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稀土永磁材料在国家战略中处于核心地位,精准分析成为保障资源安全的关键。德国耶拿高分辨ICP-OES Plasma Quant 9100Elite助力磁材行业质量提升,为出口管控提供技术支撑。 稀土永磁材料在性能上显著优于金属和铁氧体永磁材料。第3代稀土永磁钕铁硼(NdFeB)合金,在稀土铁系永磁材料中独领风骚。广泛应用于电子、电力机械、医疗器械、玩具、包装、五金机械、航天航空等领域。 通常,钕铁硼材料中稀土元素钕的含量30%左右,铁为65%,而硼的含量则相对较小,约为1%。通过灵活调整材料成分进行性能优化,如添加铜、铝等元素,则有助于优化磁体的热稳定性和加工性能。而加入镝和镨这两种重稀土元素则可改善磁体性能,例如提升剩磁和矫顽力。添加钇、铽的永磁材料广泛应用于精确制导武器的电机和传感器中,能够大幅提高武器的精度和可靠性。例如,在导弹的制导系统中,高性能永磁电机能够快速、准确地调整导弹的飞行姿态,使其能够精确命中目标。 根据商务部 2025 年第 18 号公告,中国对钐、钆、铽、镝、镥、钪、钇等 7 类中重稀土相关物项实施出口管制,涉及磁铁产品的管控检测体系已全面升级。 《中华人民共和国出口管制法》:明确稀土及相关制品的出口需申请许可证,重点管控具有军民两用属性的物项。将含钐、铽、镝等元素的永磁材料(如钐钴磁铁、含铽 / 镝的钕铁硼磁铁)纳入管制范围。管控要求:实施"一批一证"制度,要求出口均需单独申请许可证,若钕铁硼磁体中上述元素总量≥0.1%(按质量分数计),每批次出口需提交《两用物项出口许可证》及第三方检测报告,并提交最终用户信息。海关实施全流程监管。稀土元素总含量低于0.1% 的非关键用途产品可豁免。 为了能精准实施出口管制,钕铁硼磁铁中的相关稀土元素测试变得尤为重要。目前钕铁硼中稀土及其他元素的检测标准有《XB/T 617.2-2014钕铁硼合金化学分析方法 第2部分:十五个稀土元素量的测定》,《钕铁硼合金化学分析方法第3部分:硼、铝、铜、钴、镁、硅、钙、钒、铬、锰、镍、锌和镓量的测定》。第一法为电感耦合等离子体发生光谱法(ICP-OES)。 但由于稀土元素的原子具有未充满的4f电子层和4f电子被外层的5s5p电子屏蔽的特性,使得稀土原子具有有丰富的电子能级和长寿命激发态,能级跃迁通道多达20余万个,可以产生多种多样的辐射吸收和发射,有着极为丰富的光谱谱线。同时钕铁硼中另一个主要组分铁元素的谱线也是非常丰富的。ICP测试时的谱线干扰十分严重。如Sm最灵敏线359.260nm同时受到Nd359.259nm及Fe359.267nm的干扰,完全无法用于分析。下图为氧化钕的部分发射谱线及钕铁硼样品的部分发射谱线图。可以看到样品基体的光谱谱线极为丰富,如连绵不绝的群山,给分析带来极大的干扰。 影响一台ICP-OES光学分辨率的因素主要有仪器使用的色散系统,光学系统像差,检测器的像素等。 中阶梯光栅是现在商品化ICP-OES上使用最广的色散系统。这是一种高分辨率衍射光栅,刻线密度较低(如30-300线/mm),但它利用大衍射角度(通常 >45°)使光能量集中在高阶次,通常几十至几百级,通过高级次衍射实现高色散率。从而使仪器即满足高光学分分辨的需求,又具有良好的灵敏度以及很宽的波长测试范围。 分辨率(R)公式: 但是需要注意的是,中阶梯光栅中波长(λ)越长,可用衍射级次(K)越低,如短波长(如200nm)可能使用100级衍射,而长波长(如800nm)仅用25级衍射。中阶梯光栅的这种特性,可能会导致仪器在长波段处的光学分辨率下降。因此必须对长波段谱线的光学分辨率进一步优化,才能保证仪器良好的性能。 总部位于世界光学之都的德国耶拿分析仪器有限公司,旗下产品高分辨电感耦合等离子体发射光谱仪 Plasma Quant 9100Elite,采用卡尔·蔡司原装高性能棱镜+中阶梯光栅光学系统,衍射角度达76°。仪器的全波长范围内均保证极其优异的光学分辨率(3pm@200nm,6pm@400nm),为业内该项目上最佳性能。即使是光谱干扰极为严重的稀土检测,也可轻松应对。下图为Plasma Quant 9100Elite上氧化钕基体中的Sm、Y元素,钕铁硼样品中Sc和Gd元素,均可清楚分辨进而准确定量,将"稀土世界"看得清清楚楚。
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