Этап 1

В рамках первого этапа данного проекта в 2014 году разработан общий методологический подход к комбинированию методов анализа. Предложенный общий методологический подход к комплексированию аналитических методов охватывает две доминирующие задачи: первая — последовательное применение для полной характеризации химического состава объекта анализа; вторая — совместное применение методов для обеспечения качества и точности анализа. Таким образом, созданы предпосылки для разработки подходов и правил такого комбинирования современных методов анализа, которое позволяет добиться синергетического эффекта в области перечня определяемых элементов, контроля правильности анализа, минимизации затрат средств и времени. Данная методология названа эффектом комбинирования аналитических методов. Для реализации данного подхода выбраны методы и приборы, подлежащие участию в эксперименте и комбинированию. Важнейшими критериями для выбора аналитических методов являлось сочетание таких качеств как универсальность, экспрессность, многоэлементность, высокая чувствительность и точность. Такими качествами обладают физические (или инструментальные) методы анализа — атомно-эмиссионная спектроскопия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия, масс-спектрометрия, рентгенофлуоресцентный анализ и комбинации этих методов между собой и с различными способами пробоподготовки. Указанные методы анализа достаточно универсальны, охватывают необходимые диапазоны концентраций матричных, сопутствующих и примесных элементов, в основном, экспрессны и обладают требуемыми метрологическими характеристиками. Поэтому основное направление исследований в данной работе — комплексный подход к анализу, включающий новые методы пробоподготовки, формирование оптимального для каждого метода аналитического сигнала, выявление аналитических возможностей каждого метода, оценку метрологических характеристик и оптимизацию системы аналитического контроля путем совместного применения различных приборов и специального методического обеспечения. В рамках отчетного периода собрана и обобщена информация об аналитических возможностях основных методов, роль которых в аналитическом контроле неорганических материалов является определяющей: атомно-спектральных методах анализа (атомно-эмиссионном с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), атомно-абсорбционном с электротермической атомизацией (ЭТААС), атомно-эмиссионном с дугой постоянного тока (ДАЭА)), рентгенофлуоресцентном методе анализа (РФА), масс-спектральном с различными источниками возбуждения (МС-ИСП, ИМС, МСТР).

Для выполнения исследований выбрано современное аналитическое и лабораторное оборудование последнего поколения. Показана перспективность применения комбинированных методов для исследования таких сложных аналитических объектов как высокочистые вещества и металлсодержащее сырьё и продукты его переработки. По исследованию техногенного и вторичного сырья выполнены экспериментальные работы. Проведены исследования аналитических возможностей методов и аппаратурного обеспечения применительно к решению данной задачи. Для таких объектов как отработанные катализаторы нефтехимической промышленности, отработанные автомобильные катализаторы на керамической основе, электронный лом и техногенные отвалы разработаны комбинированные методики химико-атомно-спектрального определения ценных и токсичных элементов, обладающие улучшенными метрологическими характеристиками.

Подготовлены семь публикаций в высокорейтинговые журналы «Accreditation and Quality Assurance», «Журнал аналитической химии», «Заводская лаборатория. Диагностика материалов» — «Inorganic Materials», «Известия академии наук. Серия химическая», «Цветные металлы».

Этап 2

Лейтмотив выполненных в отчетном году работ и полученных результатов по данному проекту заключается в комплексе исследований в области аналитической химии, включающем выбор и характеризацию двух видов материалов на основе редкоземельных, редких  и благородных металлов, высокочистых веществ и возвратного металлсодержащего сырья; выбор индивидуальных методов анализа, потенциально пригодных для оценки качества исследуемых материалов; совершенствование выбранных методов и создание специальных способов пробоподготовки применительно к конкретным объектам исследования с улучшенными метрологическими характеристиками; и в качестве завершающего этапа исследования — комбинирование усовершенствованных методов анализа и пробоподготовки с целью расширения их возможностей, получения синергетического эффекта в части увеличения числа определяемых компонентов; повышения чувствительности и точности анализа в соответствии с возможностями комбинируемых методов; проведения межметодного контроля правильности анализа. Такой комплексный охват задачи исследования позволяет получить максимально полную и достоверную информацию о составе объектов исследования.

В рамках исследования высокочистых веществ поставлена задача определения их полного примесного состава и на этой основе оценки химической чистоты. С этой целью выбраны имеющиеся в распоряжении исполнителей высокочувствительного анализа  — искровая масс-спектрометрия, масс-спектрометрия с тлеющим разрядом, масс-cпектрометрия с индуктивно- связанной плазмой, атомно-эмиссионная спектрометрия с дуговым разрядом и индуктивно-связанной плазмой, атомно-абсорбционная спектрометрия с электротермической ионизацией.

Проведено усовершенствование этих методов в направлении повышения чувствительности и расширения числа определяемых примесей. Особое внимание при этом уделено метрологическому обеспечению разработанных методик анализа. Затем для исследования предложены варианты комбинирования разработанных методов, оформленные в виде

аттестованных методик анализа. В каждом отдельном случае отмечен эффект комбинирования взаимодополняющих методик анализа.

В рамках исследования возвратного металлсодержащего сырья поставлены задачи экспрессного и высокоточного одновременного определения сопутствующих компонентов и высокочувствительного определения токсичных компонентов. Показана особая роль в решении этой задачи методов пробоподготовки, включающих разделение и концентрирование.

В результате в качестве наиболее перспективных выбраны методы атомно-эмиссионного анализа с индуктивно-связанной плазмой, методы рентгенофлуоресцентного анализа и методы атомно-абсорбционного анализа. По аналогии с методами анализа высокочистых веществ усовершенствованы индивидуальные методы анализа, улучшены их метрологические характеристики. Данный раздел работы завершает разработка комбинированных методик, позволяющих максимально полно и достоверно решать поставленные задачи. Методики аттестованы и нашли практическое применение.

Результатом комбинирования взаимодополняющих методов химической диагностики стали алгоритмические блок-схемы и следующие комбинированные методики:

— «Комбинированная методика определения драгоценных, редких металлов, примесных и сопутствующих элементов в отработанных автомобильных катализаторах»;

— «Комбинированная методика определения драгоценных  металлов, примесных и сопутствующих элементов в отходах радиоэлектронной и радиотехнической промышленности и продуктах их переработки»;

— «Комбинированная методика определения драгоценных, редких металлов, примесных и сопутствующих элементов в отработанных нефтехимических катализаторах»;

— «Комбинированная методика определения химической чистоты высокочистых редких и редкоземельных металлов».