希土類元素――その特性、課題、そして可能性

希土類元素 – 頻繁に使用される

「希土類」という名称は、これらの元素が初めて採掘された時代にさかのぼります。当時は、このグループに属する金属が非常に希少であると想定されていました。実際、今日ではセリウムなど、そのうちのいくつかは非常に豊富に存在することがわかっています。 「アース（earths）」という名称もこの時期に由来しており、当時は希土類を特定の鉱物から酸化物としてしか抽出することができませんでした。「アース」とは、酸化物を指す古い呼び名です。

幸いなことに、その名称が示唆する通りではなく、希土類元素の産出は決して稀なものではありません。何しろ、それらは現代のハイテクな生活にとって極めて重要な原材料だからです。 希土類元素（REE）への需要はかつてないほど高まっています。これらは、民生用電子機器、スマートフォン、光学ディスプレイ、照明機器、高性能磁石、電池の製造だけでなく、触媒、電気モーター、航空宇宙、医療分野においても重要な資源となっているからです。 

産業のためのスーパーパワー

セリウム – セリウムには幅広い用途があります。アルミニウム合金の強度と延性を高め、ガラスやエナメルに色付けを行います。また、ライターやガスライター用の自然発火性セリウム合金において火花を発生させるほか、特殊ガラスやフロントガラス用の紫外線（UV）フィルターにも使用されています。

ランタン – ランタンは、ガラス産業において主に高品質なカメラレンズの製造に使用されます。また、フリント石にも含まれています。

ネオジム – ランタンと非常に似ていることから、当初は「ディディミウム」（ギリシャ語で「双子」の意）と呼ばれていましたが、現在は主にネオジム・鉄・ホウ素合金として、強力な永久磁石に使用されています。

プラセオジム – その緑色（ギリシャ語：prásinos、「緑」を意味する）とディディミウムとの類似性からこの名が付けられました。これにより、既存の「双子」であるディディミウムとランタンのもう一つの「双子」となったため、ディディミウムはネオジム（新しい双子）と改名されました。 プラセオジムは、マグネシウムとの合金として航空機エンジン用の高強度金属の製造に用いられ、またコバルトや鉄との合金として強力な永久磁石の材料として用いられる。セリウムと同様に、プラセオジムの化合物はガラスやエナメルの着色（例えば、緑色のヘッドライトレンズなど）に用いられる。 また、プラセオジムの化合物は紫外線の吸収性を高めるため、溶接時の保護メガネレンズの製造にも用いられている。プラセオジムイオン（Pr³⁺）は、固体レーザーのレーザー媒質へのドーパントとしても使用される。  

スカンジウム – 発見者であるラース・フレデリック・ニルソンの故郷にちなんで名付けられたスカンジウムは、希少な元素の一つである。元素状態では存在せず、一部の希少な鉱物中にのみ濃縮された形で含まれている。 そのため、実際には希少なこの酸化物の用途は極めて多岐にわたります。例えば、スタジアムの照明などに使用される高圧水銀灯などが挙げられます。スカンジウムはホルミウムやジスプロシウムと組み合わさることで、日光に非常に近い光を放ちます。 また、スカンジウムはレーザー結晶の製造にも用いられています。磁気データ記憶装置においては、スカンジウムが処理速度の向上に寄与します。 

テルビウム – テルビウムは、固体素子に使用されるフッ化カルシウム、タングステン酸カルシウム、モリブデン酸ストロンチウムのドーピング剤として用いられます。また、高温燃料電池における微細構造の安定化のために、酸化ジルコニウム（IV）と組み合わせて使用されます。 ホウ酸テルビウムナトリウムは、波長546 nmのコヒーレント光を発生させるレーザー材料として用いられる。また、テルビウムは、ブラウン管や蛍光灯の緑色蛍光体にも添加される。

イットリウム – イッテルビウム、エルビウム、テルビウムと同様に、ストックホルム近郊のイッテルビー鉱山（Ytterby）で初めて発見されたことにちなんで名付けられました。その用途は多岐にわたり、イットリウムセラミックスや合金は、ラムダプローブ、超伝導体、DS合金、スパークプラグなどに使用されています。 酸化イットリウム化合物は、白熱灯のコーティング材料、レーザー結晶、マイクロ波フィルター、および燃料電池（SOFC）の固体電解質として使用される。 また、酸化イットリウムおよび硫化イットリウムは、テレビのブラウン管や蛍光灯において、3価のユーロピウム（赤色）やツリウム（青色）でドープされた発光体（蛍光体）としても重要な役割を果たしています。 コバルトと合金化して YCo5 とすることで、イットリウムは希土類磁石としても使用できます。さらに、イットリウムは質量分析計のイオン源における加熱線用の材料としても使用されています。

この一例からも、希土類が私たちにとっていかに重要であるかがわかります。

どの用途にどの分析技術が適しているか？

アナリティク・イェナ社のICP-OES（誘導結合プラズマ発光分光法）およびICP-MS（誘導結合プラズマ質量分析法）技術は、希土類元素の分析プロセス全体を、極めて効果的かつ効率的にカバーしています。 

ICP-MS および ICP-OES は希土類元素の分析に有効な手法ですが、いくつかの課題も抱えています。プラズマテールでの好ましくない REO の生成や、多数の発光線による強いスペクトル干渉が、ICP-MS または ICP-OES による希土類元素の検出感度に影響を及ぼしています。

解決策：潜在的なスペクトル干渉を解消する高分解能アレイ型ICP-OES「PlasmaQuant 9200 Elite」と、多原子干渉を効率的に除去する高感度ICP-MSソリューション「PlasmaQuant MS Elite」です。

概要

PlasmaQuant 9200 Eliteの高分解能分光計と、PlasmaQuant MS Eliteの極めて効果的な干渉管理により、希土類元素を干渉の影響をほぼ受けずに、したがって信頼性の高い定量を行うことができます。高い感度と低い検出限界により、あらゆる濃度範囲を網羅し、その精度の高さが評価されています。