Определение содержания редкоземельных элементов в аэрозолях воздуха рабочей зоны металлургического предприятия методом ИСП-МС

Разработана новая методика определения 15 редкоземельных элементов (РЗЭ) из одной пробы воздуха рабочей зоны методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. В работе приведены условия отбора проб воздуха рабочей зоны и параметры настройки масс-спектрометра Agilent 7500_сх (США) для количественного определения 15 РЗЭ в широком диапазоне концентраций. Осуществлен подбор концентраций для построения градуировочных графиков, обоснован выбор и применение внутреннего стандарта для учета матричного эффекта, транспортных помех и повышения точности анализа. Экспериментально определен необходимый оптимальный объем пробы воздуха, а также допустимая скорость отбора. Обоснован выбор аэрозольных фильтров; изучено влияние матрицы на точность анализа методом «введено — найдено», приведены условия пробоподготовки аэрозольных фильтров марок АФА-ХА, АФА-ХП с использованием микроволновой системы, муфельной печи и кислотного растворения в термоблоке. Высокая чувствительность разработанной методики измерений массовых концентраций 15 элементов в воздухе рабочей зоны при отборе 0,1 м³ воздуха методом ИСП-MС с использованием реакционно/столкновительной ячейки с гелием позволяет определять лантан в диапазоне 0,001–25 мг/м³ , церий 0,001–10 мг/м³, празеодим 0,0005–10 мг/м³, неодим 0,001–100 мг/м³, самарий 0,0005–100 мг/м³, европий 0,001–50 мг/м³ с погрешностью 21%; иттрий 0,0005 –25 мг/м³, гадолиний 0,0001–100 мг/м³, тербий 0,0001–10 мг/м³, диспрозий, гольмий, эрбий 0,0005–50 мг/м³, тулий 0,0005–10 мг/м³, иттербий 0,0005–100 мг/м³, лютеций 0,0001–25 мг/м³ с погрешностью 20–21%.

Определено содержание РЗЭ в воздухе рабочей зоны металлургического предприятия на рабочих местах, мг/м³: лантан — 0,003–0,0019, церий — 0,00065–0,0036, празеодим — 0,00006–0,00034, неодим — 0,00002–0,0009, самарий — 0,00001–0,00006, европий — 0,000008–0,00001, гадолиний — 0,00002–0,000034, иттрий — менее 0,00001; тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций менее — 0,000007.

1. Rare Earth Elements. Commodity profile by British Geological Survey. 2011. Available at: https://www.bgs.ac.uk/mineralsuk/search/home.

2. Барашков Г.К. Медицинская бионеорганика. Основы, аналитика, клиника. М.: Бином; 2011.

3. Hao Z. et al. Levels of rare earth elements, heavy metals and uranium in a population living in Baiyun Obo, Inner Mongolia, China: A pilot study. Chemosphere. 2015; 128: 161–70.

4. Pagano G. et al. Health effects and toxicity mechanisms of rare earth elements — Knowledge gaps and research prospects. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2015; 115: 40–8.

5. Карандашев В.К., Туранов А.Н., Орлова Т.А. и др. Использование метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой в элементном анализе объектов окружающей среды. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007; 73(1): 12–22.

6. Celo V., Dabek-Zlotorzynska E., Mathieuу D. et al. Validation of a simple microwave — assisted acid digestion method using microvessels for analysis of trace elements in atmospheric PM in monitoring and fingerprinting studies. The Open Chemical and Biomedical Methods J. 2010; 3: 143–52.

7. Celo V., Dabek-Zlotorzynska E. et al. An improved method for determination of lanthanoids in environmental samples by inductively coupled plasma mass spectrometry with high matrix introduction system. Analitica Chimica Acta. 2011; 706: 89–96.

8. Celo V., Dabek-Zlotorzynska E., Zhao J., Bowman D. Concentration and source origin of lanthanoids in the Canadian atmospheric particulate matter: a case study. Atmospheric Pollution Research. 2012; 3: 270–8.

9. Danadurai K.S.K., Chellam S., Lee C.-T., Fraser M.P. Trace elemental analysis of airborne particulate matter using dynamic reaction cell inductively coupled plasma — mass spectrometry: Application to monitoring episodic industrial emission events. Analytica Chemica Acta. 2011; 686: 40–9.

10. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. М.: Металлургия; 1991.