Trace element and isotope analysis

Zur Bestimmung von Isotopenverhältnissen stehen zwei Massenspektrometer zur Verfügung. Es handelt sich dabei um ein Thermionen-Massenspektrometer (TIMS) und ein doppelt fokussierendes Multikollektor-Gerät mit induktiv gekoppeltem Plasma (MC-ICP-MS).

Beim TIMS erfolgt die Ionisierung der Teilchen durch eine elektrische Widerstandsheizung. Das an unserer Einrichtung vorhandene Gerät ist speziell für die Messung von Osmiumisotopenverhältnissen eingerichtet, die für verschiedene geochemische Fragestellungen von besonderem Interesse sind. Es besteht aber auch Potenzial in der Archäologie, insbesondere im Bereich der Herkunftsbestimmung von Metallartefakten.

Das MC-ICP-MS ist universell für die Bestimmung verschiedener Isotopenverhältnisse einsetzbar. Die Anregungsquelle, das induktiv gekoppelte Argonplasma (ICP), erlaubt einen hohen Probendurchsatz bei guten Ionisierungsausbeuten. Die Multikollektor-Bauart des Detektors ermöglicht die zeitgleiche Messung von bis zu neun Isotopen. Dadurch kann eine besonders hohe Präzision der Messwerte realisiert werden. Routinemäßig werden mit diesem Gerät an unserer Einrichtung Blei-, Strontium- und Neodymisotopenverhältnisse bestimmt. Messprotokolle für Zinn- und Kupferisotope für archäologische Anwendungen befinden sich derzeit im Aufbau.

Für die quantitative Spurenelementanalyse steht ein weiteres Massenspektrometer zur Verfügung. Es handelt sich um ein besonders nachweisempfindliches Quadrupol-Gerät mit ICP-Anregung. Damit ist die Messung von Spurenelementen im unteren ppt (ng/kg) Bereich möglich. Da dem Massenspektrometer die Probe in flüssiger Form zugeführt werden muss, ist vor der eigentlichen Analyse i. d. R. ein nasschemischer Aufschluss erforderlich. In begründeten Fällen, insbesondere dann, wenn kein nasschemischer Aufschluss möglich ist, kann stattdessen ein Laser-Ablationssystem zum Einsatz kommen.

Dabei wird durch einen Laserstrahl ein geringer Teil der Probe verdampft und als Aerosol dem Massenspektrometer zugeführt. Diese Methode ist fast zerstörungsfrei; die Ablationsstelle kann mit bloßem Auge auf der Probe kaum lokalisiert werden. Die Anwendung der Laser-Technik ist allerdings derzeit durch die Dimension der Probenkammer von etwa 8 cm Durchmesser und 10 cm Höhe auf relativ kleine Objekte beschränkt. Eine Methodik für die Laserablation von größeren Objekten befindet sich in der Entwicklung.

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Dr. Michael Brauns