Determination of lead in geological and biological materials by graphite furnace atomic absorption spectrometry

Summary Serious systematic errors inherent in the determination of lead in geological and biological samples by flameless atomic-absorption spectrometry are demonstrated. The reduced absorption of lead is due to partial interaction with alkaline, alkaline-earth and iron chlorides during the atomization stage. Incomplete dissociation of the volatile monochloride of lead in the gaseous phase reduces the absorption signal. An addition of 20% hydrogen to nitrogen (purge gas) diminishes signal suppression by removing the chlorine in form of volatile HCl. The detection limit is about 0.6 ppm in rocks and about 0.3 ppm in plant materials. Depending on the content in the samples the relative standard deviation is between 1 and 12%. The accuracy of the method was tested on 39 international standard reference samples.

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Bestimmung von Blei in geologischen und biologischen Materialien durch AAS mit der Graphitrohrküvette

Zusammenfassung Schwerwiegende systematische Fehler bei der Bestimmung von Blei in geologischen und biologischen Materialien mit der Graphitrohrküvette werden aufgezeigt. Die Reaktion von Blei mit Alkali-, Erdalkali- und Eisenchloriden während der Atomisierungsphase führt zur Bildung von Bleimonochlorid, das nur unvollständig dissoziiert und eine Signalunterdrückung zur Folge hat. Ein Zusatz von 20% Wasserstoff zu Stickstoff als Spülgas vermindert die Signalunterdrückung, indem überschüssiges Chlor als Chlorwasserstoff entfernt wird. Die Nachweisgrenze liegt bei ca. 0,6 ppm für Gesteine und bei ca. 0,3 ppm für Pflanzenmaterialien. Je nach der Konzentration beträgt die relative Standardabweichung 1–12%. Die Genauigkeit der Methode wurde an 39 internationalen Standardreferenzproben überprüft.

     

Erfahrungen mit der flammenlosen Atomabsorption bei der Untersuchung biologischen Materials auf Spuren von Schwermetallen

Zusammenfassung Es wird über den Einsatz der flammenlosen AAS bei der Bestimmung von Blei, Zink und Thallium in Blut, Urin und Gewebe berichtet. Wegen der hohen Empfindlichkeit der Methode kann auf eine Abtrennung und Anreicherung der zu bestimmenden Elemente verzichtet werden. Durch die Verwendung eines Untergrundkompensators können Fehlbestimmungen, die durch das Auftreten von Rauch beim Atomisieren bedingt sind, vermieden werden. Wenn die Proben nur wenig verdünnt werden können, muß mit dem Einfluß dritter Partner aus dem biologischen Material gerechnet werden. Dieser Einfluß kann durch Zusatz von Salpetersäure zu den Proben im Graphitrohr vermindert, aber nicht völlig aufgehoben werden. Die Leistungsfähigkeit der flammenlosen AAS wird am Beispiel der Bleibestimmung in Eierschalen und Eiinhalt wild lebender Vögel gezeigt.Herrn Lühl vom Forstzoologischen Institut der Universität Freiburg sei auch hier für die Beschaffung der Proben und Frau Engel für die Durchführung der Untersuchungen gedankt.     

A critical comparison between flameless atomic absorption spectroscopy and an improved electrochemical anodic stripping technique in the case of a rapid trace determination of lead in geological samples

Summary Classical anodic stripping analysis is greatly improved with respect to sensitivity and selectivity if an ac polarographic technique is applied. By using the phase sensitive second harmonic detection mode, the peak-to-peak measurement is more accurate and less disturbed by interfering elements than the evaluation of one broader peak with respect to a curved base line typical for the classical dc stripping analysis. Mineral and rock sample solutions can thus be analyzed without any separation or enrichment procedures in the range of 0.1–1000 ppm of lead in the sample with a standard deviation of <5 %. This holds also for flameless atomic absorption in the range >1 ppm. In both cases the standard addition calibration has to be applied. Because of the uncertainty of the automatic background correction in the case of a band spectra in the wavelength range of interest produced by interfering substances, the electrochemical method is more superior the lower the lead concentration is.

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Kritischer Vergleich der flammenlosen Atomabsorptionsspektroskopie mit einer verbesserten inversvoltammetrischen Methode für die schnelle Spurenbestimmung von Blei in geologischen Proben

Zusammenfassung Die Empfindlichkeit und Selektivität der Inversvoltammetrie läßt sich entscheidend verbessern, wenn ein Wechselstromverfahren angewandt wird. Bei der Registrierung der phasenselektiven »zweiten Harmonischen« ist die Auswertung wegen einer Spitzen-zu-Spitzen-Messung zweier scharfer Peaks genauer und weniger gestört als bei der klassischen Gleichstromtechnik, wo ein breiter Peak relativ zu einer gekrümmten Basislinie auszuwerten ist. Mineral- und Gesteinsprobenlösungen lassen sich daher ohne weitere Trennoder Anreicherungsschritte im Bereich 0,1–1000 ppm Blei in der Probe mit einer Standardabwichung von <5 % analysieren. Dies gilt für Bleigehalte über 1 ppm auch für die flammenlose Atomabsorption. In beiden Fällen ist allerdings die Standardadditions-auswertung anzuwenden. Wegen der Unsicherheit der automatischen Untergrundkompensation im Fall eines Bandenspektrums im interessierenden Wellenlängenbereich, hervorgerufen durch störende Substanzen, wird die elektrochemische Methode mit abnehmenden Bleigehalten zunehmend überlegener.

     

The substoichiometric extraction system MIBK/APDC and its application to the direct determination of Pb and Cd in wine

Summary The insolubility of sugars and fruit acids in MIBK allows the direct extraction of heavy metals by APDC from wine and similar products. With special precautions an accuracy of /+-5% can be obtained for Pb and Cd in the concentration range from 0.1–1 ppm and 1–10 ppb, respectively. Together with our experiences a brief survey of the most recent literature is also presented.

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Das substöchiometrische Extraktionssystem MIBK/APDC und seine Anwendung auf die Direktbestimmung von Pb und Cd in Wein

Zusammenfassung Die Unlöslichkeit der Zucker und Fruchtsäuren in MIBK erlaubt die Direktextraktion von Schwermetallionen mittels APDC aus Wein und ähnlichen Produkten. Unter Beachtung besonderer Vorsichtsmaßnahmen wird für Pb im Bereich von 0,1–1 ppm und für Cd im Bereich 1–10 ppb eine Genauigkeit von ± 5% erhalten. Gleichzeitig wird zusammen mit unseren Erfahrungen ein kurzer Überblick über die neueste Literatur gegeben.

     

Rapid determination of nitrogen content in grain-meal samples with alkali-phenol reaction, manually and with an autoanalyzer

Summary The nitrogen content of 38 and 34 grain samples, in two separate experiments, was determined with the conventional micro-Kjeldahl method and with the indophenol colour reaction, manually as well as with an autoanalyzer. Values were found to be comparable. Details are presented for a simple and highly reproducible absorptiometric technique that is four times as rapid as conventional Kjeldahl. It should prove popular with plant breeders, agronomists and crop physiologists, who are interested in rapid and direct screening for nitrogen content but lack funds for automated equipment.

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Schnelle Stickstoffbestimmung in Mehlproben mit Hilfe der Alkali-Phenol-Reaktion, manuell und mit einem Autoanalysator

Zusammenfassung Der Stickstoffgehalt von 38 und 34 Proben wurde in zwei getrennten Experimenten sowohl manuell als auch mit einem Autoanalysator nach der herkömmlichen Mikro-Kjeldahl-Methode und mit der Indophenol-Farb-Reaktion bestimmt. Die gefundenen Werte waren vergleichbar. Die vorgestellte einfache und gut reproduzierbare, absorptionsphotometrische Technik ist um das Vierfache schneller als die herkömmliche Kjeldahl-Methode. Diese Methode kann Anwendung finden bei Pflanzenzüchtern und Pflanzenphysiologen, die an einer schnellen und direkten Selektionsmethode für den Stickstoffgehalt interessiert sind, ohne die finanziellen Möglichkeiten für eine automatisierte Ausrüstung zu besitzen.

     

Bestimmung von Elementen in r?mischen Ziegeln der Haselburg/Odw. durch zerst?rungsfreie R?ntgenfluorescenzanalyse

Zusammenfassung Ziel der Arbeit war, die chemische Zusammensetzung römischer Ziegel zerstörungsfrei zu bestimmen. Als Analysenmethode wurde die Röntgenfluorescenzanalyse mit Radionuklidanregung gewählt, die es erlaubt, Proben beliebiger Größe und Form und beliebigen Gewichts zu untersuchen. In Proben von der Haselburg und aus Dieburg/Odw. wurden 21 Elemente bestimmt. Die Elemente Al und Si wurden zusätzlich in einer Vakuumanlage bei Röhrenanregung analysiert. Zum Vergleich wurden auch Bodenproben aus dem Bereich der Haselburg vermessen. Die Ergebnisse sind in Histogrammen und Variationsdiagrammen dargestellt und werden aus chemisch-analytischer Sicht diskutiert.

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Determination of elements in Roman tiles from Haselburg by non-destructive X-ray fluorescence analysis

Summary X-ray fluorescence analysis with radionuclide excitation was chosen to analyze samples of any size, any form, and of any weight. 21 elements could be determined in samples from Haselburg and from Dieburg/Odw. Additionally, Al and Si were determined in vacuo by an X-ray tube excitation. For comparison soil samples from Haselburg were measured. The results are summarized in histograms and variation diagrams and are discussed from the chemical and analytical standpoint.

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Herrn Dr. R. Andrae danken wir für die Überlassung der Proben. Herrn Prof. Dr. D. Baatz, Wiesbaden-Biebrich, danken wir für eine kritische Stellungnahme.     

Hochselektive differentialpulspolarographische Spurenbestimmung von Uran (katalytische Nitratreduktion) nach Extraktionsabtrennung

Zusammenfassung Die polarographische Spurenbestimmung von Uran durch katalytische Reduktion des NO ₃ ^– ist eine sehr empfindliche Analysenmethode. Sie kann aber nur unter Ausschluß einer Reihe von störenden Kationen und Anionen durchgeführt werden und erfordert eine genau zusammengesetzte Grundlösung. Darum wurde für das Uran eine einfache und rasche Extraktionsabtrennungsmethode mit Triphenylarsinoxid in CHCl₃ ausgearbeitet. Die Rückextraktion aus der organischen Phase mit 0,02 N Na₂CO₃ und anschließendes definiertes Ansäuern mit HNO₃ ermöglichen die Überführung des Urans in eine für die differentialpulspolarographische Bestimmung geeignete, reproduzierbare Grundlösung. Über 60 untersuchte Kationen und 20 Anionen stören die Bestimmung in weiten Grenzen nicht, was eine vielseitige Anwendung erlaubt. Die Nachweisgrenze liegt bei 1 ppb Uran in wäßriger Lösung. Die relative Standardabweichung beträgt für 100 ppb Uran ±2%.

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Highly selective trace determination of uranium by differential pulse polarography (catalytic nitrate reduction), following extraction separation

Summary The trace determination of uranium by differential pulse polarography, using the catalytic reduction of nitrate is known to be very sensitive, if certain interfering ions are excluded and if the composition of the base solution remains constant. In order to fulfil these conditions a simple and selective method for extracting uranium with triphenylarsine oxide in chloroform was developed. Back extraction with 0,02 N Na₂CO₃ and addition of HNO₃ lead to an appropriate base solution for the determination of uranium by differential pulse polarography. The influence of 60 cations and 20 anions was found to be negligible in a wide range. The limit of detection is about 1 ppb U and the standard deviation with 100 ppb U is ±2%.

Für die Überprüfung des Manuskripts möchte ich den Herren Dr. P. Baertschi und O. Antonsen herzlich danken.     

Non-destructive analysis of archeological samples by energy-dispersive X-ray fluorescence

Summary A non-destructive method is described for the determination of major and minor constituents in archeological specimens by energy-dispersive X-ray fluorescence. Homogeneity tests are made by measuring at various sites of the specimen. In the same way, mean values are obtained for inhomogeneous specimen without taking samples. For calibration, powder standards are used. In case of the determination of elements with numbers up to 14 (Si) a vacuum chamber is used and the dimensions of the specimens are limited by the dimensions of that vacuum chamber, whereas for the determination of elements from K up to U specimens of any size, form or weight are suitable.

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Zerstörungsfreie Analyse von archäologischen Proben mit Hilfe der Energie-dispersiven Röntgenfluorescenzanalyse

Zusammenfassung Eine zerstörungsfreie Methode für die Bestimmung von Haupt- und Nebenbestandteilen in archäologischen Proben mit Hilfe der Energie-dispersiven Röntgenfluorescenzanalyse wird beschrieben. Für Homogenitätstests wird an mehreren Stellen der Probe gemessen. In der gleichen Weise werden für inhomogene Proben Mittelwerte erhalten ohne Probenahme. Für die Eichung werden Pulverstandards verwendet. Im Falle der Bestimmung von Elementen mit Ordnungszahlen bis 14 (Si) wird eine Vakuumkammer eingesetzt, und die Dimensionen der Proben sind durch die Dimensionen dieser Vakuumkammer begrenzt, während für die Bestimmung der Elemente K bis U Proben jeder Größe, jeder Form oder jeden Gewichts verwendbar sind.

     

Einfluß der Kristallisationsbedingungen auf das Zug-Dehnungsverhalten von Polyäthylenterephthalat

Zusammenfassung Es wurde der Einfluß der Morphologie auf das Zug-Dehnungsverhalten und den Bruch von Polyäthylenterephthalat untersucht. Dazu wurden verstreckte und unverstreckte Folien fünf Stunden lang bei verschiedenen Temperaturen zwischen 100° und 240°C getempert. Zusätzlich wurden die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten variiert. Die Proben wurden anschließend bis zum Bruch verstreckt. Sowohl bei den verstreckten als auch bei den unverstreckten Proben geht die Bruchdehnung als Funktion der Kristallisationstemperatur durch ein Minimum. Die verstreckten Proben besitzen einen bedeutend höheren Elastizitätsmodul und auch eine bedeutend höhere Bruchfestigkeit als die unverstreckten Proben. Desweiteren wurde festgestellt, daß das Streckverhältnis nach einer Kaltverstreckung entlang der Probe nicht einheitlich ist und daß eine Alterung des Materials das mechanische Verhalten der Proben wesentlich beeinflußt.

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Summary The influence of the morphology on the stress-strain curves and fracture of polyethylene terephthalate was studied. Undrawn and drawn samples of polyethylene terephthalate were crystallized at various temperatures between 100° and 240°C. Different heating and cooling rates were applied. Afterwards the samples were drawn until fracture occured. Both, for the undrawn as well as for the drawn samples it turned out that the elongation at break plotted as a function of the crystallization temperature goes through a minimum. For the drawn samples the fracture stress andYoungs modulus was larger than for the undrawn samples. It could be further shown that the draw ratio after cold drawing is not uniform and that aging effects considerably the mechanical behaviour of the samples.

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Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit im Rahmen des SFB 41, sowie der Firma Kalle AG., Wiesbaden, für die Überlassung der Folien.     

Purity control of metals and of their alloys used in solid state physics by spark source mass spectrometry

Summary The investigation of the dynamics of particle populations in solids is an important field of research in solid state physics. For these studies well characterized samples, especially with respect to their impurity contents, are needed. Spark source mass spectrometry is an ideal tool to perform the required analysis. It is demonstrated with the help of typical examples like aluminium, niobium and a rare earth-aluminium compound that spark source mass spectrometry fulfills the requirements of the purity control for a very wide range of substances.

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Reinheitskontrolle von Metallen und ihren Legierungen für die Festkörperphysik durch Funken-Massenspektrometrie

Zusammenfassung Die Untersuchung der Dynamik von Teilchen in Festkörpern ist ein wichtiges Arbeitsgebiet der Festkörperphysik. Hierzu sind Proben erforderlich, die hinsichtlich ihrer Restverunreinigungen gut charakterisiert sind. Zur Analyse solcher Proben ist die Funken-Massenspektrometrie besonders geeignet.An den Beispielen Aluminium, Niob und einer Seltene Erd-Aluminiumverbindung wird gezeigt, daß die Funken-Massenspektrometrie die Forderungen der Reinheitskontrolle an so unterschiedlichen Substanzen voll erfüllen kann.

     

Improvement in precision and accuracy of spark source mass spectrometric analysis by sample dissolution and isotope dilution

Summary In order to avoid the influence of sample heterogeneity, matrix effects and the non-availability of well analyzed standard samples on the precision and the accuracy of spark source mass spectrometric analysis, metal and silicate samples are dissolved chemically. For quantitative analysis, isotope dilution and calibration with standard solutions are used, whereby a precision of better than ±3% and ±8%, respectively, is obtained. This development has improved the precision by about a factor of 3 and increased the reliability of the analysis.

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Verbesserung der Genauigkeit und der Richtigkeit der funken-massenspektrometrischen Analyse durch chemisches Auflösen der Probe und Anwendung der Isotopenverdünnungsmethode

Zusammenfassung Um den Einfluß der Probenheterogenität, von Matrixeffekten und des Fehlens von gut analysierten Standardproben auf die Genauigkeit und Richtigkeit der funken-massenspektrometrischen Analyse zu vermeiden, sind metallische und silicatische Proben chemisch gelöst worden. Zur quantitativen Analyse wird die Isotopenverdünnungsmethode und eine Eichung mit Standardlösungen verwendet, wobei eine Genauigkeit von besser als ±3% bzw. ±8% erreicht wird. Diese Entwicklung hat die Genauigkeit gegenüber der direkten Methode um einen Faktor von ungefähr 3 verbessert und die Zuverlässigkeit der Analyse erhöht.

     

Rapid determination of trace quantities of thallium in heat-resisting cobalt and nickel alloys by graphite furnace atomic absorption spectrometry

Summary A simple and rapid analytical method has been developed for the direct determination of trace quantities of thallium in nickel and cobalt-base heatresisting alloys by graphite furnace atomic absorption spectrometry. Hydrofluoric acid, sulphuric acid, and hydrogen peroxide were used for the dissolution of a wide variety of these alloys. The interferences of matrix elements and acids were eliminated. The absorbance of thallium is constant over a wide range of ashing temperatures. Synthetic standard solutions composed of nickel or cobalt matrix and thallium were used for calibration. The detection limit for thallium by this method is 0.2 ppm in the sample. Mechanisms of the interferences are discussed.

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Schnelle Bestimmung von Thalliumspuren in hitzebeständigen Cobalt- und Nickellegierungen durch Atomabsorptions-Spektralphotometrie mit dem Graphitofen

Zusammenfassung Ein Verfahren zur AAS-Bestimmung von Thallium in verschiedenartigen Cobalt- und Nickellegierungen wird beschrieben. Zur Auflösung der Probe werden Flußsäure, Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid verwendet. Störungen durch Matrixelemente und durch die Säuren konnten beseitigt werden. Die Thalliumabsorption ist über einen weiten Temperaturbereich bei der Veraschung konstant. Zur Eichung dienen synthetische Lösungen von Cobalt- bzw. Nikkelmatrix und Thallium. Die Nachweisgrenze für Thallium beträgt 0,2 ppm. Die Mechanismen der Störungen werden diskutiert.

     

Total sulphur analysis in geological and biological materials by coulometric titration following combustion

Summary A simple and rapid procedure for the determination of sulphur in geological and biological samples by combustion in an oxygen current followed by coulometric titration of the sulphur dioxide produced is described. Samples analysed include rocks, soils, sediments, ores, minerals and plants. 8-Hydroxyquinoline is used to remove interfering halogens from the combustion products. 100 mg of sample are mixed with 500 mg of V₂O₅ (oxidant) and 500 mg of Fe (flux) and ignited for 4–15 min in a resistance-type furnace at 1400° C. The method is applicable to sulphur contents in samples of 10 ppm to X0 wt.-% S with standard deviations ranging from 0.001–0.2% S. For testing accuracy 21 standard reference samples were analysed. Results obtained compare favourably with recent publications.

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Bestimmung des Gesamt-Schwefels in geologischen und biologischen Substanzen durch coulometrische Titration nach vorhergehender Verbrennung der Probe

Zusammenfassung Es wird eine einfache und schnelle Methode der Schwefelbestimmung in geologischen und biologischen Proben durch Verbrennung im Sauerstoffstrom und anschließende coulometrische Titration des freigesetzten SO₂ beschrieben. Es wurden Gesteine, Böden, Sedimente, Erze, Minerale und Pflanzen analysiert. 100 mg der Probe werden mit 500 mg V₂O₅ (Oxidationsmittel) und 500 mg Fe (Fluß-mittel) in 4–15 min in einem Widerstandsofen bei 1400° C verbrannt. Zur Entfernung von Halogenwasserstoffen aus dem Reaktionsgas wird eine 8-Hydroxychinolin-Falle verwendet. Die Methode ist auf Proben mit Schwefelgehalten von 10 ppm bis X0 Gew.-% anwendbar. Die Standardabweichung liegt im Bereich von 0.001–0.2% S. Es wurden 21 Standardproben analysiert, um die Genauigkeit des Verfahrens zu überprüfen. Die Ergebnisse zeigen eine befriedigende Übereinstimmung mit neueren Literaturdaten.