稀土 - 特性、挑战和机遇
2023.02.06
稀土--特点、挑战和机遇
稀土元素包括元素周期表第三族的化学元素：钪（原子序数 21）、钇（39）、镧（57），以及镧之后的 14 种元素，即镧系元素：铈（58）、镨（59）、钕（60）、钷（61）、钐（62）、铕（63）、钆（64）、铽（65）、镝（66）、钬（67）、铒（68）、铥（69）、镱（70）和镥（71）。
稀土有轻稀土和重稀土之分。铈、镧、钕和镨这四种轻稀土占地球上稀土矿藏的 95% 以上。
稀土 - 常用
稀土的名称可以追溯到最初开采稀土的时代，当时人们认为这一类金属非常稀有。事实上，正如我们今天所知道的，其中一些金属，如铈，出现的频率非常高。稀土的名称也可以追溯到这个时期，当时稀土只能以氧化物的形式从某些材料中提取。"土 "是氧化物的旧称。
幸运的是，稀土的出现并不像其名称所暗示的那样稀少。毕竟，稀土是我们现代高科技生活中极其重要的原材料。对稀土元素（REEs）的需求从未如此之高，因为它们是制造消费类电子产品、智能手机、光学显示器、照明剂、高性能磁铁和电池，以及催化、电机、航空航天和医疗应用的重要资源。
工业的超能力
铈- 铈的应用范围很广：它可以提高铝合金的强度和延展性，为玻璃和珐琅着色；为打火机或气体打火机的发火铈合金提供火花，还可用于特殊眼镜和挡风玻璃的紫外线过滤器。
镧--镧主要用于玻璃工业，用于生产高质量的相机镜头。燧石中也含有镧。
钕--由于与镧非常相似，最初被称为 "镝"（希腊语中孪生的意思），主要以钕-铁-硼合金的形式用于制造强力永久磁铁。
镨--因其绿色（希腊语：prásinos，意为 "绿色"）及其与钕的相似性而得名。因此，镨被重新命名为钕（新孪生）。镨可与镁制成合金，用于生产飞机发动机的高强度金属，也可与钴和铁制成合金，用作强永磁体。与铈一样，镨化合物也可用于玻璃和珐琅的着色（例如，用于制造绿色前大灯镜片）。由于镨化合物还能提高紫外线吸收能力，因此也被用于制造焊接时的护目镜片。镨离子 Pr3+ 还可用作固体激光器中激光介质的掺杂剂。
钪--钪是稀有元素之一，以发现者拉尔斯-弗雷德里克-尼尔森（Lars Frederik Nilson）的故乡命名。它不是元素，只以富集形式存在于某些稀有矿物中。因此，这种稀有氧化物的用途更加广泛：例如用于体育场照明的高压汞蒸气灯。钪与钬和镝一起产生的光与日光非常相似。钪还用于生产激光晶体。在磁性数据存储设备中，钪可以提高速度。
铽 - 铽用于掺杂氟化钙、钨酸钙和钼酸锶，以用于固态设备。它还与氧化锆（IV）一起用于高温燃料电池的微结构稳定。硼酸铽钠可用作激光材料，用于产生波长为 546 纳米的相干光。铽还被添加到显像管和荧光灯的绿色荧光粉中。
钇 --与镱、铒和铽一样，以其第一个发现地--斯德哥尔摩附近的 Ytterby 矿命名。钇的应用非常广泛：钇陶瓷和合金可用于λ探针、超导体、DS合金和火花塞。氧化钇化合物可用作白炽灯的涂层材料、激光晶体、微波滤波器以及燃料电池（SOFC）中的固体电解质。氧化钇和氧化钇硫化物还在电视显像管和荧光灯中掺杂三价铕（红色）和铥（蓝色）的发光体（荧光粉）中发挥着重要作用。通过与 YCo5 钴合金化，钇还可用作稀土磁铁。最后但同样重要的是，钇可用作质谱仪离子源中加热丝的材料。
以上选择说明了稀土对我们的重要性。
稀土--特殊而具有挑战性
因此，对潜在矿址的评估以及工艺控制（主要是稀土氧化物 (REO)）和高纯度稀土元素的质量控制都非常重要。
此外，地质科学界对地质学、地球化学和矿物学中这些元素的痕量和超痕量测定也非常感兴趣。例如，一组 REEs 是许多地质过程（如岩浆的形成和分化）以及热液与岩石之间相互作用（包括矿床的形成）的重要指标。REEs 还可以反映岩浆、热液或沉积系统中的氧化还原条件。此外，医疗或工程应用中人为排放的 REEs 在自然环境中也越来越明显。
稀土的重要性和广泛性不言而喻：稀土仅以集合体形式存在，需要复杂的分离。此外，稀土通常只以低浓度存在于众多地球物质中。因此，测定和提取稀土所面临的挑战是巨大的。因此，要对稀土进行定量和定性分析，需要一种特别灵敏可靠的痕量分析方法。
哪种分析技术适用于哪种应用？
耶拿分析公司的 ICP-OES（采用电感耦合等离子体的光学发射光谱分析法）和 ICP-MS（采用电感耦合等离子体的质谱分析法）技术以高效率和高效益的方式涵盖了全面的稀土分析流程。
虽然 ICP-MS 和 ICP-OES 为分析稀土提供了成功的方法，但它们也面临一些挑战：等离子体尾部不利的稀土氧化物形成和大量发射线导致的强烈光谱干扰影响了 ICP-MS 或 ICP-OES 对稀土的检测能力。
解决方案：高分辨率阵列 ICP-OES（PlasmaQuant 9100 Elite）可解决潜在的光谱干扰，高灵敏度 ICP-MS 解决方案（PlasmaQuant MS Elite）可有效去除多原子干扰。
利用高分辨率 ICP-OES 进行无干扰 REE 分析。
对于地质材料中的 REEs 定量，ICP-OES 是最合适的分析方法。然而，它也是最具挑战性的方法之一：由于消化样品的基质含量较高，通常含有大量的氧化铝、二氧化硅、硫和难熔金属等，因此该方法需要极佳的等离子稳定性，尤其是在必须检测痕量稀土且必须避免样品稀释的情况下。基体和稀土引起的大量发射线进一步增加了该方法的复杂性。这只能通过高光谱分辨率来解决。
PlasmaQuant 9100 Elite OES 高分辨率阵列 ICP-OES 与功能强大的软件程序 CSI（光谱干扰校正）相结合，能够从实际分析信号中分离出稀土的光谱干扰以及线丰富的基质。与目前专门用于 REE 分析的采用 PMT 检测技术的 ICP-OES 仪器相比，该仪器采用了 Echelle 双单色仪和多功能 CCD 检测技术，光谱分辨率提高了近一倍，总分析时间缩短了一半。
利用高分辨率 ICP-MS 进行无干扰 REE 痕量分析。
ICP-MS 是一种常用的分析技术，用于痕量分析从土壤、岩石和矿石等原材料中的稀土到高纯稀土产品中的杂质。该技术可对浓度低至 ppq（十亿分之一）范围内的稀土进行快速多元素检测。
然而，稀土测量经常会遇到四极 ICP-MS 无法解决的多原子和等离子干扰。因此，必须有一个有效的干扰管理系统来消除多原子干扰，而无需传统的数学修正。
在一项使用PlasmaQuant MS Elite测定五种地质参考材料（岩石、沉积物、页岩、玄武岩和水泥）中 REE 含量的研究中，在消除多原子干扰后成功进行了分析。在这里，集成碰撞反应池 (iCRC) 有效地消除了多原子干扰，无需预定义的校正方程即可实现对 REE 的精确测量。同时，由于灵敏度高，检测限非常低，可达到 ng/kg 至 µg/kg。
因此，PlasmaQuant MS Elite 能够实现特别适用于测定各种地质认证参考材料中 REE 浓度的方法。
摘要
利用 PlasmaQuant 9100 Elite 的高分辨率光谱仪和 PlasmaQuant MS Elite 的高效干扰管理，稀土的定量分析特别不受干扰，因此非常可靠。由于其灵敏度高、检测限低，因此可覆盖整个浓度范围，其精确度令人信服。
