Von extremer Seltenheit – Zuverlässigere und schnellere Indium-Analysen

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Matrixeffekte vermeiden

Eine geeignete Trägersubstanz für eigenpräparierte In-/Lu-dotierte Referenzproben ist Bismut(III)oxid. Bismut hat keine störenden Linien im Bereich der beiden Analytlinien. Um eventuelle spektrale Interferenzen durch Spurenelementgehalte zu vermeiden, sollte das verwendete Bismut(III)oxid hochrein sein (99,999%). Spurenelementbestimmungen können durch hohe Gehalte von Matrixelementen gestört werden, deren Spektrallinien die Analysenlinie(n) des Spurenelementes ganz oder teilweise überlagern und eventuell im Bereich der Analysenlinie sogar zu einer Detektorübersättigung führen können. Die Bearbeitungssoftware sollte „hidden peaks“ identifizieren und quantifizieren können. Die Homogenität von Analysen- und Referenzproben bezüglich stofflicher Zusammensetzung und Korngrößenverteilung sollte möglichst weitgehend gesichert sein.

Starke Kontinuumstrahlung („Background“) stört die Messung und führt zu einem niedrigen S/B-Verhältnis. Durch eine mikrometrisch verschiebbare Blende kann der innere (Laserfokus-nahe) Teil des Plasmas abgeschirmt und damit die Untergrundstrahlung vermindert werden.

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Selbstpräparierte Referenzproben und Lu-dotierte Analyseproben müssen mit einem geeigneten analytisch nicht störenden Bindemittel versehen und zu einer festen, mechanisch bearbeitbaren Probe ausgehärtet werden. Als Bindemittel zur Verfestigung der pulverförmigen Originalproben und der pulverförmigen Bi₂O₃-Matrix der Referenzproben ist das zur Einbettung und Imprägnierung geologischer Proben häufig verwendete 2-Komponenten-Epoxidharz Araldite 2020A+B sehr gut geeignet. Ein Kontaminationsrisiko besteht damit nicht.

Die laserinduzierten Plasmen werden mit einem gepulsten Faserlaser bei einer Wellenlänge von 1060 nm, einer Pulsdauer von ca. 30 ns und einer Pulsrepetitionsrate von 25 000 Pulsen/s erzeugt. Im Laserfokus entsteht eine Leistungsdichte um 10 GW/cm². Die Laserspots sollten sich nicht überlagern. Zu diesem Zweck wird die Probe während des Laserbeschusses in schnelle Rotation versetzt (ca. 1200 UpM). Die im Abstand von 40 µs generierten Plasmen sind annähernd sphärische Mikroplasmen mit einer Lebensdauer < 1 µs. Die entstehenden „Krater“ sind flach (Tiefe einige µm, Durchmesser 20 bis 30 µm). Die Lichtübertragung erfolgt über eine optische Bank mit einem Quarzfaserkabel (Kerndurchmesser 1 mm) im Winkel von 45°. Durch lange Erfassungszeiten können bis über 10 000 Plasmaemissionen integriert und damit niedrige Nachweisgrenzen erzielt werden (< 0,1 µg In/g). Mehrfachmessungen im ms-Abstand mit Averaging (z.B. 40 Messungen mit je 2500 Plasmaereignissen können sehr geringe Standardabweichungen (RSD 1 bis 2%) ergeben.

Bei Einhaltung der genannten Bedingungen sollten sich Messwerte mit hoher Präzision und Richtigkeit ergeben. Der verwendete Eigenbau-Spektrograph (f = 250 mm, Auflösung ca. 0,03 nm) konnte zusammen mit der Auswertesoftware Peakfit alle in den Spektren vorhandenen Peaks relativ gut auflösen.

Probenpräparation

Zur Präparation der Bezugsprobe werden mittels einer Halbmikrowaage (Auflösung 0,01 mg) bestimmte Massen von Indium– und Lutetium-ICP-Flüssigstandards mit Bismut(III)oxid vermischt. Als „unbekannte“ Analysenproben wurden einige Referenzproben mit zertifizierten Indiumgehalten verwendet. Diese werden ebenfalls mit gravimetrisch bestimmten Mengen des Lutetium-ICP-Flüssigstandards dotiert. Alle Proben werden nach der Dotierung sorgfältig homogenisiert, bei ca. 95 °C einige Stunden lang getrocknet und danach mit so viel Epoxidharz Araldit 2020 A+B vermischt, dass sich eine zähe teigartige Masse ergibt. Diese wird in eine Polypropylenform (Ø 25 mm, wie für Kalteinbettungen von Mikropräparaten verwendet) überführt und zur Aushärtung 24 Stunden stehen gelassen – am besten im Trockenschrank bei leicht erhöhter Temperatur (ca. 40 °C). Das ausgehärtete Präparat wird aus der Form entnommen und auf einer Schleifmaschine oder einer Drehbank planiert. Das planparallele Probenscheibchen (Dicke: einige mm) wird an der Probenaufnahme eines Mikromotors befestigt und kann dann rotierend dem Laserbeschuss ausgesetzt werden. Die präparierten „Tabletten“ sind praktisch unbegrenzt wiederverwendbar.

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