Chemical analysis and distribution investigation of trace elements in indium matrix by spark source mass spectrometry

Summary High-purity indium was analysed by spark source mass spectrometry, using electrical and photoplate detection. For the calibration of the differences in elemental sensitivity, a standard sample was prepared in which 10 impurities were determined by graphite furnace atomic absorption spectrometry. In this way accuracies of less than 40% were obtained for relatively homogeneous elements at ppm and sub-ppm level. About 40 elements could be determined with detection limits of 10 to 30 ppb. Two pattern recognition methods, principal component analysis and clustering analysis, were applied to obtain information on trace element distribution, which indicated that a number of elements were strongly spatially correlated in the analysed sample.

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Chemische Analyse und Verteilungsbestimmung von Spurenelementen in Indium-Matrix durch Funkenquellen-Massenspektrometrie

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On leave from: Department of Chemistry, Nanjing Normal University, Nanjing, People's Republic of China     

Radiochemical neutron activation analysis in standardization of trace elements in biological reference materials at the nanogram level

Summary Results for up to 12 trace elements in some newer biological materials of the NBS Washington (Citrus Leaves, New Bovine Liver, Wheat and Rice Flours, Milk Powder, Stabilized Wine) are reported using radiochemical neutron activation analysis. A discussion of the techniques and problems of standardization and the correct use of standards is included.

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Radiochemische Neutronen-Aktivierungs-Analyse zur Standardisierung von Spurenelementen in biologischen Referenzproben in ng-Mengen

Zusammenfassung Ergebnisse für bis zu 12 Spurenelemente in einigen neuen biologischen Proben des NBS, Washington, (Citrus-Laub, frische Rindsleber, Weizenund Reismehl, Milchpulver, Wein) wurden mitgeteilt, die mittels radiochemischer Neutronen-Aktivierungs-Analyse erhalten wurden. Eine Diskussion der Verfahren, der Probleme der Standardisierung sowie der korrekten Verwendung der Standardproben wurde geboten.

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Presented in part at the 9th International Symposium on Microchemical Techniques, Amsterdam, August 1983.     

Routine activation analysis with an automatic ion-exchange apparatus

Summary The application of the automatic ion-exchange apparatus by Samsahl, to the determination of trace elements in biological, medical and environmental samples, is described. By this method it is possible to analyse for up to about 40 trace elements in various materials. Because of the large number of elements determined by this device, a flux-monitor irradiation method is applied for the quantitative determination of the various elements. Problems in the preparation of standards, determination of the radiochemical recovery, influence of different geometries in the gamma-spectroscopy, and evaluation of the data are discussed. All the steps in the analysis — irradiation, radiochemical procedure, gamma-spectroscopy and evaluation of the spectra — have been tested by use of an international biological standard reference material.

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Zusammenfassung Die Anwendung der automatischen Gruppentrennungsapparatur nach Samsahl zur Bestimmung von Spurenelementen in biologischen, medizinischen und Umweltproben wurde beschrieben. Mit Hilfe dieses radiochemischen Verfahrens ist es möglich, bis zu etwa 40 Spurenelemente in den verschiedensten Materialien nachzuweisen. Wegen der großen Anzahl der zu bestimmenden Elemente wird bei der Bestrahlung der Proben mit der Neutronenfluß-Monitor-Methode gearbeitet. Verschiedene Probleme, wie Standardzubereitung, Bestimmung der radiochemischen Ausbeuten, Einfluß der Meßgeometrie bei der Gamma-Spektroskopie und die Auswertung der Gamma-Spektren wurden diskutiert. Alle diese Schritte der Analyse werden laufend mit Standardreferenzmaterialien getestet, um systematische Fehler in der Analyse zu vermeiden.

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Presented at the International Symposium on Microchemical Techniques, May 23–27, 1977, Davos, Switzerland.     

Where is analysis of trace elements in biotic matrices going to?

Summary Accomplishing the act of balancing our technological progress with the accompanying risks for safety and health in our life quality, calls for modern analytical science. It should serve as an indicator for the correct balance of forces in the substantial sphere. However, today such an indicating role is based on rough estimations, or on insufficient or unconfirmed information with respect to concentrations, binding forms and local distributions of toxic or of essential substances within a sample. Moreover, many complex mechanisms of synergetic and antagonistic physiological interactions have not yet been clarified — and consequently, we have to take into account severe misjudgements of risks.In addition, one has reached the limits of financial means required for the increasing control and survey tasks of daily analytical routine. Accordingly, only a long-term planned strategy for the development of more powerful, more reliable and more economic analytical methods, which moreover guarantee a better local distribution (microdistribution analysis), are the prerequisites for an improvement of this situation in analytical sciences.In view of the future tasks and the ultimate limits of trace- and micro-distribution analysis of the elements, the present state and an outlook on reaching the limit of analysis are critically discussed. Main emphasis is placed here on the possibility of improving conventional determination methods such as AAS, OES, XRFA, MS, NAA with regard to better power of detection and reliability. But also innovative analytical principles such as laser atomic spectroscopy (RIS, LEI, LIF) are introducted. They promise to develop into an essential basis for micro and trace element analysis of tomorrow.As instrumental methods are always the last step in an analytical procedure, a brief reference will be made to the problem of sample preparation, mainly with regard to the sources of systematic errors. As for trace analysis at the ng/ ml- or pg/ml-levels there are no reliable or certified standard reference materials available up to now, multistep procedures are still necessary. They must combine decomposition, preconcentration and determination methods in an optimal way to minimize systematic errors. The state-of-the-art of such multistep procedures in extreme elemental trace analysis will also be presented.

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über die zukünftige Entwicklung der Spurenelementanalyse in biotischen Matrices

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Dedicated to Prof. Dr. W. Fresenius in gratitude on the occasion of his 75th birthday.     

Der Weg zu leistungsf?higen Methoden der Elementspurenanalyse in Umweltproben

Zusammenfassung Spurenanalytische Methoden im Bereich der Umweltüberwachung sollten so konzipiert sein, daß sie auf breiter Ebene von vielen Laboratorien mit Erfolg eingesetzt werden können. Einfache Handhabung bei einem Minimum an systematischen Fehlern sind dabei die wichtigsten Kriterien. An Hand einiger neuerer Analysenmethoden wird gezeigt, welche Wege bei der Methodenentwicklung zum Ziel führen.Aufschlußmethoden sind ein wesentlicher Bestandteil von Verbundverfahren zur Bestimmung von Elementspuren. Zwei Verfahren werden beschrieben, die sich durch ihre Eigenschaften hervorragend für die Elementspurenanalyse eignen. Bei der einen Methode wird die organische Probe mit einem hochfrequenzangeregten Sauerstoffplasma verascht. Bei der zweiten Methode handelt es sich um ein Hochdruckaufschlußverfahren, bei welchem die Probe in einem geschlossenen Gefäß aus Quarzglas mit Salpetersäure bei Temperaturen bis zu 320°C mineralisiert wird.Anreicherungsmethoden spielen ebenfalls eine bedeutende Rolle bei Verbundverfahren. Filterpapiere mit kovalent gebundenen Komplexbildnern eröffnen in Verbindung mit der Röntgenfluoreszenzanalyse neue Möglichkeiten in der Spurenelementbestimmung.Dem idealen Analysenverfahren kommt man sehr nahe, wenn es gelingt die Probe ohne vorhergehende Analysenschritte unmittelbar zu vermessen. Mit Hilfe mathematischer Modelle kann es gelingen, aus den oft sehr komplexen Analysensignalen die gewünschte analytische Information herauszuholen. Als Beispiel dafür wird ein Rechenprogramm für die Röntgenfluorescenzanalyse vorgestellt, mit dessen Hilfe der Elementgehalt in organischen Proben, nach direkter Messung der Proben mittels RFA, bestimmt werden kann.

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Routes to powerful methods of elemental trace analysis in environmental samples

Summary Methods for trace element analysis for environmental monitoring should have properties that make them suitable for successful routine use in a large number of laboratories. Important criteria are simple manipulation and minimal systematic errors. Taking some more recent methods as an example it is shown what routes lead to success in method development.Decomposition methods are an important part of combined procedures for the determination of trace elements. Two approaches are described that are extremely well suited for elemental trace analysis. In one method the organic sample is ashed in a high-frequency excited oxygen plasma. The second method is a high pressure decomposition that permits mineralization of the sample in sealed quartz vessels with nitric acid at temperatures up to 320° C.Preconcentration methods too play an important role in combined procedures. Filter papers with covalently bound chelating agents open up new frontiers in trace analysis by X-ray fluorescence spectrometry.Methods suitable for direct determination without the need of prior sample preparation steps are coming close to the ideal of analytical chemistry. By use of mathematical models it can be possible to deduce the analytical information from fairly complex analytical signals. As an example of such a case a computer program for X-ray fluorescence spectrometry is discussed that permits the direct determination of elements in organic samples.

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Herrn Prof. Dr. W. Fresenius zum 70. Geburtstag gewidmet     

Multielement trace analysis for inorganic species in large-volume water samples by mono-standard neutron-activation analysis

Summary Mono-standard neutron-activation analysis of large-volume water samples without preliminary chemistry is applied to the multielement determination of trace inorganic species in pure water, river water, urban effluent, etc. The accuracy, precision and sensitivity have been assessed by analysing a standard reference material, a water sample from a round-robin analysis and pure waters. The method is applied to investigate the behaviour of trace inorganic species in the course of the cleaning process in an urban sewage treatment plant. The distribution of the elements in the effluents and stably suspended materials has been systematically analysed and the behaviour of the elements in the system discussed.

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Multielementanalyse anorganischer Spurenelemente in grovolumigen Wasserproben mit der Mono-Standard-Neutronen-Aktivierungs-Analyse

Zusammenfassung Die Mono-Standard-Neutronen-Aktivierungs-Analyse großvolumiger Wasserproben ohne chemische Vorbehandlung wird zur Bestimmung anorganischer Spurenelemente in reinem Wasser, Flußwasser, Abwasser usw. eingesetzt. Die Richtigkeit, Genauigkeit und Empfindlichkeit der Methode wurden durch Analysen von Standard-Referenz-Material, eine Ringanalyse einer Wasserprobe und reinen Wassers überprüft. Die Methode wird zur Untersuchung des Verhaltens anorganischer Spurenelemente während des Reinigungsprozesses in einer Kläranlage angewandt. Die Verteilung der Elemente zwischen dem Abwasser und dem stabil suspendierten Schwebstoff wurde systematisch analysiert und das Verhalten der Elemente in dem System diskutiert.

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Presented at the 8th International Microchemical Symposium, Graz, August 25–30, 1980.     

Possibilities for misinterpretation in ASV-speciation studies of natural waters

Summary A summary is given of possible pitfalls identified in the speciation studies of trace elements by Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry including sampling-, storage- and sample treatment procedures.

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Mögliche Mißdeutungen bei ASV-Speciesuntersuchungen von natürlichen Wässern

Zusammenfassung Die Probleme, die bei Speciesuntersuchungen von Spurenelementen mit Hilfe der Differentialpuls Anodic Stripping Voltammetrie auftreten, werden zusammenfassend dargestellt. Neben den bei der eigentlichen Bestimmung auftretenden Problemen, werden auch solche erwähnt, die mit der Probennahme sowie der Lagerung und Vorbehandlung der Proben in Zusammenhang stehen.

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Dedicated to Prof. Dr. W. Fresenius on the occasion of his 70th birthday     

Quantitative distribution analysis for boron and arsenic in silicon-semiconductors

Summary Proceeding from the technological requirements for semiconductor characterization the progress and limitations of quantitative distribution analysis for B and As in silicon semiconductors by ionprobe microanalysis are presented. It is shown that by use of new instrumental technology the detection power for extreme trace analysis of dopant elements can be increased significantly and that development of suitable quantification procedures enables quantitative distribution analysis to be performed with good accuracy. The information obtained provides a basis for establishing more accurate diffusion models for highly doped materials.

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Quantitative Verteilungsanalyse von Bor und Arsen in Silizium-Halbleitern

Zusammenfassung Ausgehend von den technologischen Anforderungen an die Charakterisierung von Halbleitermaterialien wurden neue Entwicklungen und deren Limitierungen in der quantitativen Verteilungsanalyse von B und As in Silizium-Halbleitern beschrieben. Es wurde gezeigt, daß der Einsatz der Ionenstrahlmikroanalyse in ihrer neuesten instrumentellen Realisierung eine wesentliche Verbesserung des Nachweisvermögens für Dotierungselemente ermöglicht und daß durch die Anwendung geeigneter Quantifizierungsmethoden eine hohe Richtigkeit der Verteilungsanalyse erzielt werden kann. Die gewonnenen Informationen dienen als Grundlage für die Entwicklung verbesserter mathematischer Modelle für die Beschreibung von Diffusionsprozessen in hochdotierten Halbleitermaterialien.

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Presented at the 10th Kolloquium über metallkundliche Analyse, Wien, 3.–5. November 1980.

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Dedicated to Prof. Dr. Hanns Malissa on the occasion of his 60th birthday.     

Welche Platinmengen gelangen bei der Vorbereitung biologischer Substanzen zur Spurenelementbestimmung nach deren Veraschung in Platinschalen in die L?sung?

Zusammenfassung Es wird berichtet, welche Platinmengen beim Veraschen biologischer Substanzen im Muffelofen bei verschiedenen Temperaturen und anschließendem Aufnehmen und Erhitzen mit verschiedenen Säuren aus Platinschalen gelöst werden. Ferner wird aufgezeigt, wie die Veraschung und das In-Lösung-Bringen der Aschen durchgeführt werden sollte und welche Platinmengen eine Störung bei einigen Methoden zur Bestimmung von Spurenelementen verursachen können.

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Which amounts of platinum are dissolved in the preparation of biological substances for the determination of trace elements after ashing in platinum dishes?

It is shown, which amounts of platinum are dissolved from platinum dishes when ashing biological materials in a muffle furnace at different temperatures and dissolving the ashes with different acids. Furthermore it is shown, how these procedures must be carried out and which platinum amounts cause errors in the determination of trace elements.

     

Beitr?ge zur Bestimmung von Spurenelementen in biologischem Material bei begrenzter Einwaage

Zusammenfassung Nanogramm-Mengen von As, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn, Tl, V und Zn lassen sich in 100 mg-Proben organischen Materials mit mikrospektralphotometrischen, fluorimetrischen und inversvoltammetrischen Methoden nach vorangehendem Aufschluß der Probe und Trennung der Elemente durch Ausschütteln bestimmen.Das Trennschema wurde radiochemisch und mikrospektralphotometrisch überprüft. Mit dem Verfahren wurde der Gehalt der oben genannten Elemente in kleinen Proben menschlicher Haut und von Fingernägeln bestimmt.

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Contributions to the determination of trace elements in limited amounts of biological materialII. Separation scheme and determination methods

Nanogram amounts of As, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn, Tl, V, and Zn can be determined in 100 mg samples of organic materials by micro-spectrophotometric, fluori-metric, and inverse voltammetric methods after decomposing the sample and separating the elements by liquid-liquid extraction methods.The separation scheme was tested by radiochemical and micro spectrophotometric methods.The method was used to analyse the contents of these elements in small amounts of human skin and finger nails.

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I. Mitteilung: Der Aufschluß. Diese Z. 219, 61 (1966).

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Herrn Prof. Dr. L. Diethelm danken wir für die Möglichkeit zur Durchführung der radiochemischen Untersuchungen am Institut für Klinische Strahlenkunde der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Die Arbeit wurde in dankenswerter Weise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bad Godesberg und dem Verband der Chemischen Industrie e.V., Düsseldorf unterstützt.     

A modification of the heteropoly blue method for the microgram determination of arsenic in biological materials

Summary A sensitive method has been developed for analysis of trace amounts of arsenic in biological materials using the heteropoly blue method. The method employs a closed apparatus and a nitrogen atmosphere, and allows the detection of arsenic in ppm concentration using samples of 100 mg.

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Zusammenfassung Eine empfindliche Methode zur Bestimmung von Arsenspuren in biologischem Material im Wege der Molybdänblaumethode wurde ausgearbeitet. Man arbeitet dabei in einer geschlossenen Apparatur in Stickstoffatmosphäre und kann so in 100-mg-Proben Arsenkonzentrationen in der Größenordnung von ppm bestimmen.

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Presented at the 6th Annual Northeast Regional Meeting of the American Chemical Society, Burlington, Vermont, August 19, 1974.     

The monostandard method in thermal neutron activation analysis of geological, biological and environmental materials

Summary A simple method is decribed for instrumental multielement thermal neutron activation analysis using a monostandard. For geological and air dust samples, iron is used as a comparator, while sodium has advantages for biological materials.To test the capabilities of this method, the values of the effective cross sections of the 23 elements determined were evaluated in a reactor site with an almost pure thermal neutron flux of about 9·10¹² n·cm^–2·s^–1 and an epithermal neutron contribution of less than 0.03%. The values obtained were found to agree mostly well with the best literature values of thermal neutron cross sections. The results of an analysis by activation in the same site agree well with the relative method using multielement standards and for several standard reference materials with certified element contents. A comparison of the element contents obtained by the monostandard and relative methods together with corresponding precisions and accuracies is given.

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Die Monostandardmethode bei der Aktivierungsanalyse mit thermischen Neutronen von geologischem, biologischem und Umweltmaterial

Zusammenfassung Die Monostandardmethode wurde erstmals auf die Aktivierungsanalyse mit rein thermischen Neutronen aus der thermischen Säule des Reaktors FRJ-2 (mit epithermischen Anteilen von < 0,03%) angewendet. Hier sind die theoretischen Verhältnisse und damit auch Gleichungen besonders einfach. — Die bei einem Neutronenfluß von 9·10¹² n·cm^–2·s^–1 ermittelten effektiven Neutroneneinfangquerschnitte stimmen häufig gut mit den Literaturwerten überein. — Für geologische Proben wurde Eisen, für biologisches Material Natrium als Komparator, d.h. Monoelementstandard, verwendet. Es konnten über zwanzig Elemente in Andesit, Granit, Flugstaubasche, Luftstaub, Pflanzenmaterial und Obstblättern bestimmt werden.

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Dedicated to Professor Dr. Kurt Starke, University of Marburg/ Lahn on the occasion of his 70 th birthday

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Fourth Communication on Improvement of Instrumental Analysis for Service Analysis

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Guest Scientist from Egypt.

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Guest Scientist under IAEA-Fellowship from the Faculty of Chemistry, University of Sofia, Bulgaria

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This paper is an extract of the more detailed Report Jül-1822 (ISSN 0366-0885), January 1983.     

Analyse von Spurenelementen in biologischen Matrices: Erg?nzende und vergleichende Untersuchungen mit der energiedispersiven R?ntgenfluorescenzanalyse und der Graphitrohrofen-Atomabsorptionsspektrometrie am Beispiel von Fichtennadeln

Ohne Zusammenfassung

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Analysis of trace elements in biological matrices: Supplementary and comparative investigations by energy-dispersive x-ray fluorescence analysis and graphite tube AAS by the example of spruce needles

     

Bestimmung von Spurenelementen in Serum und Urin mit flammenloser Atomisierung

Zusammenfassung Eine Graphitrohrküvette zur flammenlosen Atom-Absorptions-Spektroskopie und deren Anwendbarkeit auf die Analyse biologischer Materialien wird beschrieben. Die für Kupfer in 12 Seren erhaltenen Werte stimmen gut mit den Ergebnissen der Colorimetrie und der Flammen-AAS überein; das benötigte Probenvolumen beträgt dabei nur 2 l Serum pro Bestimmung. Verschiedene weitere Anwendungsmöglichkeiten zur Bestimmung von Spurenelementen und zum Arbeiten mit kleinsten Probenvolumina werden diskutiert.

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Determination of trace elements in serum and urine with flameless atomization

A graphite tube furnace for flameless Atomic Absorption Spectroscopy and its application in the analysis of biological materials is described. The values obtained for copper in 12 sera are in good agreement with colorimetric results and Flame-AAS. The sample volume meeded for one determination is only 2 l of serum. Several further application possibilities for the determination of trace elements and for smallest sample volumes are discussed.

     

New trends in analysis of ground water

Summary A combination of analytical methods and separation techniques is used in order to differentiate between various chemical forms of elements in ground water. The analytical programme includes determination of trace elements, mineralogy, organic components and micro-organisms, which underlines the necessity for interdisciplinary collaboration in speciation studies.

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Neue Bestrebungen der Grundwasseranalyse

Zusammenfassung Eine Kombination analytischer Methoden und Trennungsverfahren wurde verwendet, um verschiedene chemische Verbindungen im Grundwasser festzustellen. Das analytische Programm umfaßte die Bestimmung von Spurenelementen, mineralogischen und organischen Bestandteilen und Mikroorganismen. Die Beschreibung solcher Systeme hängt von der notwendigen wissenschaftlichen Zusammenarbeit ab.

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Presented at the 8th International Microchemical Symposium, Graz, August 25–30, 1980.

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Research fellow, Norwegian Research Council for Science and the Humanities.     

Progress in analytical application of an inductively coupled plasma/mass spectrometer system

Summary A method for the determination of elements in liquids using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) is described. The different possibilities and problems together with instrumental parameters are reviewed. After the dissolution step samples are analyzed directly without any preconcentration. Detection limits for 53 elements have been tested and are found to be less than 0.1 ng/ml. Monoisotopic elements can be detected at levels less than 0.05 ng/ml. Interference problems have been studied and hints are given to predict molecular species using algorithm implemented in software packages. The application to trace element analysis in the geological field is demonstrated with a basalt reference sample to verify figures of merit for this method. Accuracy is checked with a NBS SRM steel sample.

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Erfahrungen und Möglichkeiten mit der Anwendung eines induktiv gekoppelten Plasma/Massenspektrometer Systems