Способ определения концентрации манганитов редкоземельных элементов

Авторы патента:

Михайлов Михаил Михайлович (RU)

G01N33/00 - Исследование или анализ материалов особыми способами, не отнесенными к предыдущим группам

C01F5/00 - Соединения магния

C01F17/00 - Соединения редкоземельных металлов, т.е. скандия, иттрия, лантана или группы лантаноидов

C01F11/00 - Соединения кальция, стронция или бария (C01F 7/00 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2617804:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) (RU)

Изобретение относится к методам определения состава и количества компонентов, входящих как в природные минералы, так и соединения, полученные в различных химических реакциях, при действии температуры и давления. Способ определения концентрации манганита лантана в смеси синтезированного порошка системы La_(1-x)Sr_xMnO_3,, полученного смешиванием исходных составляющих в виде порошков La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ и их последующим синтезом, включает определение коэффициента отражения порошка манганита лантана в видимой области спектра на длине волны 546 нм. Значение концентрации манганита лантана, соответствующее определенной величине коэффициента отражения в видимой области спектра на длине волны 546 нм, определяют по градуировочной зависимости, предварительно построенной для различных синтезированных порошков манганита лантана системы La_(1-x)Sr_xMnO₃ по данным рентгенофазового анализа, определяющим концентрацию манганита лантана, и значениям коэффициента отражения в видимой области спектра на длине волны 546 нм. Техническим результатом является определение концентрации манганита лантана для порошков, полученных в различных условиях. 4 ил., 1 табл., 7 пр.

При высокотемпературном синтезе твердых растворов из смесей нескольких порошков их концентрация - концентрация основной фазы (ОФ) - будет определяться технологическими условиями: температурой и временем прогрева, типом и концентрацией составляющих смесей. Для определения концентрации ОФ, образованных новых соединений и не прореагировавших исходных составляющих смесей существует несколько способов, основанных на различных физических процессах. Наиболее распространенным является рентгенофазовый анализ (РФА), осуществляемый с помощью рентгеновских дифрактометров. При таком способе концентрацию соединений, находящихся в синтезируемом порошке, определяют по интенсивности рентгеновских лучей, отраженных от различных узлов кристаллических решеток ОФ и составляющих [1, 2].

Известен и широко применяется спектрофотометрический способ определения концентрации соединений в твердой фазе. Он заключается в помещении в жидкость данного соединения, измерении спектров пропускания как самой жидкости, так и раствора с этим соединением. По полученным значениям коэффициента пропускания на определенных длинах волн рассчитывается оптическая плотность, строится графическая зависимость оптической плотности от концентрации соединения. Затем по этой зависимости для конкретного вещества определяется значение концентрации по результатам измерения оптической плотности [1, 2].

Если синтезированное или природное соединение содержит несколько составляющих - смесь компонентов, то для определения концентрации каждой составляющей данным способом градуировку необходимо проводить по каждой составляющей на определенном спектральном участке или при определенной длине волны излучения. И затем, сопоставляя градуировки для каждой составляющей, определить их концентрацию.

В спектрах диффузного отражения манганитов редкоземельных элементов (МРЭ) в солнечном диапазоне (02-2,5 мкм) в области 0,5-0,6 мкм регистрируется "провал" в значениях коэффициента отражения. Величина провала зависит от типа замещающего элемента и его концентрации. Например, в соединениях La_(1-x)Ca_xMnO₃ (фиг. 1) провал зарегистрирован в области 0,2-1,2 мкм, минимальное значение коэффициента отражения соответствует 0,65 мкм. При увеличении концентрации ионов кальция от значений x=0,1 до x=0,175 и далее до x=0,3 коэффициент отражения как во всей области провала 0,2-1,2 мкм, так и в точке минимального значения увеличивается от 0,18 до 0,22 и 0,24 соответственно [3].

По величине провала в спектрах диффузного отражения можно определять концентрацию дефектов в порошках, характеризующих технологию их получения или последующей обработки. Например, в спектрах диффузного отражения порошков диоксида циркония регистрировали "провал" в ультрафиолетовой области вблизи края основного поглощения. Было установлено [4, 5], что он определяется ионами Zr³⁺, концентрация которых изменяется в зависимости от условий получения порошков ZrO₂, от режимов их прессования (фиг. 2) или при облучении.

В соединениях La_(1-x)Sr_xMnO₃ (фиг. 3) провал зарегистрирован в области 0,35-0,85 мкм, минимальное значение коэффициента отражения соответствует области спектра 0,52-0,6 мкм. При увеличении концентрации ионов стронция от значений x=0,1 до x=0,175 и далее до x=0,3 коэффициент отражения во всей области "провала" уменьшается. В области минимального значения он уменьшается от 0,18 до 0,17 и 0,15, соответственно. Значение длины волны с наименьшей величиной коэффициента отражения не определено [6].

Регистрируемый "провал" в значениях коэффициента отражения характеризует свойства образованных соединений при синтезе и может служить мерой определения концентрации ОФ. Данный способ выбран в качестве прототипа.

В отличие от прототипа, в предлагаемом способе производится сопоставление минимального значения коэффициента отражения в области провала соединений La_(1-x)Sr_xMnO₃, соответствующего длине волны 546 нм, для каждого порошка, синтезированного в различных режимах. Для определения концентрации МРЭ используются данные рентгенофазового анализа (РФА) и спектров диффузного отражения. Изменением условий синтеза соединений в виде порошков достигаются различные значения концентрации La_(1-x)Sr_xMnO₃, которые определяются методом РФА. Для каждого типа синтезированного порошка определяется коэффициент отражения на длине волны 546 нм. Затем производится сопоставление полученных значений концентрации La_(1-x)Sr_xMnO₃ со значениями коэффициента отражения на длине волны 546 нм для порошков, синтезированных в различных условиях. Полученная графическая зависимость является градуировочной для определения концентрации основной фазы - соединений La_(1-)Sr_xMnO₃.

Для получения зависимости концентрации La_(1-x)Sr_xMnO₃ от коэффициента отражения и построения градуировочной зависимости проводили экспериментальные исследования, в которых в различных режимах синтеза получали различную концентрацию ОФ и определяли коэффициент отражения на длине волны 546 нм.

Пример 1. Порошки La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ смешивали в весовых количествах, соответствующих получению соединения La_0,825Sr_0,175MnO₃ при 100% выходе основной фазы. Добавляли дистиллированную воду, смесь диспергировали в магнитной мешалке в течение 2 часов, затем выпаривали 6 часов в сушильном шкафу при температуре 150°C. Последующий прогрев смеси осуществляли в муфельной печи 2 часа при 800°C. Рентгенофазовый анализ осуществляли на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 6000. Анализ показал образование ОФ - твердого раствора La_0,825Sr_0,175MnO₃ в количестве 19,6 мас. %, в остальной состав входят новое соединение Mn₃O₄ и часть не прореагировавших исходных соединений La₂O₃ и SrCO₃. Коэффициент диффузного отражения такого состава синтезированного порошка, измеренный спектрофотометром Perkin Elmer Lambda на длине волны 546 нм, равен 22,8%.

Пример 2. Порошки La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ смешивали в весовых количествах, соответствующих получению соединения La_0,825Sr_0,175MnO₃ при 100% выходе основной фазы (ОФ). Добавляли дистиллированную воду, смесь диспергировали в магнитной мешалке в течение 2 часов, затем выпаривали 6 часов в сушильном шкафу при температуре 150°C. Последующий прогрев смеси осуществляли в муфельной печи 2 часа при 900°C. Рентгенофазовый анализ осуществляли на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 6000. Анализ показал образование ОФ - твердого раствора La_0,825Sr_0,175MnO₃ в количестве 35,1 мас. %, в остальной состав входят новое соединение Mn₃O₄ и часть не прореагировавших исходных соединений La₂O₃ и SrCO₃. Коэффициент диффузного отражения такого состава синтезированного порошка, измеренный спектрофотометром Perkin Elmer Lambda на длине волны 546 нм, равен 22,5%.

Пример 3. Порошки La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ смешивали в весовых количествах, соответствующих получению соединения La_0,825Sr_0,175MnO₃ при 100% выходе основной фазы (ОФ). Добавляли дистиллированную воду, смесь диспергировали в магнитной мешалке в течение 2 часов, затем выпаривали 6 часов в сушильном шкафу при температуре 150°C. Последующий прогрев смеси осуществляли в муфельной печи 2 часа при 1000°C. Рентгенофазовый анализ осуществляли на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 6000. Анализ показал образование ОФ - твердого раствора La_0,825Sr_0,175MnO₃ в количестве 59,6 мас. %, в остальной состав входят новое соединение Mn₃O₄, и часть не прореагировавшего исходного соединения La₂O₃. Коэффициент диффузного отражения такого состава синтезированного порошка, измеренный спектрофотометром Perkin Elmer Lambda на длине волны 546 нм, равен 18,8%.

Пример 4. Порошки La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ смешивали в весовых количествах, соответствующих получению соединения La_0,825Sr_0,175MnO₃ при 100% выходе основной фазы (ОФ). Добавляли дистиллированную воду, смесь диспергировали в магнитной мешалке в течение 2 часов, затем выпаривали 6 часов в сушильном шкафу при температуре 150°C. Последующий прогрев смеси осуществляли в муфельной печи 2 часа при 1100°C. Рентгенофазовый анализ осуществляли на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 6000. Анализ показал образование ОФ - твердого раствора La_0,825Sr_0,175MnO₃ в количестве 79,8 мас. %, в остальной состав входят новое соединение Mn₃O₄. Коэффициент диффузного отражения такого состава синтезированного порошка, измеренный спектрофотометром Perkin Elmer Lambda на длине волны 546 нм, равен 16,9%.

Пример 5. Порошки La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ смешивали в весовых количествах, соответствующих получению соединения La_0,825Sr_0,175MnO₃ при 100% выходе основной фазы (ОФ). Добавляли дистиллированную воду, смесь диспергировали в магнитной мешалке в течение 2 часов, затем выпаривали 6 часов в сушильном шкафу при температуре 150°C. Последующий прогрев смеси осуществляли в муфельной печи 2 часа при 1200°C. Рентгенофазовый анализ осуществляли на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 6000. Анализ показал образование ОФ - твердого раствора La_0,825Sr_0,175MnO₃ в количестве 84,4 мас. %, в остальной состав входят новое соединение Mn₃O₄. Коэффициент диффузного отражения такого состава синтезированного порошка, измеренный спектрофотометром Perkin Elmer Lambda на длине волны 546 нм, равен 16,3%.

Пример 6. Порошки La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ смешивали в весовых количествах, соответствующих получению соединения La_0,825Sr_0,175MnO₃ при 100% выходе основной фазы (ОФ). Добавляли дистиллированную воду, смесь диспергировали в магнитной мешалке в течение 2 часов, затем выпаривали 6 часов в сушильном шкафу при температуре 150°C. Последующий прогрев смеси осуществляли в муфельной печи 2 часа при 1250°C. Рентгенофазовый анализ осуществляли на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 6000. Анализ показал образование ОФ - твердого раствора La_0,825Sr_0,175MnO₃ в количестве 88,5 мас. %, в остальной состав входят новое соединение Mn₃O₄. Коэффициент диффузного отражения такого состава синтезированного порошка, измеренный спектрофотометром Perkin Elmer Lambda на длине волны 546 нм, равен 15,9%.

Пример 7. Порошки La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ смешивали в весовых количествах, соответствующих получению соединения La_0,825Sr_0,175MnO₃ при 100% выходе основной фазы (ОФ). Добавляли дистиллированную воду, смесь диспергировали в магнитной мешалке в течение 2 часов, затем выпаривали 6 часов в сушильном шкафу при температуре 150°C. Последующий прогрев смеси осуществляли в муфельной печи 6 часов при 1200°C. Рентгенофазовый анализ осуществляли на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 6000. Анализ показал образование ОФ - твердого раствора La_0,825Sr_0,175MnO₃ в количестве 92,1 мас. %, в остальной состав входят новое соединение Mn₃O₄. Коэффициент диффузного отражения такого состава синтезированного порошка, измеренный спектрофотометром Perkin Elmer Lambda на длине волны 546 нм, равен 15,5%.

Полученные значения концентрации ОФ и коэффициента отражения на длине волны 546 нм для указанных режимов прогрева смесей порошков сведены в таблицу.

Построенный по данным таблицы график (фиг. 4) показывает, что экспериментальные результаты удовлетворительно укладываются на одну прямую, которая и является градуировочной зависимостью. По ней, зная коэффициент отражения на длине волны 546 нм, можно определить концентрацию манганитов лантана.

Список использованных источников

1. Физические методы исследования неорганических веществ. / Под ред. А.Б. Никольского. М.: Академия, 2006, 444 с.

2. Михайлов М.М. Радиационное и космическое материаловедение. Изд-во Томского университета, Томск, 2008, 440 с.

3. G. Tang, Y. Yu, Y. Cao, W. Chen, The thermochromic properties of La_1-xSr_xMnO₃ compounds, Solar Energy Materials & Solar Cells, vol. 92, pp. 1298-1301, 2008.

4. Михайлов M.M., Рябчикова Л.Е., Кузнецов Н.Я. Способ отборочных испытаний порошков двуокиси циркония. // АС №1152358 от 22 декабря 1984 г.

5. Михайлов М.М., Кузнецов Н.Я. Образование центров окраски в порошках ZrO₂ при прессовании и последующем облучении. // Неорганические материалы, 1988, т. 24, №5, с. 785-789.

6. K. Takenaka, K. Iida, Y. Sawaki, S. Sugai, Y. Moritomo, A. Nakamura. Optical Reflectivity Spectra Measured on Cleaved Surfaces of La_1-xSr_xMnO₃: Evidence against Extremely Small Drude Weight, Journal of the Physical Society of Japan, vol. 68, pp. 1828-1831, 1999.

Способ определения концентрации манганита лантана в смеси синтезированного порошка системы La_(1-x)Sr_xMnO_3,, полученного смешиванием исходных составляющих в виде порошков La₂O₃, MnCO₃ и SrCO₃ с последующим их синтезом, включающий определение коэффициента отражения порошка манганита лантана в видимой области спектра на длине волны 546 нм, отличающийся тем, что значение концентрации манганита лантана, соответствующее определенной величине коэффициента отражения в видимой области спектра на длине волны 546 нм, определяют по градуировочной зависимости, предварительно построенной для различных синтезированных порошков манганита лантана системы La_(1-x)Sr_xMnO₃ по данным рентгенофазового анализа, определяющим концентрацию манганита лантана, и значениям коэффициента отражения в видимой области спектра на длине волны 546 нм.

Изобретение относится к области аналитической химии для определения аминов в безводных средах. Для этого анализируемую пробу, содержащую амины, растворяют в ацетонитриле с добавкой от 0,01 до 1 моль/л инертной соли, погружают электрод с предварительно нанесенным на него покрытием толщиной от 10 нм до 10 мкм, состоящим из полимерных комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа, и регистрируют вольтамперограмму в диапазоне потенциалов, включающем потенциалы от -0,2 до 1,2 В, со скоростью развертки в пределах 5-1000 мВ/с, которую сравнивают с эталонными вольтамперограммами известных аминов и по ним идентифицируют аналогичные эталонному образцу амины в анализируемой пробе хроноамперометрическим методом с использованием калибровочных кривых.

Способ калибровки датчика воздуха // 2608922

Изобретение относится к области обработки воздуха. Способ калибровки датчика воздуха устройства обработки воздуха включает в себя этапы, на которых: i) - очищают воздух, используя устройство обработки воздуха; ii) - измеряют первое количество воздуха, используя датчик воздуха для получения первого значения для калибровки датчика воздуха, причем первое количество воздуха представляет собой смесь окружающего воздуха и очищенного воздуха, причем устройство обработки воздуха расположено в воздухонепроницаемом пространстве, а этап 2 дополнительно включает в себя этапы, на которых: определяют, удовлетворяет ли качество первого количества воздуха в воздухонепроницаемом пространстве заданному критерию; и если качество первого количества воздуха удовлетворяет заданному критерию, измеряют первое количество воздуха, используя датчик воздуха, для получения первого значения.

Способ идентификации и полуколичественного определения диоктилфталата в смеси соединений, выделяющихся из пвх-пластизоля // 2603475

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения диоктилфталата в равновесной газовой фазе над изделиями из ПФХ-пластизоля. Для этого применяют способ идентификации и полуколичественного определения диоктилфталата в смеси соединений, выделяющихся из ПВХ-пластизоля.

Способ оценки видового разнообразия травы по наличию отдельных видов растений на пробных площадках разных размеров // 2602208

Изобретение относится к измерению качества различных видовых комплексов трав и травянистых растений на пробах, преимущественно на пойменных лугах, и может быть использовано в экологическом мониторинге территорий с травяным покровом.

Способ биоиндикации состояния двухстворчатых моллюсков в условиях техногенного загрязнения среды обитания // 2600445

Изобретение относится к экотоксикологии, а именно к исследованию особенностей развития оксидативного стресса у двухстворчатых моллюсков, и может быть использовано для выявления влияния техногенного загрязнения среды на состояние популяций речных и морских моллюсков.

Способ лихеноиндикации загрязнения атмосферного воздуха // 2598884

Изобретение относится к области экологии, а именно к оценке качества атмосферного воздуха населенных мест по состоянию эпифитной лихенофлоры. Для этого вычисляют индекс загрязнения воздуха (ИЗА) по жизненности лишайников в пределах 89%, сравнивая его с комплексным показателем, определяемым на учетной площадке, и коэффициента толерантности лихенофлоры по отношению к индексу загрязнения воздуха, который исчисляется по формуле ИЗА=(0,89-G/89)/0,298, где 0,89 - максимальная относительная жизненность лихенофлоры в чистом воздухе; G% - комплексный показатель жизненности лихенофлоры на площадке лихеноиндикации; 89% - теоретически возможное максимальное значение жизненности лихенофлоры в чистом воздухе, выраженное в процентах; 0,298 - коэффициент толерантности лихенофлоры к ИЗА.

Способ определения пестицидов в биологическом материале с использованием вэжх // 2598733

Изобретение относится к экологии, а именно способу одновременного определения пестицидов разных химических классов в биологическом материале. Для этого печень рыбы гомогенизируют с безводным сульфатом натрия и гидроцитратом натрия, экстрагируют ацетонитрилом, встряхивают и отстаивают.

Безопасный экстракционно-флуориметрический способ определения селена в воде // 2597769

Изобретение относится к аналитической химии и касается способа определения селена в воде. Сущность способа заключается в том, что к анализируемому раствору добавляют 0,4 мл раствора 3%-ного щелочного борогидрида натрия восстановителя, закрывают пробкой, встряхивают и оставляют на 5 мин для восстановления селена до селеноводорода.

Способ прогнозирования фасциолёза жвачных животных // 2597404

Изобретение относится к ветеринарной эпизоотологии, в частности к способу прогнозирования фасциолеза жвачных животных. Способ включает обследование пастбища.

Механобиологический способ диагностики материалов и конструкций // 2595876

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий по условиям прочности и предназначено для контроля процесса трещинообразования хрупких тензоиндикаторов при изменении уровня напряженности в исследуемых зонах конструкции.

Способ получения магний-замещенного гидроксиапатита // 2617103

Изобретение относится к технологии получения неорганических веществ, а именно к способу получения магний-замещенного гидроксиапатита (Mg-ГА), используемого для получения биосовместимых покрытий, применяемых в челюстно-лицевой хирургии и травматологии.

Способ жидкофазного синтеза многокомпонентного керамического материала в системе zro2-y2o3-gd2o3-mgo для создания электролита твердооксидного топливного элемента // 2614322

Изобретение может быть использовано для создания электролита твердооксидного топливного элемента. Жидкофазный синтез многокомпонентного керамического материала в системе ZrO2-Y2O3-Gd2O3-MgO осуществляют путем выбора в качестве исходных реагентов солей ZrO(NO3)2⋅2H2O, Y(NO3)3⋅5H2O, Gd(NO3)3⋅6H2O и Mg(NO3)2⋅6H2O.

Способ получения гидроталькитоподобных соединений // 2611526

Изобретение относится к химической промышленности. Способ включает синтез MgAl-NO3-СДГ, его термическую деструкцию со скоростью нагрева 10°С/мин и выдержкой при температуре 500°С в течение 1 часа.

Композиция смолы // 2603369

Изобретение относится к композиции смолы, которая включает два различных соединения магния и является превосходной по механической прочности и внешнему виду. Описана композиция смолы для изготовления формовых изделий, включающая (i) 100 частей по массе смолы (компонент А), (ii) пластинообразный гидроксид магния (компонент В), имеющий толщину кристалла (у) в 0,2 мкм или менее, и отношение ширины к толщине в 20-100, и (iii) иглообразный основный сульфат магния (компонент С), где указанная смола (компонент А) представляет собой по меньшей мере одну смолу, выбранную из группы, состоящей из термопластичных смол, термоотверждающихся смол и каучуков, общее содержание компонентов В и С составляет 1-100 частей по массе, считая на 100 частей по массе смолы, и массовое соотношение компонента В и компонента С составляет 0,1-0,9:0,9-0,1.

Аддукты дихлорид магния - спирт и получаемые из них каталитические компоненты // 2576523

Настоящее изобретение относится к аддуктам дихлорид магния - спирт, содержащим определенные количества длинноцепочечных алифатических карбоновых кислот или их солей металлов.

Способ заполнения нанотрубок тугоплавкими малорастворимыми соединениями // 2569693

Изобретение относится к области нанотехнологии, радиационной и электромагнитной безопасности и может использоваться для придания веществам с нанотрубчатой структурой радиационно-защитных свойств.

Наполнитель для синтетической смолы, композиция синтетической смолы, способ ее получения и изготовленное из нее формованное изделие // 2567910

Изобретение относится к наполнителю для ингибирования вспенивания, вызванного присутствием СО2, который включает частицы соединения гидротальцита и частицы гидроксида кальция и/или гидроксида магния, использованию наполнителя в синтетической смоле и профилированному изделию, полученному из нее.

Способ получения магнезиальной добавки // 2562269

Изобретение относится к химической технологии получения магнезиальной добавки для производства гранулированной аммиачной селитры. Сущность состоит в том, что при разложении каустического магнезита азотной кислотой, взятой с избытком от стехиометрии, с последующим отделением неразложившегося остатка от раствора нитрата магния фильтрованием, разложение проводят в две стадии.

Способ получения магнезиальной добавки // 2562266

Способ относится к химической технологии получения магнезиальной добавки для производства гранулированной аммиачной селитры и может найти применение при получении магнезиальной добавки с использованием в качестве магнийсодержащего сырья природного брусита.

Слоистый гидроксид со структурой гидроталькита, содержащий никель в степени окисления +3, и способ его получения // 2540402

Группа изобретений относится к слоистому двойному гидроксиду со структурой гидроталькита и способу его получения. Слоистый двойной гидрокисд описывается общей формулой Mg(1-x)Al3+ (x-y)Ni3+ y(OH)2(Ann-)x/n·mH2O, где в качестве трехзарядных катионов металла выступают одновременно катионы алюминия и никеля, y принимает значения от 0,0025 до 0,0625, x=0,25.

Способ извлечения солей гольмия (iii) из водных растворов // 2616748

Изобретение относится к способу извлечения солей гольмия (III) из бедного или техногенного сырья с помощью метода жидкостной экстракции. Способ извлечения солей гольмия (III) включает жидкостную экстракцию с использованием в качестве экстрагента изооктилового спирта.