TY - CONF A1 - Abad Andrade, Carlos Enrique A1 - Florek, S. A1 - Becker-Ross, H. A1 - Mao-Dong, H. A1 - Recknagel, Sebastian A1 - Vogl, Jochen A1 - Jakubowski, Norbert A1 - Panne, Ulrich T1 - Determination of isotope ratios by molecular absorption spectrometry N2 - Boron and Magnesium present two and three stable isotopes respectevely. It is due to their relatively large mass difference (~ 10%) that isotope fractionation leads to considerable isotope amount ratio variations in the nature. These have been used as a proof of provenance of mineral and biological samples, to estimate a contamination source and to the determination of geological processes by erosion or subduction. Additionally, boron is employed in the nuclear industry due to the capability of its isotope 10B to thermal-neutron capture and therefore 10B enriched boric acid solutions are used in the cooling system of thermonuclear facilities and in the alloying of steel and carbides for protective shielding. Traditionally, isotope ratio variations have been determined by mass spectroscopic methods. Here an alternative faster and low cost method for isotope ratio determination is proposed: high-resolution continuum source molecular absorption spectrometry (HR-CS-MAS). Isotope amount ratios have been determined by monitoring the absorption spectrum of boron monohydride (BH) for boron and Magnesium monofluoride (MgF) for magnesium in a graphite furnace HR-CS-MAS. Bands (0→0) and (1→1) were evaluated. Partial least square regression (PLS) for analysis of samples and reference materials were applied. For this, a spectral library with different isotopes ratios for PLS regression was built. Results obtained are metrologically compatible with those reported by mass spectrometric methods. Moreover, a precision and accuracy of the method of ± 0.5 ‰. This accuracy and precision is comparable with those obtained by thermal ionization mass spectrometry (TIMS) and multiple collector inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS) for boron isotope ratio measurements T2 - Analytik Jena Days CY - Idstein, Germany DA - 26.06.2019 KW - Isotope anaylsis KW - HR-CS-MAS KW - Boron KW - Magnesium KW - Optical spectroscopy KW - Diatomic molecule PY - 2019 AN - OPUS4-49877 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Abad Andrade, Carlos Enrique T1 - Advances and Applications of Molecular Absorption Spectrometry: from Non-Metals to Isotope Analysis N2 - The present work covers two main aspects of high-resolution continuum source graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS), an analytical technique for elemental trace analysis. First, a comprehensive mechanistic study of molecule formation in graphite furnaces is presented, which is a key step into the recovery of analytical signals. For this, the molecule formation of CaF was studied, which is used for the indirect analytical determination of fluorine in HR-CS-GFMAS. A zirconium coating catalyzes the CaF formation, and its structure was investigated. The kinetics of this reaction was established by monitoring its molecular spectrum at different atomisation temperatures. An Arrhenius plot showed a pseudo-first order reaction with respect to fluorine (n = 1). An intermediate state was isolated, and its structure was elucidated by spectroscopic methods: scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray absorption spectroscopy (XANES and EXAFS), and Raman microspectroscopy. Here a mechanism is proposed, where ZrO2 works as a heterogeneous catalyst: after a pyrolytic step, an intermediate state of ZrO(OCaF) is activated, and at higher temperatures, CaF(g) is released from the zirconium-coated graphite surface. Second, analytical methods were developed by using HR-CS-MAS as detector for non-metals and isotope analysis. Therefore, the determination of organic absorbable chlorine in water, the quantification of fluorine in consume care products with declared perfluorinated ingredients, and the determination of sulfur content in crude oils were investigated. Finally, the high resolution of the instrumentation allows to measure isotopic shifts with high precision in some observed molecular spectra. Consequently, the molecular spectra of enriched isotopes of boron and magnesium were investigated, establishing so the potential of HR-CS-MAS for the accurate and precise determination of isotopic amount ratios. Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit befasst sich mit zwei zentralen Aspekten der High-Resolution-Continuum-Source-Molekülabsorptionsspektrometrie mit Graphitrohrtechnik (HR-CS-GFMAS), einer Analysetechnik für elementare Spurenanalyse. Der erste Teil der Arbeit umfasst eine mechanistische Studie zur Molekülbildung auf Graphitoberflächen. Dies ist ein wichtiger Schritt, um analytische Signale zu entdecken. Dazu wurde die Molekülbildung von CaF analysiert, welches für die indirekte, analytische Bestimmung von Fluor in HR-CS-GFMAS genutzt wird. Die CaF Bildung wurde mittels einer Beschichtung aus Zirconium katalysiert und deren Struktur analysiert. Die Kinetik dieser Reaktion wurde durch Beobachtung des jeweiligen Molekülspektrums bei verschiedenen Atomisierungstemperaturen beobachtet. Ein Arrheniusplot zeigte für Fluor (n = 1) eine Reaktion Pseudo-erster Ordnung. Ein Übergangszustand wurde über die mit Zirconium überzogene Grafitoberfläche isoliert und seine Struktur mittels spektroskopischer Methoden Energiedispersive Rasterelektronenmikroskopie / Röntgenspektroskopie (REM-EDX), Röntgenphoto¬elektronenspektroskopie (XPS), Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) und Raman Spektroskopie untersucht. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird ein Mechanismus vorgeschlagen, bei dem ZrO2 als heterogener Katalysator fungiert; in Folge einer Pyrolysestufe wird ein Übergangszustand des ZrO(OCaF) aktiviert, welcher bei höheren Temperaturen CaF(g) an der Zirconium-Graphitoberfläche freisetzt. Im zweiten Teil der Arbeit werden Analysemethoden entwickelt, in dem HR-CS-MAS als Detektor für Nichtmetalle und Isotopanalyse angewandt wird. Hierfür wurde organisch gebundenes Chlor im Wasser bestimmt, der Fluorgehalt in Pflegeprodukten mit perfluorierten Inhaltsstoffen quantifiziert und der Schwefelgehalt in Erdöl untersucht. Weiterhin ermöglicht die hohe Auflösung der Messgeräte eine präzise Bestimmung der Isotopenverschiebung einiger untersuchter Molekülspektren. Daher wurden die Molekülspektren angereicherter Bor- und Magnesiumisotope untersucht. Auf diese Weise wurde das Potential von HR-CS-MAS für die akkurate und präzise Bestimmung von Isotop-Mengenverhältnissen nachgewiesen. KW - Isotope analysis KW - Non-metals analysis KW - Molecular absorption spectrometry KW - Boron KW - Fluorine KW - Graphite furnace KW - HR-CS-MAS KW - Applied optical spectroscopy PY - 2019 UR - https://hu-berlin.hosted.exlibrisgroup.com/permalink/f/jl2ii5/HUB_UB_ALMA_DS21669801300002882 SP - X EP - 118 CY - Berlin, Germany AN - OPUS4-49891 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -