Entwicklung und Validierung einer massenspektrometrischen Isotopenverdünnungsanalyse zur direkten Multielementbestimmung in pulverförmigen Proben mittels LA-ICP-MS

In dieser Arbeit wurde erstmalig eine massenspektrometrische Isotopenverdünnungsanalyse (MSIVA) als Quantifizierungsmethode für die Multielementbestimmung in pulverförmigen Proben mittels Laserablations-induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS) entwickelt. Diese LA-ICP-MSIVA wurde zur Bestimmung von Elementspuren in optisch-reinem Calciumfluorid eingesetzt und anhand der Analyse mehrerer zertifizierter Referenzmaterialien unterschiedlicher Matrixzusammensetzung validiert.Mit den in dieser Arbeit entwickelten direkten LA-ICP-MS-Analysenmethoden dürfte es in der Zukunft möglich sein, Routineanalysen von optisch-reinem Calciumfluorid durchzuführen, wobei sich im Vergleich zu naßchemischen Aufschlußverfahren eindeutige Vorteile ergeben. Neben einer deutlich einfacheren und weniger kontaminationsanfälligen Probenvorbereitung liegen die Nachweisgrenzen (im Bereich von 0.05 ng/g für Zr bis 20 ng/g für Mg) um etwa ein bis drei Größenordnungen niedriger.Die am Beispiel der Multielementbestimmung in Calciumfluorid entwickelte LA-ICP-MSIVA wurde nachfolgend anhand der Analyse von sieben zertifizierten Referenzmaterialien mit organischer und anorganischer Matrix validiert. Hierbei wurde für 28 von insgesamt 32 analysierten Elementkonzentrationen eine hervorragende Übereinstimmung mit den zertifizierten Werten erhalten. Im Mittel weichen die mittels LA-ICP-MSIVA analysierten Gehalte nur um 1.6 % von den zertifizierten Werten ab. Die erzielte Präzision von durchschnittlich 4.9 % relativer Standardabweichung für drei unabhängig analysierte Proben liegt im Bereich der durchschnittlichen zertifizierten Unsicherheit der Referenzmaterialien von 4.4 %.

In this PhD thesis the first aplication of isotope dilution mass spectrometry (IDMS) as a quantification method for multi-element trace analyses in powdered samples by laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) is described. LA-ICP-IDMS was applied for the determination of trace impurities in optical-pure calcium fluoride powder. In addition, a method validation was carried out by the analysis of certified reference materials with different matrix composition.The developed LA-ICP-MS methods can be used in the future as industrial routine analysis for the production control of synthetic calcium fluoride powders. In comparison to wet-chemical digestion procedures, LA-ICP-MS offers distinct advantages with respect to contamination-controlled sample preparation and one to three orders of magnitude lower detection limits (in the range of 0.05 ng/g for Zr and 20 ng/g for Mg).The LA-ICP-IDMS method was validated by the analysis of seven certified reference materials of organic and inorganic matrix composition, respectively. For 28 of totally 32 element concentrations, excellent agreement with the certified values was obtained. In average, concentrations determined by LA-ICP-IDMS were 1.6 % lower than the certified values. Moreover, an average precision of 4.9 % relative standard deviation for three independently analysed samples was obtained, which lies in the range of the reference materials’ uncertainty of 4.4 %.