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ICP-MS

Brom in Polymeren mit ICP-MS analysieren

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Das ABS-Polymer wurde in THF gelöst und mittels MD-ICP-MS untersucht. Schon nach kurzer Zeit wurden Drifts in Richtung niedrigerer Intensitäten ermittelt. Da nach Säuberung des Membransystems die ursprüngliche Empfindlichkeit des Systems wieder hergestellt werden konnte, wurde dieses Driften auf eine Ablagerung des Polymers auf der Membran zurückgeführt. Als problematisch erwies sich weiterhin das Verschließen des Zerstäubers aufgrund von Polymerablagerungen. Daher wurde die Bromverbindung mittels eines geeigneten Extraktionsverfahrens aus dem Polymer isoliert.

Zur Überprüfung der Eignung des Extraktionsschrittes und damit eines zentralen Schrittes der Methode wurde eine ABS-Probe mit bekanntem Bromgehalt nach dem Mahlen (max. Partikelgröße 500 µm) mittels einer Soxhlett-Apparatur drei Stunden mit Toluol extrahiert. Die resultierenden Lösungen wurden nach Kalibrierung unter Verwendung von Molybdän als internem Standard quantitativ mittels MD-ICP-MS gemessen. Es konnten Wiederfindungsraten von nahezu 100 Prozent erreicht werden (s. Abb. 3). Dieses Ergebnis zeigt, dass bei Vorliegen eines geeigneten Extraktionsverfahrens die Methode gut geeignet ist, um niedermolekulare bromhaltige Verbindungen aus Polymeren zu isolieren und mittels dieser Lösung den Bromgehalt in Polymeren zu bestimmen. Ein Nachteil ist, dass diese Methode nicht universell einsetzbar ist. So können Bromspezies, die nicht extrahierbar sind, mit diesem Verfahren nicht quantitativ bestimmt werden.

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Brom mit LA-ICP-MS analysieren

Wie die vorgestellten Ergebnisse zeigen, kann der Bromgehalt in Polymeren und Kunststoffen mittels Flüssigaufgabe nur mit Einschränkungen analysiert werden. Eine Methode, die es ermöglicht, Brom direkt im Feststoff zu bestimmen, ist daher wünschenswert.

Eine vielversprechende Methode, um Elemente in Feststoffen zu bestimmen, ist die ICP-MS nach Laser-Ablation (LA-ICP-MS). Allerdings ist die LA-ICP-MS eine extrem matrixabhängige Methode. Daher ist für die quantitative Bestimmung von Elementen mittels LA-ICP-MS eine matrixangepasste Kalibrierung bisher unumgänglich.

An der FH Münster wurden in einem vorangehenden Projekt Kalibrierproben zur Elementbestimmung in Polymeren für die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) entwickelt und produziert. Diese auf ABS basierenden Kalibriermaterialien enthalten u.a. das Element Brom in variablen Konzentrationen in einem Bereich von 0 – 1300 mg/kg. Die Eignung der Materialien zur Kalibrierung der RFA konnte bereits erfolgreich demonstriert werden [7].

Für die LA-ICP-MS müssen die Kalibrierproben aufgrund der hohen lateralen Auflösung (Spotgröße i.d.R. 20 – 100 µm) sehr hohen Homogenitätsansprüchen genügen. Die hervorragende Homogenität der produzierten Kalibrierproben konnte in vorangegangenen Versuchsreihen ebenfalls nachgewiesen werden [8, 9]. Um zu überprüfen, ob diese Materialien auch für die LA-ICP-MS geeignet sind, wurden Kalibrierungen für die Laserablation ICP-MS durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde jeweils an fünf Punkten (1000 Schüsse pro Punkt, 200 µm Messfleckdurchmesser) des Polymers ablatiert und die abgetragene Masse in das ICP-MS geleitet. Das Kohlenstoffisotop 13C wurde für diese Untersuchungen als interner Standard verwendet. Die erhaltenen relativen Intensitäten wurden gemittelt und die Mittelwerte gegen die Soll-Konzentrationen aufgetragen. Bei der Korrelation der Konzentrationen mit den Intensitäten wurde für Brom ein Bestimmtheitsmaß von R² < 0,999 erreicht (s. Abb. 4). Dies zeigt, dass die verwendeten ABS-Standards sehr gut zur Kalibrierung der LA-ICP-MS geeignet sind. Zur Überprüfung wurde eine Probe mit mittlerer Bromkonzentration („ABS-QC“) vermessen und mit der erstellten Kalibrierung ausgewertet. Die Wiederfindungsrate betrug 99,5 Prozent. Auf diese Weise konnte die Richtigkeit des eingesetzten Messverfahrens zur Bestimmung von Brom in ABS nachgewiesen werden.

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