Atomic spectrometry update: Review of advances in the analysis of metals, chemicals and materials

There has been a large increase in the number of papers published that are relevant to this review over this review period. The growth in popularity of LIBS is rapid, with applications being published for most sample types. This is undoubtedly because of its capability to analyse in situ on a production line (hence saving time and money) and its minimally destructive nature meaning that both forensic and cultural heritage samples may be analysed. It also has a standoff analysis capability meaning that hazardous materials, e.g. explosives or nuclear materials, may be analysed from a safe distance. The use of mathematical algorithms in conjunction with LIBS to enable improved accuracy has proved a popular area of research. This is especially true for ferrous and non-ferrous samples. Similarly, chemometric techniques have been used with LIBS to aid in the sorting of polymers and other materials. An increase in the number of papers in the subject area of alternative fuels was noted. This was at the expense of papers describing methods for the analysis of crude oils. For nanomaterials, previous years have seen a huge number of single particle and field flow fractionation characterisations. Although several such papers are still being published, the focus seems to be switching to applications of the nanoparticles and the mechanistic aspects of how they retain or bind with other analytes. This is the latest review covering the topic of advances in the analysis of metals, chemicals and materials. It follows on from last year's review1-6 and is part of the Atomic Spectrometry Updates series

Development and Application of IDMS Based Procedure for total Sulphur in Copper Metals and Its Alloys

Bei der Schwefelquantifizierung in Kupfer und anderen reinen Metallen zeigte sich in der Vergangenheit eine mangelnde SI-Rückführung und zusätzlich inkonsistente Ergebnisse, wenn verschiedene Methoden verglichen wurden. Um diesen Mangel zu beheben ist ein Referenzverfahren erforderlich, welches SI-rückführbare Werte mit einem zuverlässigen Unsicherheitsbudget ermöglicht. In dieser Studie wurde ein entsprechendes Referenzverfahren zur Quantifizierung von Gesamtschwefel in Kupfer basierend auf der induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie und der Isotopenverdünnungsanalyse (ICP-IDMS) entwickelt. Um diese Probleme zu lösen wurde mit Hilfe der Ionenaustauschchromatographie ein Schwefel-Matrix-Trennverfahren entwickelt. Dieses Trennverfahren wurde mit ICP-IDMS kombiniert, um Schwierigkeiten mit der Kalibrierung zu lösen und fehlende metrologische Konzepte einzuführen. So wurden die in diesem Projekt erzielten IDMS-Messwerte für die Kalibrierung von GDMS und LA-ICP-MS verwendet, beides Verfahren die im industriellen Einsatz üblich sind. Dadurch konnten mit beiden Routineverfahren zuverlässige Ergebnisse erzeilt warden, die zudem auf SI rückführbar sind. Darüber hinaus wurde ein auf der LA-ICP-IDMS basierendes Verfahren entwickelt, um den Probenvorbereitungsschritt von ICP-IDMS mit Schwefel-Matrix-Trennung zu reduzieren. Die Vorteile dieser Methode sind ein geringerer Arbeits- und Zeitaufwand, die SI- Rückführung der Messergebnisse und eine für LA-ICP-MS vergleichsweise hohe Genauigkeit. Die Schlüsselrolle hierbei spielte der innovative Einsatz von Polyethylenfritten als Trägermaterial der aufgelösten Probe. Dadurch war die Quantifizierung von Schwefel in Kupferproben mittels LA-ICP-IDMS möglich. Die wesentlichen Parameter wie Absorptionseffizienz der Fritten und Matrixeffekt wurden untersucht. Das entwickelte Verfahren konnte mit Hilfe der ICP-IDMS vollständig validiert werden.Sulphur quantification in copper and other pure metals in the past revealed a lack of SI-traceability and also showed inconsistent results, when different methods are compared. Therefore, a reference procedure is required to enable SI-traceable measurement results accompanied by a sound uncertainty budget. In this study, such a procedure was developed for the quantification of total sulphur in copper using inductively coupled plasma-isotope dilution mass spectrometry (ICP-IDMS). For solving these problems ion exchange chromatography was applied, and a sulphur-matrix separation procedure was developed. This procedure was combined with ICP-IDMS to solve difficulties with the calibration and to realize metrological concepts. An application of the IDMS procedure was realized by using the measurement results of specific copper samples values for calibrating glow discharge mass spectrometry (GDMS) and laser ablation ICP-MS (LA-ICP-MS). Both techniques are considered routine techniques. Thus, they could provide reliable results which are traceable to the SI. Additionally, a procedure based on LA-ICP-IDMS was developed to significantly reduce the sample preparation step of ICP-IDMS with sulphur-matrix separation. This procedure is less laborious and the measurement results are still SI traceable and offer a comparatively high accuracy for LA-ICP-MS. Key for this development was the innovative application of polyethylene frits as support material for the dissolved sample. Thus, the quantification of sulphur in copper samples by LA-ICP-IDMS could be realized. The essential parameters are investigated such as the absorption efficiency of the frit and matrix effects. The developed procedure was fully validated by means of the ICP-IDMS results

Development and Application of IDMS Based Procedure for Total Sulphur in Copper Metals and Its Alloys

Bei der Schwefelquantifizierung in Kupfer und anderen reinen Metallen zeigte sich in der Vergangenheit eine mangelnde SI-Rückführung und zusätzlich inkonsistente Ergebnisse, wenn verschiedene Methoden verglichen wurden. Um diesen Mangel zu beheben ist ein Referenzverfahren erforderlich, welches SI-rückführbare Werte mit einem zuverlässigen Unsicherheitsbudget ermöglicht. In dieser Studie wurde ein entsprechendes Referenzverfahren zur Quantifizierung von Gesamtschwefel in Kupfer basierend auf der induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie und der Isotopenverdünnungsanalyse (ICP-IDMS) entwickelt. Um diese Probleme zu lösen wurde mit Hilfe der Ionenaustauschchromatographie ein Schwefel-Matrix-Trennverfahren entwickelt. Dieses Trennverfahren wurde mit ICP-IDMS kombiniert, um Schwierigkeiten mit der Kalibrierung zu lösen und fehlende metrologische Konzepte einzuführen. So wurden die in diesem Projekt erzielten IDMS-Messwerte für die Kalibrierung von GDMS und LA-ICP-MS verwendet, beides Verfahren die im industriellen Einsatz üblich sind. Dadurch konnten mit beiden Routineverfahren zuverlässige Ergebnisse erzeilt warden, die zudem auf SI rückführbar sind. Darüber hinaus wurde ein auf der LA-ICP-IDMS basierendes Verfahren entwickelt, um den Probenvorbereitungsschritt von ICP-IDMS mit Schwefel-Matrix-Trennung zu reduzieren. Die Vorteile dieser Methode sind ein geringerer Arbeits- und Zeitaufwand, die SI- Rückführung der Messergebnisse und eine für LA-ICP-MS vergleichsweise hohe Genauigkeit. Die Schlüsselrolle hierbei spielte der innovative Einsatz von Polyethylenfritten als Trägermaterial der aufgelösten Probe. Dadurch war die Quantifizierung von Schwefel in Kupferproben mittels LA-ICP-IDMS möglich. Die wesentlichen Parameter wie Absorptionseffizienz der Fritten und Matrixeffekt wurden untersucht. Das entwickelte Verfahren konnte mit Hilfe der ICP-IDMS vollständig validiert werden

Combining Isotope Dilution and Standard Addition—Elemental Analysis in Complex Samples

A new method combining isotope dilution mass spectrometry (IDMS) and standard addition has been developed to determine the mass fractions w of different elements in complex matrices: (a) silicon in aqueous tetramethylammonium hydroxide (TMAH), (b) sulfur in biodiesel fuel, and (c) iron bound to transferrin in human serum. All measurements were carried out using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP–MS). The method requires the gravimetric preparation of several blends (bi)—each consisting of roughly the same masses (mx,i) of the sample solution (x) and my,i of a spike solution (y) plus different masses (mz,i) of a reference solution (z). Only these masses and the isotope ratios (Rb,i) in the blends and reference and spike solutions have to be measured. The derivation of the underlying equations based on linear regression is presented and compared to a related concept reported by Pagliano and Meija. The uncertainties achievable, e.g., in the case of the Si blank in extremely pure TMAH of urel (w(Si)) = 90% (linear regression method, this work) and urel (w(Si)) = 150% (the method reported by Pagliano and Meija) seem to suggest better applicability of the new method in practical use due to the higher robustness of regression analysis