Elemanalitika a MÁFI laboratóriumában Dr Bartha András Magyar Állami Földtani Intézet Laboratóriumi Főosztály Tel: 2671423, 06-30 6805032 bartha@mafi.hu Fontosabb műszerek az elemanalitikában XRF röntgenfluoreszcens spektrometria AAS atomabszorpciós spektrometria (Láng, hidrid és elektrotermikus atomizációval) ICP-OES induktív csatolású plazma optikai emissziós spektrometria (ICP-AES) ICP-MS induktív csatolású plazma tömegspektrometria 1
XRF módszerek A XRF nagyon alkalmas geológiai (szilárd) minták elemanalitikai összetételének meghatározására. A gerjesztő röntgensugár hullámhossza az 0,01-10 10 nm tartományba esik, a besugárzás hatására a belső energiaszintek gerjesztődnek. Fontos különbség az egyéb atomspektoszkópiai (AAS, ICP-AES, ICP- MS) módszerekhez képest, hogy az atomok egymás belső elektronhéjára gyakorolt hatása elhanyagolható, ezért nem kell gőzzé g alakítani a vizsgálandó anyagot, roncsolásmentes a módszer. Gyakorlatilag mindig teljes elemtartalalmat határozunk meg. A XRF módszereknél nagyteljesítményű röntgencsövet használunk gerjesztéshez, a fényfelbontó egységek pedig természetes kristályrácsok. 4 fő kölcsönhatás játszódik le: a beeső röntgensugár abszorbeálódik és fluoreszcens sugárzást produkál áthalad az anyagon Visszaszóródik azonos energiával (Raleigh scatter) Visszaszóródik energiaveszteség után (Compton Scatter) A beérkező foton kiüt egy elektront valamelyik héjról, pl. K héjról, és egy külső pl. L héjról rekombinálódva a két szint közötti energiakülönbségnek megfelelő hullámhosszú fotont sugároz ki. Ez a spektrumban egy vonalként látszik. Pl. Kα vonal. 2
Mintaelőkészítés XRF mérésekhez Szilárd minta, tisztított, polírozott felület szükséges Sajtolt tabletta: nagyon fontos a kis szemcseméretre való őrlés, < 5 μm. Ásványtani hatás s itt még m g lehetséges, főleg f főkomponens f elemzésekn seknél célszerű külön n elvégezni a kalibrálást az egyes mintatípusokra. Üveggyöngy készk szítés: s: LiBO 2 és s Li 2 B 4 O 7 keverékével vel megömlesztj mlesztjük k a mintát, t, és s lassan kihűlve szemüveglencse szerű homogén n kőzetoldatot k kapunk, mely már m r nem terhelt a szemcseméret, ill. az ásványtani hatással. A megfelőlel lelő korrekciók k elvégz gzése után n a De Jong vagy az elméleti leti korrekciót t alkalmazva kitűnő kalibráló görbéket kapunk. A kalibráci ció érvényes évekig is. 20-30 kőzetstandardbk zetstandardból l készk szítve kalibráló sorozatot, nagyon stabil, jój módszer van a kezünkben. Prospekció a Pretóriai Geológiai Intézetben 3
XRF kimutatási határok és átlagos gyakoriságok a földkéregben Emissziós és atomabszorpciós spektrometria Gerjesztési folyamatok sematikus rajza Atomabszorpciónál tehát a fényelelnyelés mértékét határozzuk meg, emissziónál pedig azt fényt, amit az alapállapotba visszaugorva sugároz ki a minta 4
Atomspektroszkópiai módszerek Az analitikai információt a szabad atomok és szabad ionok (ionizált atomos gáz) elektrongerjesztéséből származó, viszonylag éles vonalakból álló atomspektrum adja. Szobahőmérsékleten csak a nemesgázok és a higanygőzben találunk szabad atomokat, a többi anyagot atomizálni i kell. A szabad atomokat létrehozhatjuk termikus úton, de ionbombázással l is pl. vákuum kisülésekben. Az atomizáció mellett bizonyos mértékben lejátszódik a szabad atomok termikus ill. elektronütközéses ionizációja és elektrongerjesztése is. Az információ származhat a szabad atomok ill. ionok spontán fotonemissziójából (atomessziós módszer: lángfotometria ill. ICP-AES), a szabad atomok fotonabszorpciójából (atomabszorpciós módszer) ill. a gerjesztést követő fluoreszcenciából (atomfluoreszcens( módszer). Atomabszorpciós technikák az atomizálás módja szerint Lángatomabszorpció: A legrégebben használt sugár és atomforrás. Gyors módszer, de nem igazán érzékeny. Elektrotermikus atomizáció: A szabad atomok előállítása elektromosan fűtött grafitkemencében történik. A módszer lényegesen (1-2 2 nagyságrenddel) érzékenyebb, mint a lángatomabszorpció elsősorban a hosszabb tartózkodási idő és a kisebb hígulás miatt. Hátránya, hogy viszonylag lassú módszer. Hidridfejlesztéses atomizáció: Ide tartozik a higany hideggőzös meghatározása, ill. a hidridfejlesztő elemek (As( As, Bi, Ge,, Pb, Sb,, Se, Sn,, Te) nagy érzékenységű mérése hidridjeik kémiai kifejlesztése után. Előnye hogy érzékeny módszer, hátránya, hogy egyedi optimalizálást igényel, és az oxidációs állapot is befolyásolja a jel nagyságát. Szilárdmintás AAS technikák (slurry( slurry,, AMA- 254) 5
Atomabszorpció hidridfejlesztéssel Folyamatos hidridfejlesztő berendezés atomabszorpciós készülékhez; AAS-HG A fejlődő hidrideket legtöbbször lángban fűtött kvarccsőbe vezetik, és mintegy 1000 C-on megy végbe az atomizálás. A hidridfejlesztés alapegyenlete: NaBH 4 +3 H 2 O+HCl=H 3 BO 3 +NaCl+8H+ EHn+H 2 6
AMA-254 advanced mercury analyser Folytonos fényforrású (CS( CS) AAS Hagyományos AAS készülékeknél nincs szükség túl jó felbontásra. 1,0 0,7 Nagyon jó felbontást biztosít az optikai egység, 2 pm az optikai egység felbontása. Absorption 0,5 0,2 0,0 279,3 279,4 279,5 279,6 279,7 279,8 279,9 280,0 280,1 280,2 280,3 W ellenlänge (nm) 7
Efficiency Detection limits of LS (lamp source) AAS and CS (continuum, source) AAS 14 12 10 LS AAS CS AAS c 0 (µg/l) 8 6 4 2 0 Cd Cu Cr Fe Ni Pb Zn ICP-AES vagy ICP-OES spektrometria Rezonáns vonal: olyan átmenethez tartozó vonal, melynek alsó szintje az alapszintek valamelyikének felel meg. Na gerjesztési termvázlata 8
Na regisztrált spektruma Al regisztrált spektruma Fe regisztrált spektruma ICP-AES spektrométer vázlatos rajza 9
Szimultán ICP-AES spektrométer Paschen-Runge elrendezéssel Klasszikus Czerny-Turner elrendezésű monokromátor 10
Perkin-Elmer Optima 3000 SCD (Segmented-array Charge Coupled-device detektor) ICP-AES spektrometria teljesítményjellemzői Felbontás Minél nagyobb a spektrális rend, és a rovátkák sűrűsége, annál jobb a felbontóképesség. A gyakorlatban a belépő rés csökkentésével is lehet javítani a felbontóképességet. Ma a legjobb állandó gyakorlati felbontást a JY 4320 /mm-es holografikus rácsa biztosítja a 430 nm alatti színképtartományban. Ez a monokromátor 1 m-es fókusztávolságú, és a legsűrűbb a rácsa. 5 pm állandó spektrális felbontást biztosít. 11
ICP-AES spektrometria teljesítményjellemzői II Gyakorlati felbontás: A félértékszélességnek megfelelő vonalszélesség, vagyis az a hullámhossz érték, ahol a nettó csúcsintenzitás a felére csökken. Ez szabja meg, két vonal a gyakorlatban elválik-e egymástól? Felvéve egy emmisziós vonal profilját könnyen megszerkeszthető a gyakorlati felbontás. A Cd 228,802 nm-es vonalához közeli arzén 228,812 nm-es vonala jól demonstrálja azt, hogy ez a felbontó egység elválasztja egymástól a két vonalat, vagyis nem kell matematikai korrekciót végezni. Szilárdtest detektoros készülékek felbontása ettől általában elmarad, többet bíznak a matematikai IEC korrekcióra. Pillanatnyilag 5 pm-15 pm a felbontása a különböző készülékeknek. ICP-AES spektrometria teljesítményjellemzői III Kimutatási határ, háttérekvivalens koncentráció Kimutatási határ: A vakértékhez közeli koncentrációjú oldat legalább 10 párhuzamos méréséből meghatározott szórás háromszoros értékének (3σ) megfelelő koncentráció. LOD=LD=3*SD*C/I N LOD=LD=limit of detection; kimutatási határ BEC=Background equivalent concentration; háttér ekvivalens koncentráció. Fenti példánál: Zn-nél: I B szórása 10 párhuzamos alapján: SD=5,6; I N =7870; C=100μg/l; LD=3*5,6*100/7870=0,21μg/l Hüvelykujjszabály: Megfelelő stabil műszerparaméterek esetén az RSd=0,7rel%, ilyenkor a kimutatási határ kb. egyenlő a BEC/50-el. Ugyanis: SD=0,007, és 3*0,007*BEC=BEC/47,6. A kimutatási határ környékén a szórás mintegy 50 rel%. 5-szörös kimutatási határnál 10%; 10-szeres határnál 5%; 25-30-szoros kimutatási határnál lecsökken 2 rel%-ra. Vagyis a mérés bizonytalansága mindig függ attól, milyen messze vagyunk a kimutatási határtól. Meghatározás alsó határa: 3*LD. 12
Kalibrálás ICP-AES spektrometriában Egyszerű kalibrálás. Mátrix nélküli kalibrálók alkalmazása a plazma robusztus tartományában. Gyakori módszer, a mintát a gyakorlatilag mátrixmentes tartományba higítjuk. Mátrix matching illesztés. A kalibráló oldatok hasonló összetételben tartalmazzák a mátrixot. Pl. fémek szennyezőinek meghatározásakor nagytisztaságú fémoldatokhoz adjuk (spike-oljuk) a kalibráló standardokat. Standard addíció. Az atomabszorpciós technikából ismert eljárás, akkor alkalmazzuk ha nagyon változékony a mátrix, és viszonylag tömények az oldatok. Ilyenkor a mintához addícionálunk kalibráló oldatokat két vagy három lépésben, mintánként végzünk mátrix illesztést. Belső standardok alkalmazása: Olyan ritka elemet (pl. Yttrium) adunk mind a mintához, mind a kalibráló standardokhoz ismert koncentrációban, melyek nem várhatók jelentős mennyiségben a mérendő mintákban. A kalibráció és a mérés során mindig az adott vonalra vonatkoztatott relatív intenzitásokat használjuk. I A /I R =S A /S R *C A /C R ICP-MS spektrometria 13
ICP-MSspektrométer elvi ábrája 4*10-4 Pa vákuum A folyamat 4 alapvető lépésből áll: Minta bejuttatása a plazmába és ionok előállítása Ionfókuszálás A mérendő ionok elválasztása kvadrupól tömegspektrométerrel Iondetektálás <10-2 Pa vákuum Az ICP-MS interface feladata Merítő-Skimmer Mintázó-Sampler Ion Lens Extraction Lens Növekvő vákuum A plazmában létrehozott ionokat a tömegspektrométerbe juttatja az interface. El kell érni az atmoszférikus nyomásról a spektrométer munkanyomását, 4*10-4 Pa értéket. Ez két lépésben történik meg: 10-2 Pa-ig mechanikus pumpával, majd turbomolekuláris pumpákkal. Az átmeneti zónában az ionoptika kiszűri a nagyenergiájú fotonokat és semleges részecskéket, és az ionnyalábat a tömegspektrométerbe fókuszálja. 14
A kvadrupol, a tömegspektrométer tömegszűrője A kvadrupol az ionokat m/z szerint válogatja szét. Az alábbi egyenletnek megfelelő ionok jutnak a tömegszűrőre: m/z=kv/r 2 f 2 m=tömegszám; z=töltések száma; k=konstans; V=feszültség; R=sugár; f=körfrekvencia A kvadrupol 4 darab azonos hosszúságú és átmérőjű köralakú vagy hiperbolikus profilú rúdból áll. A szemközti rúdpárokat összekötik, és mindkét rúdpárra egyen, ill. váltófeszültséget kapcsolnak. Az egyenfeszültség (U) egyenlő nagyságú, de ellentétes előjelű. Egy adott feszültség értéknél egy adott tömegszámú ion halad át a rudak között, a többi iont nem engedi át a kvadrupol. A feszültség változtatásával a különböző tömegszámok detektálhatók. Az áteresztés alsó határát a radiofrekvenciás, a felső határát pedig az egyenfeszültség nagysága szabja meg. A pozitív rudak a könnyű ionokat térítik el, és a nehéz ionokat engedik át, a negatív rudak fordítva. Ezek a hatások egymásra szuperpopnálódnak, és együtt határozzák meg a kvadrupol felbontását. Mátrixhatások az ICP-MS spektrometriában Spektroszkópiai (spektrális) zavarások. Spektrális zavarást okoz bármely olyan egy vagy több atomból álló ion, amelynek tömeg/töltés hányadosa megegyezik a meghatározandó izotóp tömeg/töltés értékével, és így a tömegspektrumban átfedést okoz, megnövelve a mérendő csúcs intenzitását. Lehetnek többatomos zavarások-ezek számos forrásból származnak: ilyenek az alapvető háttér szpecieszek, amelyek a plazmát alkotó argonból, a mintaoldat víztartalmából, illetve a környező levegőből, pontosabban azok elemeiből képződnek, és izobár átfedések, melyeket a szomszédos elemek egybeeső (azonos tömegszámú) természetesen előforduló, stabil izotópjai okozzák, amelyek a tömegspektrumban azonos helyen, egymást átfedve jelennek meg. (Ez a zavarás analóg a színképvonal-egybeesésekkel az ICP- AES-ben.) 15
Nemspektroszkópiai (nemspektrális) zavarások (mátrixhatások) Minden egyéb típusú mátrixhatás. Lehetnek: transzportjelenséggel összefüggő hatások, savhatás, kónusz eldugulásából-mérés közbeni folyamatos szűküléséből származó jelcsökkenés, magas szárazanyag tartalom okozta hatások, ionizációs hatások stb. Ezeknek a zavarásoknak a legegyszerűbb kezelése a minta higítása, ill. a belső standardok használata. Többnyire külön célszerű belső standardot alkalmazni a könnyű, a közepes és a nehéz tömegszám tartományban. Molekula ionok zavarások híg salétromsavas közegben Mivel a plazmában a leggyakoribb szpecieszek az Ar, O és H, ezért tipikusak az ezek között létrejövő reakciók, amelyek olyan ionokat hoznak létre, mint pl. az OH 3+, ArO +, ArH + és Ar 2+. Fontos szerepet játszik a N is, amely a környező levegőből is bejuthat a plazmába, tehát akkor is jelen van ott, ha csak desztillált vizet porlasztunk be a plazmába. Jellegzetes zavaró ionok pl. az N 2+, NO + és NOH +. Ezek az ionok az alkotóelemeik izotópjainak összes lehetséges kombinációját mutatják. 16
Mátrix komponensek okozta molekula ion zavarások Az ionpopulációkhoz a következő jelentősebb hozzájárulás a minták előkészítéséhez használt savakból vagy oldószerekből származik. A fellépő spektrális zavarások miatt az ICP-MS-ben különös gondot kell fordítani a minta-előkészítésre, mivel nem mellékes, hogy milyen savval oldottuk vagy stabilizáltuk a mintát. A leggyakrabban használatos ásványi savak a salétromsav, sósav, foszforsav és kénsav. A salétromsavas közeg ideális az ICP- MS elemzések számára, mivel ekkor semmilyen plusz új szpecieszt nem viszünk be az egyszerű vizes közeghez képest, hiszen a nitrogén a környező levegőből is bejuthat. A sósav (valamint a perklórsav) és a kénsav használatát viszont, ha csak lehet, célszerű elkerülni. Zavaró hatások kiküszöbölése Nagyfelbontású készülékek alkalmazása. A kettős fókuszálású tömeganalizátorok használatával az ismert többatomos ionok általi zavarások nagy része kiküszöbölhető, anélkül, hogy megváltoztatnánk a plazma működési paramétereit (nincs szükség hideg plazma alkalmazására), illetve nem szükséges más hardver eszköz (pl. ütközési és/vagy reakció cella) használata. Ezekkel a nagyfelbontású eszközökkel jól mérhetővé válnak olyan elemek, mint a V, Fe és, Ti, mivel ezek fő izotópjait el tudjuk választani a zavaró ClO +, ArO + és SO + többatomos ionoktól. De van sok olyan átfedés, ahol még a nagyfelbontás sem elegendő. Ütközési és/vagy reakciócellák alkalmazása. Az ütközési és/vagy reakció cellák alkalmazásával számos többatomos zavarás valóban hatékonyan kiküszöbölhető, és a problémás elemekre is kiváló kimutatási határok érhetők el. Az ICP-ből származó ionok az interfészen a megszokott módon haladnak át, de azután az ütközési és/vagy reakció cellába jutnak, amelybe többnyire He vagy H 2 áramlik, és ott ütköznek az ütközési és/vagy reakció gáz (többnyire He vagy H 2 ) molekuláival. Ezek az ütközések lehetnek reaktív és nemreaktív ütközések. A cél az, hogy a spektrális zavarást okozó többatomos ionok szenvedjenek olyan kémiai változást, amely a tömegszámukat megváltoztatja, míg a meghatározandó elemek ionjai, amelyek egyatomos ionok, változatlanok maradjanak. 17
Ütközési cella (CCT-Collision Cell Technology) működése Isotope Interferant Isotope Interferant 6,7 Li Background 52 Cr ArC, ClOH 23 Na Background 28 Si N 2, CO 31 P NOH 32 S O 2 39,40 K ArH, Ar 40 Ca Ar 48 Ti SO 51 V ClO, ArC 55 Mn ClO, KO 56 Fe ArO, CaO 59 Co ArNa, CaOH 63 Cu ArNa 66 Zn ArMg 75 As ArCl, CaO 2 80 Se Ar 2, FeH 2 O 81 Br Ar 2 H Fe Ar O He A He ütközik pl. az ArO + molekulainiokkal és szétbombázza azokat, megszűntetve a többatomos zavarást. A fekete vonalak jelentik az ütközési cella alkalmazásakor kapott jeleket, a kék pedig a hagyományos üzemmódban felvett jeleket 18
Kalibrálás ICP-MS spektrometriában Egyszerű kalibrálás. Mátrix nélküli kalibrálók alkalmazása a plazma robusztus tartományában. Gyakori módszer, a mintát a gyakorlatilag mátrixmentes tartományba higítjuk. Mátrix matching illesztés. A kalibráló oldatok hasonló összetételben tartalmazzák a mátrixot. Pl. fémek szennyezőinek meghatározásakor nagytisztaságú fémoldatokhoz adjuk (spike-oljuk) a kalibráló standardokat. Standard addíció. Az atomabszorpciós technikából ismert eljárás, akkor alkalmazzuk ha nagyon változékony a mátrix, és viszonylag tömények az oldatok. Ilyenkor a mintához addícionálunk kalibráló oldatokat két vagy három lépésben, mintánként végzünk mátrix illesztést. Belső standardok alkalmazása: Olyan ritka elemet (pl. In) adunk mind a mintához, mind a kalibráló standardokhoz ismert koncentrációban, melyek nem várhatók jelentős mennyiségben a mérendő mintákban. A kalibráció és a mérés során mindig az adott izotópra vonatkoztatott relatív intenzitásokat használjuk. Előnye a módszernek, hogy a plazma ingadozásokat és a plazmaeredetű mátrixhatásokat is kiküszöböli, hátránya, hogy a spektrum különböző tartományaiban (könnyű, közepes és nehéz elemek) külön-külön izotópot kell használni. Lézerelpárologtatás ICP-MS spektrometria 213 nm-es New wave Nd-YAG lézer Szilárd minta felületén kb. 50 Hz frekvenciájú rövid lézerimpulzus segítségével kis bombázzuk a mintát. A minta részben atomizálódik és az argonáramlással együtt a plazmába kerül. 19
Lézerablációs alkalmazások a geoanalitikában Porok, tabletták, szűrők, kőzetüvegek, olvadékok elemzése (bulk analysis) Egyedi ásványszemcsék elemzése Csiszolatokon zónássági vizsgálatok Folyadék zárványok vizsgálata Izotóparányok Régészeti leletek Orvosi alkalmazások Előnyök: Nem szükséges bonyolult mintaelőkészítés A plazmát nem terheli az oldószer, sokkal kisebb számban vannak oxid és hidrid zavarások Nincs veszteség az illékony elemeknél Folyamatos, nagy gyakoriságú, rövid idejű lézerbelövésekkel kvázi folyamatos mintaáram juttatható a plazmába Hátrányok: Mennyiségi meghatározásoknál nem túl egyszerű a kalibráció (üveggé alakítás, száraz aeroszolok alkalmazása, vizes oldatok, vizes aeroszolok stb.) Fémek Drágakövek Fejlődéstörténet Kormeghatározás Ásványtan Folyadékzárványok Ásványkémia Kőzettan Metamorf átalakulások Kőzetüvegek Mars Alkalmazási területek Régészet Kerámiák Üvegek Csontok Környezetszennyezés Műanyagok Foraminiferák Paleontológia Kagylók Biológia, orvoslás Vesekövek Csontok Csontok Korallok Évgyűrűk Rovarok Otolitok Fogak Bőr 20
100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 2 6 Time / s Ásvány-kőzettani alkalmazás Mg Vékonycsiszolatból (25x50 mm) nyomelem meghatározás (pl. RFF) Al Gránát zónásságból képződésének körülményei Mn Counts per Second 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 Folyadékzárványok nyomelemeloszlása Ércteleptan Genetika 2 10 18 26 34 42 49 57 65 Time / s 73 81 89 97 104 112 120 Mg 24 K 39 Ca 44 Fe Eu Counts per second La 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 100 104 108 112 116 120 Zn 64 Otolitok 21
Klinikai vizsgálatok Pb Toxikus elemkontamináció (pl. Pb) kimutatása fogakból Vérből kivált ólom a szervetlen fázisokba, csontokba, fogakba épül be A fog zománca a biogén ólom fő rezervoára Vesekövek Minta SiO 2 TiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 MnO CaO MgO Na 2O K 2O _ H 2O Izz. veszt. P 2O 5 SO 3 BaO SrO Vesekő 1. <0,05 <0,02 <0,1 <0,03 <0,003 25,2 <0,15 0,175 0,222 1,38 72,5 0,453 <0,15 <0,005 0,004 Dió 0,19 <0,02 <0,1 <0,03 <0,003 26,3 6,94 1,40 0,350 19,6 13,1 31,8 <0,15 <0,005 0,027 600000 Minta 500000 Whewellit 400000 Ca(COO)2*H2O Uricit C5H4N4O3 Struvit MgNH4PO4*6H2O Apatit Ca5(PO4)3(OH,Cl,F) Vesekő 1 300000 Dió 200000 60 40 51 49 halvany sarga sotet sarga egyeb világos 100000 szürke 0 Li7 B11 C13 Na23 Mg24 Al27 Si28 P31 S32 K39 Ca42 Ca44 Cr52 Mn55 Zn64 Rb85 Sr88 Ba138 Pb208 világos halvany sarga 22
23
MÁFI Anyagvizsgálati Laboratóriuma MSZ EN ISO/IEC 17025/2005 szerint NAT-1-1302 1302-/2008 számon akkreditált laboratórium Az európai geológiai intézetek laboratóriumai között harmonizált analitikai módszerek Az elmúlt 15 év műszerfejlesztései pályázatok útján (PHARE, OTKA, OMFB, OM KFHÁ, GVOP) Az igények széles spektrumát kielégítő, sorozatmérésekre alkalmas, alapinformációkat szolgáltató műszerek 24
A laboratórium akkreditált részei Vízkémia: - Vízminták rutinvizsgálata, nyomelemek és kémiai formák meghatározása - Részvétel nemzetközi projektekben (PHARE, ENWAT, SUMANAS) - Monitoring vizsgálatok (Szigetköz és a Bátaapáti) - Kiváló munkakapcsolat a MÁFI vízföldtani és modellező csoportjával. 25
Kőzetanalitika: Kőzet-,, érc-,, talaj-,, patakhordalék, ártéri üledékminták stb. kémiai vizsgálata - teljes elemtartalom ill. kioldható elemtartalmak (beleértve a szekvenciális kioldásokat is) - kőzetalkotó főkomponensek, nyomelemek (ritkaföldek és egyéb ritkaelemek vizsgálata is) - Részvétel nemzetközi projektekben (FOREGS Geochemical Baseline Programme) - Állami megrendelések (Bátaapáti( Bátaapáti, Püspökszilágy) - MÁFI belső projektjei - Egyetemi tanszékek és műhelyek (ELTE, Debreceni és Miskolci Egyetem stb.) Az Osztály jelenlegi műszerparkja Készülék ICP-MS Lézerablációs feltét HPLC ICP-OES AAS Higany- meghatároz rozó Mikrohullámú feltáró Gyárt rtó Perkin-Elmer New Wave Perkin-Elmer Jobin Yvon Varian Altech (LECO) MILESTONE Típus ELAN DRC-II NewWave UP 213 PE-200 ULTIMA-2C szimultán-szekvens szekvens SpectrAA-10BQ AMA-254 MLS-1200 MEGA Beszerzés éve 2005 2005 2005 2002 Alapkész szülék lánggal: 1989 Grafitkemence: 1993 Hidrid: 1995 1997 1993 Színvonal világszínvonalú világszínvonalú világszínvonalú világsz gszínvonalú közepes színvonal nvonalú, enyhén amortizálódott közepes színvonal nvonalú közepes színvonal nvonalú 26
Korszerű ICP készülékeink JY ULTIMA 2 C ICP-OES készülék Felhasználási területek: - Felszíni és felszín alatti vizek főkomponenseinek és nyomelemeinek meghatározása, ivóvízkészletek minőségének monitorozása -Kőzetek, ércek, talaj-, patakhordalék-, ártéri üledék minták és szennyvíziszapok fő-és nyomelemeinek meghatározása ELAN DRC-II ICP-MS készülék Atomabszorpciós készülékeink Varian SpectrAA-10BQ (Láng, grafitkemence, hidridfeltét) AMA-254 advanced mercury analyser 27
INCO COPERNICUS project: Development of Analytical Procedures to Guarantee Quality Assurance in International Environmental Monitoring 1997-1999 1999 A projekt célja az volt, hogy az európai geológiai intézetek analitikai módszereit harmonizáljuk A projektben 11 ország vett részt (holland, angol, finn, észt, litván, magyar, lengyel, cseh, szlovák, román, orosz geológiai intézetek) Tanulság: európai léptékű felméréseknél jobb, ha valamennyi minta azonos komponensét egyazon laboratóriumban elemezzük meg, különösen a geokémiai háttérértékek meghatározásakor. European Geochemical Baseline Atlas FOREGS Geochemical Working Group 26 európai geológiai intézet ill. geológiai tanszék vett részt a projektben 28
Hg tartalom eloszlása patakhordalék mintákban AMA-254 szilárdmintás higany analizátor A talajvizek vízminőségi állapotának felmérése (Survey of the Chemical Status of Groundwaters) EUROPEAID/114956/D/SV/HU2002-000-180-04-01-02-03 29
A projekt célja Az Európai Unió 200/60 EC Víz Keretirányelve (The Water Framework Directive) előírja a tagországok részére, hogy 2015-ig jó állapotba hozzák felszíni és felszín alatti víztesteiket. A munka elvégzésére kiírt pályázatot a Finn Földtani Intézet által vezetett konzorcium nyerte el, a konzorciumot alkotó tagok: a MÁFI, a Smaragd Kft, az Elgoscar Kft, a francia BRGM és a német HGN Hydrogeologie GmbH voltak. A MÁFI Laboratóriuma elismerést vívott ki a vízelemzésekkel foglalkozó hazai és nemzetközi laboratóriumok körében. 30
A MÁFI Laboratóriumának részvételével megvalósult további nemzetközi projektek Interreg Projekt: Magyar-Szlovák határmenti közös felszín alatti víztestek környezetállapota és fenntartható használata (ENWAT) Szerződés száma: HU-SK SK-UA/05/02/166 A dél-magyarországi arzén-tartalmú talajvizek fenntartható kezelése (SUMANAS) : LIFE05 ENV/H/000418 Kétoldalú TéT együttműködések (magyar-finn, magyar- vietnami, magyar-mexikói) mexikói) A talajvíz nagy arzéntartalmának eredete fiatal medencékben (OTKA pályázat 2007-től) Analitikai feladat: Különböző arzén módosulatok analitikájának vizsgálata HPLC-ICP-MS módszerrel, és ennek segítségével terepi tartósítási módszerek kidolgozása 50-50 µg/l kevert kalibráló oldat kromatogramja Csúcsok sorrendje: As3+; DMA; MA; As5+ 5000 4000 P u l s e 3000 i n t e 2000 n s i t y 1000 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Time, s Analyte: As 75 31
Feltárás Pt tégelyben LiBO 2 -al Mintaelőkészítés Királyvizes kioldások Feltárás mikrohállámú bombában Szekvenciális kioldások Sorozatos (szekvenciális) kioldások 100% 80% 60% 40% 20% ug/g As hidrogénfluorid ug/g As ammónium acetát ug/g As hidroxil amin hidroklorid ug/g As Na acetát ug/g As Mg klorid 0% 08307 1 08307 3 08307 5 08307 7 08307 9 08307 11 08307 13 08307 15 32
Glaukonit minták kondritra normált RFF eloszlásai. Oldatos ICP-MS és LA-ICP-MS technikák összehasonlítása 33