Methodenbeschreibung ICP-AES

Allgemein:
Bestimmung der Hauptelemente mittels Atomemissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES)

Ein Atomemissionsspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma besteht aus einem Hochfrequenzgenerator, einem Plasmabrenner, einem hochauflösenden Spektrometer und einem Rechner zur Steuerung der Messanordnung und der Datenausgabe. Beim IC-Plasmabrenner (inductively coupled) erzeugt eine Induktionsspule, die von einem Hochfrequenzgenerator gespeist wird, ein starkes, oszilierendes Magnetfeld. Über eine Gasversorgung wird dem Brenner Argon zugeführt, das mit Hilfe einer Teslaspule gezündet wird. Der Hochfrequenzgenerator mit Induktionsspule liefert die Energie für die im Plasma zu verrichtende Ionisierungsarbeit. Die Energie steht dabei im direkten Verhältnis zur Plasmadichte und Temperatur. Der Plasmabrenner ist mit einem Zerstäubersystem verbunden. Die Probe wird mit Hilfe eines Argon-Trägergases dem Plasma als Aerosol zugeführt. Im Plasma entsteht ein Tunnel, in dem die Probe bei hohen Temperaturen und längerer Verweilzeit verdampft und angeregt wird. Das Spektromter empfängt Strahlung aus der Beobachtungszone oberhalb der stromführenden Plasmazone. Im Spektrometer wird das Licht spektral zerlegt. Die Lichtintensitäten werden sequenziell (Monochromator) oder Simultan (Polychromator) gemessen. Bei allen Standardreihen wird die Matrix den Proben so gut wie möglich angeglichen. 

1. Porenwasserproben
2. Gashydratwasserproben oder andere Proben mit geringeren Konzentrationen
3. Sedimentaufschlüsse (Hauptelemente)
4. Sedimentaufschlüsse (Spurenelemente)
5. Nachweis- und Bestimmungsgrenzen 
 
1. Porenwasserproben: 
Gerät:   JY 170 ULTRACE
Zerstäuber: Cross-Flow-Zerstäuber
Chemikalien: HCl suprapur 30%, NaCl p.a., NaCl-St.Lsg.: 163, 3475g NaCl.a./1000ml entspricht 2795mmolNa/l wässrige Standardlsg. von Spex:

Ca	10000mg/l
K	10000mg/l
Mg	10000mg/l
Sr	1000mg/l
Mn	1000mg/l
B	1000mg/l
Ba	1000mg/l
Li	1000mg/l
Si	10000mg/l
Fe	10000mg/l
Y	10000mg/l

Standardreihe, Wellenlängen, Photomultipliereinstellungen(HV) und Messmodus:

 

Element	Wellen- länge	STD 0	STD 0	STD1	STD1	STD2	STD2	STD3	STD3	HV	Mess- modus
	nm	mg/l	mmol/l	mg/l	mmol/l	mg/l	mmol/l	mg/l	mmol/l	V
K	766.490	0	0	100	2.558	200	5.115	500	12.79	993	sequenziell
Ca	317.933	0	0	100	2.495	200	4.99	500	12.48	455	simultan
Mg	383.231	0	0	500	20.57	1000	41.14	2000	82.29	625	sequenziell
Na	330.237		599		279.5		559		559	723	sequenziell
B	249.773	0	0	1.00	0.0925	5.00	0.4625	10.0	0.925	783	sequenziell
		mg/l	µmol/l	mg/l	µmol/l	mg/l	µmol/l	mg/l	µmol/l
Sr	407.771	0	0	2.00	22.83	5.00	57.06	10.0	114.1	676	simultan
Mn	257.610	0	0	0.1000	1.82	0.200	3.64	0.500	9.1	903	sequenziell
Li	670.784	0	0	0.100	14.41	0.200	28.81	0.500	72.04	993	sequenziell
Sil	251.611	0	0	2.00	71.21	10.0	356	20.0	712	953	sequenziell
Fe	238.204	0	0	0.100	1.791	0.5000	8.953	1.00	17.91	923	sequenziell
		µg/l	nmol/l	µg/l	nmol/l	µg/l	nmol/l	µg/l	nmol/l
Ba	455.500	0	0	20.0	145.6	50.0	364.1	100	728	993	sequenziell

-angesetzt in 100ml Messkolben
-angesäuert mit 500µl HCl/100ml

Vorbereitung der Proben:
3ml der Porenwasserprobe wird nach der Probennahme an Bord in 3ml Zinsservials gefüllt und mit 30µl HCl suprapur angesäuert.
Im Labor werden die Standardreihe und die Proben vor der Messung 1:10 verdünnt.
Das „Verdünnungswasser“ wird wie folgt angesetzt:
-3ml HCl suprapur und 1.1111ml Y-Standard auf 1000ml Milli-Q.

Als Kontrollstandard wird der IAPSO (Meerwasser-Standard) gemessen, der genau wie die Standardreihe und die Proben 1:10 verdünnt wird. 

2. Gashydratwasserproben oder andere Proben mit geringeren Konzentrationen:
Gerät:   JY 170 ULTRACE
Zerstäuber: Cross-Flow-Zerstäuber
Chemikalien: HCl suprapur 30%, NaCl p.a., -NaCl-St.Lsg.: 163,3475g NaCl p.a./1000ml entspricht 2795mmolNa/l, wässrige Standardlsg. von Spex:

Ca	10000mg/l
K	10000mg/l
Mg	10000mg/l
Sr	1000mg/l
Mn	1000mg/l
B	1000mg/l
Ba	1000mg/l
Y	10000mg/l

Standardreihe, Wellenlängen, Photomultipliereinstellungen(HV) und Messmodus:

Element	Wellen- länge	STD0	STD0	STD1	STD1	STD2	STD2	STD3	STD3	STD4	STD4	HV	Mess- modus
	nm	mg/l	µmol/l	mg/l	µmol/l	mg/l	µmol/l	mg/l	µmol/l	mg/l	µmol/l	V
B	249.773	0	0	0.100	9.25	0.500	46.249	2.00	184.997	5.00	462.492	903	sequenziell
Mn	257.610	0	0	0.0005	0.0910	0.020	0.3640	0.100	1.820	0.500	9.101	903	sequenziell
Ca	317.933	0	0	5.00	124.76	20.0	499.03	50.0	1247.6	10.0	2495.1	455	simultan
Na	330.237	0	0		13975		27950		559000		83850	903	sequenziell
Mg	383.231	0	0	20.0	822.88	50.0	2057.2	200	8228.8	500	20571	625	sequenziell
Sr	407.771	0	0	0.050	0.5706	0.200	2.2826	1.00	11.413	5.00	57.065	676	simultan
K	766.490	0	0	10.0	255.8	20.0	511.5	50.0	1.2788	100	2.5577	993	sequenziell
		µg/l	nmol/l	µg/l	nmol/l	µg/l	nmol/l	µg/l	nmol/l	µg/l	nmol/l
Ba	455.500	0	0	5.00	36.409	20	145.63	200	1456.3	500	3640.9	993	sequenziell

-angesetzt in 100ml Messkolben -angesäuert mit 500µl HCl/100ml

Vorbereitung der Proben:
3ml des Hydratwassers wird nach der Probennahme an Bord in 3ml Zinsservials gefüllt und mit 30µl HCl suprapur angesäuert. Im Labor werden die Standardreihe und die Proben vor der Messung 1:10 verdünnt. Das „Verdünnungswasser“ wird wie folgt angesetzt: -3ml HCl suprapur und 1.1111ml Y-Standard auf 1000ml Milli-Q.

Als Kontrollstandard wird eine 1:20 Verdünnung des IAPSO´s (Meerwasser-Standard) gemessen, die genau wie die Standardreihe und die Proben 1:10 verdünnt wird 

3. Sedimentaufschlüsse (Hauptelemente):
Aufschlussmethode siehe unter Säureaufschluss Sedimentproben
Gerät:   JY 170 ULTRACE
Zerstäuber: Cross-Flow-Zerstäuber
Chemikalien: HNO₃ suprapur 60%, wässrige Standardlsg. von Spex:

Ca	10000mg/l
K	10000mg/l
Mg	10000mg/l
Sr	1000mg/l
Mn	1000mg/l
Li	1000mg/l
Ba	1000mg/l
Al	10000mg/l
Ti	1000mg/l
Fe	10000mg/l
Na	10000mg/l
Y	10000mg/l

Standardreihe, Wellenlängen, Photomultipliereinstellungen(HV) und Messmodus
 

Element	Wellen- länge	STD0	STD1	STD2	STD3	STD4	STD5	HV	Mess- modus
	nm	mg/l	mg/l	mg/l	mg/l	mg/l	mg/l	V
Fe	238.204	0	100	200	500	1000	50	676	simultan
Mn	257.610	0	1.00	2.00	10.0	50.0		872	simultan
Mg	383.231	0	50.0	100	200	500	10.0	625	sequenziell
Al	308.215	0	100	200	500	1000		455	simultan
Ca	317.933	0	10.0	20.0	50.0	200		455	simultan
Na	330.237	0	50.0	100	200	500		923	sequenziell
Sr	407.771	0	0.500	1.00	5.00	10.0		676	simultan
Ba	455.500	0	0.500	1.00	5.00	20.0		383	sequenziell
Li	670.784	0	0.10	0.200	0.500	1.00		993	sequenziell
K	766.490	0	25.0	50.0	200	500		993	sequenziell
Ti	334.941	0	1.00	2.00	5.00	10.0		583	sequenziell

-angesetzt in 100ml Messkolben -angesäuert mit 3ml HNO3 suprapur/100ml

Vorbereitung der Proben:
Die Standardreihe und die Proben werden vor der Messung 1:10 verdünnt.
Das „Verdünnungswasser“ wird wie folgt angesetzt:
-3ml HNO₃ suprapur und 1.1111ml Y-Standard auf 1000ml Milli-Q.

Als Kontrollstandard wird der MAG-I-Sedimentstandard (USGS) aufgeschlossen und gemessen, der genau wie die Standardreihe und die Proben 1:10 verdünnt wird.

4. Sedimentaufschlüsse (Spurenelemente):
Aufschlussmethode siehe unter Säureaufschluss Sedimentproben 
Gerät:   JY 170 ULTRACE
Zerstäuber: Meinhard-Zerstäuber
Chemikalien: HNO₃ suprapur, wässrige Standardlsg. von Spex:

Cr	1000mg/l
Mo	1000mg/l
Ni	1000mg/l
Zn	1000mg/l
Cu	1000mg/l
V	1000mg/l
Y	10000mg/l

Standardreihe, Wellenlängen, Photomultipliereinstellungen(HV) und Messmodus: 

Element	Wellen- länge	STD0	STD1	STD2	STD3	STD4	STD5	HV	Mess- modus
	nm	µg/l	µg/l	µg/l	µg/l	µg/l	µg/l	V
Cr	284.325	0	10.0	50.0	100	500	1000	853	sequenziell
Mo	202.030	0	10.0	20.0	50.0	200		903	sequenziell
Ni	231.604	0	10.0	50.0	100	500	1000	993	sequenziell
Zn	213.856	0	10.0	50.0	100	500		753	sequenziell
Cu	324.754	0	20.0	50.0	100	500		993	sequenziell
V	290.882	0	10.0	50.0	100	500		853	sequenziell

-angesetzt in 100ml Messkolben -angesäuert mit 3ml HNO3 suprapur/100ml  

Vorbereitung der Proben:
Der Y-Standard wird auf eine Konzentration von 1000mg/l verdünnt.
5ml der Standards und der Proben werden mit 50µl verdünntem Y-Standard
versetzt und gemessen.

Als Kontrollstandard wird der MAG-I-Sedimentstandard (USGS) aufgeschlossen und gemessen.  

5.Nachweis- und Bestimmungsgrenzen:

Element	Konz.	Poren- wasser	Poren- wasser	Gashydrat- wasser	Gashydrat- wasser	Sediment- aufschluss (Haupt- elemente)	Sediment- aufschluss (Haupt- elemente)	Sediment- aufschluss (Spuren- elemente)	Sediment- aufschluss (Spuren- elemente)
		NWG	BSG	NWG	BSG	NWG	BSG	NWG	BSG
Ca	mg/l	2.00	6.00	0.60	2.00	0.05	0.20
Mg	mg/l	6.00	20.0	2.00	6.00	0.15	0.50
K	mg/l	4.00	12.0	2.00	6.00	0.60	2.00
Fe	mg/l					0.20	0.50
Al	mg/l					0.80	2.50
Ti	mg/l					1.50	5.00
Sr	µg/l	25.0	80.0	1.50	4.00	0.30	0.80
Ba	µg/l	6.00	20.0	0.60	2.00	3.00	10.0
Li	µg/l	25.0	80.0			2.00	6.00
Mn	µg/l	5.00	15.0	5.00	15.0	8.00	30.0
B	µg/l	40.0	150	10.0	30.0
Mo	µg/l							5.00	20.0
Zn	µg/l							6.00	20.0
Ni	µg/l							15.0	50.0
Cr	µg/l							5.00	1.0
V	µg/l							5.00	15.0
Cu	µg/l							6.00	20.0

NWG=Nachweisgrenze
BSG=Bestimmungsgrenze