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Hohlkathode in Kombination mit einer Grimmschen Glimmentladung zur Spurenanalyse von Reinstmetallen
(2008)
Calibration of two commercially available glow discharge double focusing mass spectrometers, the VG 9000 and Element GD, is described using synthetic pin standards pressed from solution doped copper and zinc matrices. A special pressing die was developed for this purpose and optimal results were obtained with the highest possible pressures, i.e., 95 kN·cm- 2. This calibration approach permits the determination of trace element mass fractions down to µg·kg- 1 with small uncertainties and additionally provides traceability of the GD-MS results in the most direct manner to the SI (International System of Units). Results were validated by concurrent measurements of a number of compact copper and zinc certified reference materials. The impact of the sample pin cross-section (circular or square) was investigated with the use of a new pin-sample holder system for the Element GD. The pin-sample holder was designed by the manufacturer for pin-samples having circular cross-section; however, samples with square pin cross-section were also shown to provide acceptable results. Relative Sensitivity Factors for some 50 analytes in copper (VG 9000, Element GD) and zinc matrices (VG 9000) are presented. The field of applicability of GD-MS may be considerably extended via analysis of pin geometry samples based on their ease of preparation, especially with respect to the accuracy and traceability of the results and the enhanced number of analytes which can be reliably calibrated using such samples.
Determining the influence of impurities on the fixed-point emperatures
of the ITS-90 requires the completion of several tasks. In this paper, the Progress made at Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) and BAMFederal Institute for Materials Research and Testing is presented and remaining questions are discussed.
The projected characterization procedure at PTB, which is based on the established SIE method (sum of the individual estimates), using a new indium fixed-point cell is described as an example. This procedure includes an SI-traceable chemical Analysis of the material in the fixed-point cell with sufficiently low uncertainties, the individual experimental determination of the influence of the quantified impurities on the fixed-point temperature, and the establishment of direct links to the phase-transition temperatures of the national standard and of an assumed material of ideal purity.
A characteristic difference to the common practice is the chemical analysis of the fixed-point metal being done after determining the cells freezing temperature. This allows for the detection and consideration of contamination and purification effects due to the filling process, or due to the contact with the carbon crucible and other parts of the fixed-point cell. A chemical analysis of an indium fixed-point was carried out by BAM with relative measurement uncertainties below 30 % which have not been previously achieved. The results provide evidence for the precipitation of some impurities,
which is apparently inconsistent with the corresponding binary phase diagrams, but was explained in a recent publication. Implications for the use of the SIE method shall be described briefly at the end.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse hochreiner Metalle mittels GD-MS (Glimmentladungs-Massenspektrometrie). Der Schwerpunkt war dabei die Verbesserung der genauen Bestimmung von Elementspuren, insbesondere im μg kg-1-Bereich, für den Kalibrierproben bekannter Zusammensetzung praktisch nicht existieren. Zur Überwindung des Problems wurden flüssigdotiere Pulverpresslinge als synthetische Kalibrierproben für die Matrices Zn, In, Cu, Fe sowie Co und das System Co/C hergestellt. Durch umfassende Untersuchungen der Praparationsschritte und eine eingehende Charakterisierung der Presslinge konnte deren Herstellungsprozess optimiert und deren Verhalten in der Glimmentladung besser verstanden werden. Das erarbeitete Quantifizierungskonzept wurde durch die Messung zertifizierter Matrixreferenzmaterialien mit Gehalten im mg kg-1-Bereich validiert, und seine Eignung auf hohem metrologischen Niveau bei der sehr erfolgreichen Teilnahme an einem weltweiten Ringversuch der internationalen Metrologieinstitute nachgewiesen. Gegenüber den bislang mangels tragfähiger Alternative verwendeten kalibrierprobenfreien Quantifizierungskonzepten ist der Einsatz der Presslinge bezüglich Richtigkeit, Unsicherheit und Rückführung auf das internationale Einheitensystem deutlich überlegen. Die GD-MS mit ihren Vorteilen als schnelle direkte Feststoffmethode erreicht so erstmalig die Analysenqualität der etablierten losungsbasierten Analysenmethoden, und erhöht damit ihren Anwendungsbereich deutlich, so dass sie schließlich auch für die Analyse von realen Proben für wichtige metrologische Fragestellungen angewendet werden konnte, wie für die Analyse von Zn-Fixpunktzellen, die für die Definition der internationalen Temperaturskala ITS 90 benötigt werden, oder für Primarnormale der chemischen Analytik. Darüber hinaus wurde grundlegend die Übertragbarkeit der klassischen kalibrierprobenfreien Quantifizierungskonzepte auf das neu auf dem Markt befindliche hochauflösenden GD-MS Gerat (Element GD) untersucht. Dabei wurden insbesondere die Einschränkungen herausgearbeitet, die für das völlig anders konstruierte Vorgängermodell VG 9000 nicht gelten. Ergänzende Untersuchungen zum Hohlkathodeneffekt führten zwar nicht bei der GD-MS, wohl aber bei der GD OES (Glimmentladung mit optischer Emissionsspektrometrie), zu einer enormen Steigerung des Nachweisvermögens für Elementspuren.