使用NexION 5000 ICP-MS直接测定高纯氧化钆中的稀土杂质

简介 REE 技术中广泛用作催化剂和磁性材料 稀土元素在传统工业领域和低碳 ， 稀土元素（REE）的其他重要用途是纯度 生产特殊金属合金 ，因此生产高纯度稀土金属或 、玻璃和高性能电子器件 氧化物至关重要 。稀土元素的 。 价格取决于其 钆（Gd）通常用于生产磁性化合物。Gd同样可以用于生产镁钆合金， 因其出色的耐腐蚀性，广泛运用于高强度轻量组件的应用。1此外，由 于钆同位素的中子吸收截面大 控制核反应堆的正常运行状态， ， 即核临界状态 因此也常用于核燃料循环设施中 。 ，用来 2 以上这些应用对钆金属的纯度有着高的要求 杂质的检测能力尤为重要。长期以来，电感耦合等离子体质谱 ，因此，针对钆元素痕量 （ICPMS 物中杂质的技术 ）因其低浓度检测能力广受认可 。

通过ICP-MS分析高纯度稀土金属或氧化物中稀土元 （ 素痕量浓度的主要挑战是基质的 MO+、MOH+、MH+、MOH2 +）。 多原子离子干扰 消除分子离子干 离通常使用离线或联用技术来完成 扰的常用方法是将基质元素与分析物分离 ，但是这些方法往 。这种分 往耗时耗力。 另一种方法是使用 放置一个额外的全尺寸四极杆来实现分析物与基质的 ICP-MS，通过在碰撞/反应池之前分离。仅允许目标分析物质量进入池中，同时过 滤所有其他质量 设计。此外，可以使用氨气 ，这是三重和多重四极杆仪器的 （NH3）、氧气（O2）或 氢气（H2）等纯反应气体与碰撞/反应池中的干扰或分 析物离子发生反应来解决解决多原子离子干扰的问题 因此，利用能够长时间使用纯反应气体的仪器非常有 。 利。通过使用配备真正四极杆池的ICP-MS能够控制 反应，进一步增强干扰消除能力，确保不会形成新干 扰 （BEC ，从而进一步降低这些挑战性应用

在本应用文献中，珀金埃尔默的NexION® 5000多重 四极杆ICP-MS珀金埃尔默的NexION® 5000多重四极 杆 元素杂质 ICP-MS ， 将直接用于测定高纯氧化钆基质中的稀土 使用多重四极杆模式分析了14种稀土元素 杂质，并通过纯反应气体增强干扰消除，并辅助检测 超痕量杂质的浓度。

实验 样品和标准溶液制备 称取约0.200 g（精确到0.0001 g）氧化钆（99.999%， 长春应用化学研究所 加 入 5 ，中国吉林）至50 mL PFA瓶中， mL 超纯水和 2 mL 55% HNO3 （TAMAPUREAA-10，55%，Tama Chemicals，日 本 稀释至最终 ）促进溶解 Gd 。 2O 然后用超纯水将溶液定容至 3浓度为500 ppm。 50 mL并 校准标准品使用 外部校准用于测定高纯氧化钆样品溶液中的 10 ppm多元素稀土元素标准品 14种 （ REE 珀金 。 埃尔默公司，美国康涅狄格州谢尔顿）在1% HNO3溶 液中以浓度0.02、0.1、1、10、20和50 μg/L制备。 使用加标 进行质量控制 1 ppb 。由于样品中没有铯（Cs）（Tl）杂质，并且Cs和Tl 不会与 内标使用 NH 1000 3或O2 ppm 发生反应 Cs和 ， Tl 因此使用 （珀金埃尔默公司 Cs和Tl作为内标 ）制备， 。 并在线添加到所有标准品和样品中，无需手动添加。

仪器 珀金埃尔默的 NexION 5000 多重四极杆 ICP-MS 在 NexION 5000产品说明3中有详细描述，使用该仪器执 行所有分析。 通用池中使用反应气体（NH3和O2）消除干扰，并对通 用池应用动态带宽调谐，主动防止池中形成新干扰，这 是真正四极杆碰撞/反应池的功能。由于大多数 REE很容易与氧气反应形成MO+，因此在许多情况下使 用氧气作为反应气体，而部分分析物则使用纯氨进行测 量以提高性能 MS/MS模式下， 。 Q 使用了 1和Q3 MS/MS 设置为相同质量 和质量转移模式 ，干扰与反应 。在 气体发生反应。在质量转移模式下，Q1和Q3设置为不 同质量 测量。 ， 在池中没有任何气体的标准模式下测量了一些没 其中分析物作为与反应气体反应的子离子进行 有质谱干扰的元素。所有仪器参数列于表1。

结果和讨论 在500 ppm Gd2O3溶液中，主要受干扰元素是Tb、Yb、 Tm和Lu。Tb和Tm是单一同位素，分别为Tb 159和Tb 169。 Tb受到158GdH+的直接干扰，Tm受到152GdOH+的 基质的干扰 直接干扰。 。 虽然 所有受干扰元素及其 Yb和Lu质量不同， Gd 但每个都受到 2O3干扰列于表 Gd 2 2 。 O3 如图1所示，Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho 和Er在标准模式和质量转移模式下使用O2测量的浓度相 ppm 似。 的 由于两种模式产生的结果相当 Gd2O3基质对这些元素没有显著干扰 ，因此得出结论 ，所以使用标 ，500 准模式进行分析。

正如预期，由于标准模式下存在158GdH+对159Tb的干扰， 标准模式下159Tb的表观浓度高于使用O2的质量转移模式 中观察到的浓度。图2显示了质量范围158-285的子离子 扫描 扰。图 ， 2 表明通过分析物的质量转移有效消除了氢化物干 a显示了GdH+（质量数159）如何与O2反应形成 158Gd16O+和158GdOO+。质量数159的峰几乎消失，这意 味着158GdH+与O2反应，并且在质量数175时没有明 显的峰。图2b中，500 ppm Gd2O3溶液中加标1 ppb Tb 时，质量数175出现一个强峰，对应离子159Tb16O+。在 相同条件下观察到 生一个峰，从而证实了这一点 1 ppb Tb标准运行会在质量数 。Gd2O3中的低Tb 175 值表明 时产 大部分或全部干扰已消除，并且基质中可能存在一些Tb 污染。这种干扰消除效果与之前发布的应用文章一致。4

有许多 质量数对应 不同质量数的 于Gd基质干扰 Yb可用于分析 。选择 ，但表1中的每个Yb 174Yb进行分析是因为对 174Yb的干扰最小，174Yb丰度为32.025%。174Yb受到 158Gd16O+、157Gd16OH+和156Gd16OH2 +的直接干扰，导 致在标准模式下测量时，500 ppm Gd2O3中的表观浓度 约为1 ppm Yb（图1）。使用O2作为反应气体时， 158GdO+ 也会与 O2 反应形成 GdO2+ ， 导 致 500 ppm Gd2O3中产生1 ppm Yb的浓度。Yb不能与NH3有效反应， 意味着可以通过MS/MS模式使用NH3测量Yb。图3a中， 158Gd16O+、157Gd16OH+和156Gd16OH2 +（质量数174）与 NH3反应，产生更高质量的簇离子。174的峰值急剧下降。 图3b中，500 ppm Gd2O3加标1 ppb Tb时，质量数174出 现一个强峰，对应离子174Yb+。因此，通过MS/MS模式 使用NH3可以大量降低干扰影响，剩余信号对应于60 ppt Yb。Gd2O3中的低Yb值表明大部分或全部干扰已消除， 并且基质中可能存在一些Yb杂质。 Tm是单一同位素，在质量数169时只有一个同位素，存 在152GdOH+直接干扰。在标准模式下测量时，500 ppm Gd2O3中表观浓度为87 ppt Tm（图1）。使用MS/MS模 式以O2或NH3作为反应气体可以显著降低干扰影响，分 别对应2 ppt和1 ppt，使用NH3作为反应气体且质量数 169时，可以达到较低值。

由于175Lu丰度为97.40%，因此使用175Lu进行分析。 175Lu会受到158GdOH+和157GdOH2 +的直接干扰。正如预 期，标准模式下175Lu的表观浓度高于使用O2的质量转移 模式以及使用NH3的MS/MS模式中观察到的浓度。Lu不 能与NH3有效反应，意味着可以通过MS/MS模式使用 NH3测量Lu。图4a中，158GdOH+和157GdOH2 +（质量数 175）与NH3反应，形成更高质量的子离子。175的峰值 几乎消失。图4b中，500 ppm Gd2O3加标1 ppb Lu时， 质量数175时出现一个强峰，对应离子175Lu+。通过 MS/MS模式使用NH3可以大量降低干扰影响，剩余信号 对应于15 ppt Lu。Gd2O3中的低Lu值表明大部分或全部 干扰均已消除，并且基质中可能存在一些Lu杂质。

对于所有分析物，500 ppm Gd2O3溶液中1 ppb的加标回 方法并证明了其在样品基质中的准确性 收率（图3）均在加标浓度的10%以内， 。

结论 这项工作中提供的结果证明了NexION 5000多重四极杆 ICP-MS能够准确、直接地测量高浓度、高纯度氧化钆 基质中的 多重四极杆技术和纯氨气和氧气反应气体 14种REE杂质。联合使用真正四 ， 极杆通用池 消除了对Tb 、 、 Tm、Yb和Lu的Gd多原子离子干扰，确保结果准确。 具有挑战性的基体 NexION 5000 ICP  -MS 例如高纯钆 稳定的仪器