Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 855–866
Development of spectral methods for the analysis of nanocized ferrogarnets of the Y3-xCexFe5-yGayO12 composition
Natalia A. Korotkova – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; natalya.korotkova.95@mail.ru
Alexandra A. Arkhipenko – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; alexandra622@mail.ru
Maria N. Smirnova – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; smirnovamn@igic.ras.ru
Vasilisa B. Baranovskaya – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; baranovskaya@list.ru
Marina S. Doronina – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; ms.semenova@gmail.com
Valerii A. Ketsko – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; ketsko@igic.ras.ru
Galina E. Marina – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; gelim@mail.ru
Corresponding author: N. A. Korotkova, natalya.korotkova.95@mail.ru
PACS 81.07.Wx, 62.20.Qp, 78.20.-e
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-6-855-866
ABSTRACT The study and development of yttrium-iron garnets are in demand and promising when creating materials for integrated optics and magnetic microelectronics. The authors synthesized nanosized ceriumsubstituted yttrium-iron-gallium garnet of the composition Y3-xCexFe5-yGayO12 (where x = 0.4 – 0.5, and y = 2.4 – 2.6), which is characterized by improved magnetic and optical properties. However, the efficiency of applying this material directly depends on the chemical purity of the source materials, as well as the elemental composition of the intermediate and final products. In this regard, the development of multi-element, selective
and accurate methods of analysis is an urgent task. As a result of the studies, methods for spectral analysis of cerium-substituted yttrium-iron-gallium garnet were developed. The conditions for determining target analytes (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) in the materials in question were studied and established using X-ray fluorescence spectrometry (XRF), arc atomic emission spectrometry (AAES) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Approaches to reducing and eliminating the main spectral and non-spectral interferences in the methods studied were proposed. A comprehensive complementary approach to the analytical control of garnets of the Y3-xCexFe5-yGayO12 composition was developed, which ensures high accuracy and reliability of the results, and allows one to expand the nomenclature of target analytes and the boundaries of the determined contents.
KEYWORDS yttrium-iron-gallium garnet, X-ray fluorescence spectrometry, arc atomic emission spectrometry, inductively coupled plasma mass spectrometry, analysis.
ACKNOWLEDGEMENTS This research was performed using the equipment of the JRC PMR IGIC RAS and JRC of GIREDMET. This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation as part of the State Assignment of the Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences.
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: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 855–866.
[In Russian] 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
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-xCexFe5-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-xCexFe5-yGayO12, что обеспечивает высокую точность и достоверность результатов, позволяет расширить номенклатуру целевых аналитов и границы определяемых содержаний.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА Феррогранат иттрия, рентгенофлуоресцентная спектрометрия, дуговая атомно-эмиссионная спектрометрия, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, анализ.
