Leistungspotential der HR-CS-AAS zur Multielementanalytik Dr. Jan Scholz Produktspezialist Optische Spektroskopie
Was ist HR-CS-AAS? Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel spektrale Visualisierung spektrale Auflösung spektrale Untergrundkorrektur Warum Multielementanalytik? Anforderungen der modernen Analytik Strategien zur Zeitaufwandsminimierung Anwendungsbeispiele der simultanen Mehrlinienauswertung Spurenanalytik in organischer Matrix (GF-AAS) Screening mit maßgeschneiderten Standards (FL-AAS) Spurenanalytik in der Feststoffmatrix (solidaa ) 2
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers 3
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Der Strahlengang 4
Der Strahlengang contraa ist ein hochauflösendes Einstrahlspektrometer zur Analyse von Flüssig- und Feststoffproben mittels Flammenund Graphitrohratomisierung Die AAS quantifiziert die Abschwächung der Intensität des eingestrahlten Lichts (Absorption), welche proportional zur Anzahl der Analytatome einer Probe (Konzentration) ist. 5
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Der Strahlengang Der Kontinuumstrahler 6
Der Kontinuumsstrahler vorjustierte Xenon-Bogenlampe emittiert Strahlung im Bereich von 190-900 nm geringe Energiedispersion über Wellenlängenbereich ermöglicht das Messen aller AAS-Elemente mit einer Lampe unempfindlicher Sekundärlinien mit hoher Auflösung Mg 285,2 nm (100%) oder 279,5 nm (0,13%) quasi-verdünnung von 4 Größenordnungen von Molekülabsorptionsbanden (z.b. AlF, CS, PO) zur Bestimmung von Fluor, Schwefel und Phosphor 7
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Der Strahlengang Der Kontinuumstrahler Der CCD-Detektor 8
Der CCD-Detektor Detektorchip mit 200 Pixeln liest einen schmalen Wellenlängenbereich simultan aus Aufnahme hochaufgelöster Atomabsorptionsspektren die visuelle Darstellung von Atomabsorptionsspektren ermöglicht Analyt die Unterscheidung von Analytlinien und spektraler Umgebung die Realisierung einer simultanen Untergrundkorrektur niedrigere Nachweisgrenzen für Proben mit schwieriger Matrix (z.b. bei spektral gestörte Analytlinien) Wellenlänge / nm 9
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel 10
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel spektrale Visualisierung 11
Spektrale Visualisierung Feststoffspurenanalytik von Stahl mittels HR-CS-AAS Zinn (Sn 326,2 nm; 0,91% am contraa 700 mit solidaa ) Feststoffkalibrierung mit zertifizierten Referenzmaterial (BCS 346) Konzentrationsbereich von 5-200 ppm 800 C 91 ppm Die einzigartige spektrale Visualisierung hilft bei der Entwicklung robuster Messroutinen nützt der Messwertkontrolle und Dokumentation 2300 C Sehen was man misst! Wellenlänge / nm 1200 C 12
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel spektrale Visualisierung spektrale Auflösung 13
Spektrale Auflösung Mineralaufschlussanalytik mittels HR-CS-AAS und ICP-OES linienreichere ICP-Spektren (Atom-, Ion-, Plasma und Moleküllinien) 1 mgl -1 Eisenaufstockung in 1 gl -1 Kobaltmatrix Vergleich Fe 238,2 nm (ICP-OES) und 248,3 nm (contraa 300) ICP-OES contraa Fe spektral gestörte Analytlinie (Überlagerung) Die hohe spektrale Auflösung führt zu einfacher Methodenentwicklung und exzellenten NWG größere Methodenrobustheit (z.b. beim Messen von Proben mit wechselnder Zusammensetzung, Screening) 14
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel spektrale Visualisierung spektrale Auflösung spektrale Untergrundkorrektur 15
Spektrale Untergrundkorrektur Nickelscreening im Urin mittels HR-CS-AAS (contraa 600) Ni 232,0 nm; spektral gestört durch Urinmatrix Nickelgehalte von 4-50 µgl -1 (ppb), hoher Probendurchsatz Standard-Addition: wässriger BW plus Probe mit 2er Statistik die Aspect CS 2.0 Software ermöglicht Identifikation spektraler Störungen (z.b. PO, SiO etc. ) Aufnahme und Verarbeitung von bis zu 5 verschiedenen Korrekturspektren (z.b. Phosphat, Silikat etc.) Die spektrale Untergrundkorrektur realisiert eine hohe Methodenrobustheit bei großer Probendiversität leistungsstarke NWG bei minimalem Messaufwand 16
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel Anforderungen der modernen Analytik 17
Analytische Anforderungen Minimierung des Zeitaufwandes (hoher Probendurchsatz) weniger nasschemische Vorarbeiten (Probenverdünnung, Standards) zügige Methodenentwicklung schnelle Messbereitschaft und kurze Messzeiten Automatisierung der Datenauswertung analytische Performance niedrige Nachweis- und Bestimmungsgrenzen exzellente RSD robuste Methoden (Matrixdiversität) Kostenreduzierung pro Probe Verringerung der notwendigen Probenmengen 18
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel Anforderungen der modernen Analytik Strategien zur Zeitaufwandsminimierung 19
Strategien zur Zeitaufwandsminimierung Verwendung automatisierter Multielementmethoden Bestimmung Element für Element, statt Probe für Probe Elementauswahl innerhalb von Universalmethoden simultane Mehrlinienauswertung Bestimmung von Elementen mit benachbarten AA-Linien spektrale Bandbreite des CCD-Detektors 0,2-0,3 nm (UV) bzw. 1,0 nm (bei 800 nm) Co, Cr, Fe, Ni, Ti haben mehr als 100 Linien im UV/Vis Cu, Mn, Pb, Pd haben wenigsten 10 Linien im UV/Vis Empfindlichkeit der AA-Linien beeinflusst Arbeitsbereich (Konz.) [z.b. Mg 285,2 nm (100%) oder 279.5 nm (0.13%)] Verwendung universaler Atomisierungsbedingungen maßgeschneiderte Kalibrierstandards Reduzierung der Anzahl der Verdünnungsschritte individuelle Kalibrierbereiche pro Element (Konz.) Publikationen zur HR-CS-AAS mit simultaner Mehrlinienauswertung Resano et.al (Spectrochim. Acta B, 2013) Multielemtstandard (Sigma Aldrich) 20
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel Anforderungen der modernen Analytik Anwendungsbeispiele der simultanen Mehrlinienauswertung 21
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel Anforderungen der modernen Analytik Anwendungsbeispiele der simultanen Mehrlinienauswertung Spurenanalytik in organischer Matrix (GF-AAS) 22
Simultane Cd und Fe-Spurenanalyse Lebensmittelkontrolle mittels HR-CS-AAS (contraa 600) Mikrowellenaufschluss eines Referenzmaterial (Dorm2: Cd 45 µg kg -1 ) Simultanbestimmung Cd 228,8 nm (100%) und Fe 228,7 nm (0,91%) Kalibrierung mit wässrigen Standard Cd (1 µgl -1 ), Fe (3 mgl-1 ) 2300 C Fe Cd 800 C Optimierung des gemeinsamen Ofenprogramms zwei Graphitrohrelemente in 90 sec 23
Die simultane Mehrlinienauswertung erhöht den Probendurchsatz profitiert von individuell zu setzenden Integrationszeiten liefert exzellente Ergebnisse auch bei verschiedenen Atomisierungsverhalten (Fe,Cd) Cd Fe Matrixspektrum mg kg -1 Wiederfindung Cd 0,0449 104 % Fe 140,7 99 % spektral korrigierte Analytlinien 24
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel Anforderungen der modernen Analytik Anwendungsbeispiele der simultanen Mehrlinienauswertung Spurenanalytik in organischer Matrix (GF-AAS) Screening mit maßgeschneiderten Standards (FL-AAS) 25
Simultane Screeningroutine Auftragsanalytik (Screening) mittels HR-CS-AAS (contraa 300) Universalmethode für Screening wässriger Proben (C 2 H 2 /Luft Flamme) Verwendung eines maßgeschneiderten Mehrelementkalibrierstandards simultane Mehrlinienauswertung bei individuellen Atomisierungsparametern 1. Identifikation geeigneter Linien und Linienpaare Wellenlänge, Empfindlichkeit, spektrale Störungen 2. Flammenoptimierung Haupt- und Zusätzliche Linie 3. Bestimmung linearer Kalibrierbereiche für Elemente und Linien 4. Bestellung eines Kalibrierstandards 26
5. Erstellung der Universalmethode Auswahl der Linienpaare (simultan) und Linien (sequentiell) 6. Erstellen der Messsequenz (Beginn der Messung) 3-Punkt-Kalibrierung für 8 Elemente mit Sigma Aldrich Standard (3er Statistik) unter 30 min zusätzlicher Zeitgewinn durch Kalibrierbibliotheken und Rekalibrierfunktion Probenmessung aller gewünschten Elemente in maximal 3 min 27
contraa Multielementanalytik Aufbau des Spektrometers Die wichtigsten Features am Beispiel Anforderungen der modernen Analytik Anwendungsbeispiele der simultanen Mehrlinienauswertung Spurenanalytik in organischer Matrix (GF-AAS) Screening mit maßgeschneiderten Standards (FL-AAS) Spurenanalytik in der Feststoffmatrix (solidaa ) 28
Mehrlinienauswertung für Feststoffproben Feststoffspurenanalytik in Wolframcarbid mittels HR-CS-AAS Sinteradditive in WC/W 2 C Pulverproben am contraa 600 mit solidaa Konzentrationsbereich 20 ppb (Co, Fe), 1 ppm (Ni) simultane Bestimmung aller Elemente aus nur einer Feststoffprobe Probleme in der ICP Aufschlüsse in HF Quartztorch sehr linienreiche Spektren Vorteile mit HR-CS-AAS kein Aufschluß nötig hochaufgelöste Ni, Fe, Co Linien ICP-OES Co228.6nm W-Matrix spektral gestörte Kobaltlinie (Überlagerung) Ni 352,4 nm (19%); Fe 352,6 nm (0,11%); Co 352,6 nm (4,5%) 29
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