7, P. 364–373.
28. Salem D.B., Barrat J.A. Determination of rare earth elements in gadolinium-based contrast agents by ICP-MS. Talanta, 2021, 221, P. 121589.
29. Korotkova N.A., Baranovskaya V.B., Petrova K.V. Microwave Digestion and ICP-MS Determination of Major and Trace Elements in Waste Sm-Co Magnets. Metals, 2022, 12(8), P. 1308.
30. eiga M., Mattiazzi P., S. de Gois J., Nascimentod P.C., Borgese D.L.G., Bohrer D. Presence of other rare earth metals in gadolinium-based contrast agents. Talanta, 2020, 216, P. 120940.
31. Tanner S.D., Baranov V.I., Bandura D.R. Reaction cells and collision cells for ICP-MS: a tutorial review. Spectrochimica Acta Part B, 2002, 57, P. 1361–1452.
32. Balaram V. Strategies to overcome interferences in elemental and isotopic geochemical analysis by quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry: A critical evaluation of the recent developments. Rapid Commun Mass Spectrom, 2021, 35, P. e9065.
33. Agatemor C., Beauchemin D. Matrix effects in inductively coupled plasma mass spectrometry: A review. Analytica Chimica Acta, 2011, 706(1), P. 66–83.
34. Makonnen Y., Beauchemin D. Investigation of a measure of robustness in inductively coupled plasma mass spectrometry. Spectrochimica Acta Part B, 2015, 103–104, P. 57–62.
35. Korotkova N.A, Petrova K.V., Baranovskaya V.B. Analysis of cerium-substituted yttrium iron garnet by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry with preliminary microwave decomposition. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov, 2023, 89(11), P. 24–33.
36. Rusanov A.K. Fundamentals of quantitative spectral analysis of ores and minerals, M., Nedra, 1971, 360 p.
37. Baranovskaya V.B., Koshel E. Arc atomic emission analysis of rare earth metals and their oxides, M., Technosfera, 132 p.
Рецензия
Для цитирования:
Короткова Н.А., Архипенко А.А., Смирнова М.Н., Барановская В.Б., Доронина М.Н., Кецко В.А., Марьина Г.Е. Разработка спектральных методов анализа наноразмерных феррогранатов состава Y3−xCexFe5−yGayO12. Наносистемы: физика, химия, математика. 2024;15(6):855-866. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-855-866
For citation:
Korotkova N.A., Arkhipenko A.A., Smirnova M.N., Baranovskaya V.B., Doronina M.S., Ketsko V.A., Marina G.E. Development of spectral methods for the analysis of nanocized ferrogarnets of the Y3−xCexFe5−yGayO12 composition. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2024;15(6):855-866. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-855-866