Application of an economical and small thermal ionization mass spectrometer for accurate anion trace analyses

Zusammenfassung

Die massenspektrometrische Isotopenverdünnungsanalyse wird als definitive Methode bevorzugt für die Eichung von Routineverfahren eingesetzt sowie bei Bestimmungen, wo es in besonderem Maße auf die Richtigkeit des Ergebnisses ankommt. Trotz des Vorteiles vergleichsweise richtiger Analysenergebnisse hat diese Methode vor allem wegen der aufwendigen und teuren magnetischen Massenspektrometer, die bisher für diesen Zweck kommerziell erhältlich waren, eine nicht sehr große Anwendungsbreite gefunden. Deshalb wurde ein kleines, kompaktes Quadrupol-Thermionen-Massenspektrometer gebaut, welches wesentlich einfacher zu handhaben und preisgünstiger sowie mehr auf die Bedürfnisse der Isotopenverhältnismessung im Rahmen der Isotopenverdünnungsanalyse abgestellt ist. Das neue Gerät kann sowohl positive Thermionen für die Metallbestimmung als auch negative Thermionen für die Anionenanalyse erzeugen. Es wird ein Überblick über bisher entwickelte Isotopenverdünnungsverfahren für Anionen sowie über potentielle Anwendungsmöglichkeiten auf diesem Gebiet gegeben. Am Beispiel der Chloridanalyse wird das Prinzip dieser Methode erläutert. Im direkten Vergleich zwischen dem neuen Quadrupolgerät und einem magnetischen Sektorfeldgerät werden die Ergebnisse der Isotopenverhältnismessung an Borat, Chlorid, Bromid und Iodid sowie der Spurenbestimmung von Bor in verschiedenen Probenmaterialien und von Iod in Lebensmittelproben diskutiert. Dabei liegen die relativen Standardabweichungen der Isotopenverhältnismessungen für das Quadrupolgerät bei 0,2–0,6%, für das Magnetgerät bei 0,1–0,2%. Innerhalb der Fehlergrenzen sind die Ergebnisse der Isotopenverdünnungsanalysen bei Anwendung beider Geräte identisch.

Summary

Isotope dilution mass spectrometry as a definitive method is preferably used for both calibration of routine methods and for analyses with high accuracy requirements. So far, the isotope dilutionn technique has been applied only in a few cases in spite of the great advantages of this method. This was due to the fact that only large magnetic sector field mass spectrometers have been commercially available for this application. These instruments are primarily designed for high precision isotope ratio measurements. Therefore, a small, cost-efficient and easy-to-use quadrupole thermal ionization mass spectrometer was developed. This instrument's precision of the isotope ratio measurement is suitable to fit the needs of the isotope dilution technique in particular. The new mass spectrometer can produce and analyse positive thermal ions for metal analysis as well as negative thermal ions for anion analysis. A review on the developed isotope dilution techniques for anion determinations and on the elements which are potentially determinable is given. The principle of this method is described, using the chloride analysis as an example. Isotope ratio measurements are carried out in a direct comparison between the new quadrupole instrument and a magnetic sector field mass spectrometer, using borate, chloride, bromide and iodide samples. Additionally, the boron trace content in different materials and the iodine content in food samples is determined. The relative standard deviations of isotope ratio measurements are 0.2–0.6% for the quadrupole and 0.1–0.2% for the magnetic mass spectrometer. Considering the limits of error the results of isotope dilution analyses are identical for both instruments.