Preliminary Characterisation of New Glass Reference Materials (GSA-1G, GSC-1G, GSD-1G and GSE-1G) by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry Using 193 nm, 213 nm and 266 nm Wavelengths

Abstract

New glass reference materials GSA-1G, GSC-1G, GSD-1G and GSE-1G have been characterised using a prototype solid state laser ablation system capable of producing wavelengths of 193 nm, 213 nm and 266 nm. This system allowed comparison of the effects of different laser wavelengths under nearly identical ablation and ICP operating conditions. The wavelengths 213 nm and 266 nm were also used at higher energy densities to evaluate the influence of energy density on quantitative analysis. In addition, the glass reference materials were analysed using commercially available 266 nm Nd:YAG and 193 nm ArF excimer lasers. Laser ablation analysis was carried out using both single spot and scanning mode ablation. Using laser ablation ICP-MS, concentrations of fifty-eight elements were determined with external calibration to the NIST SRM 610 glass reference material. Instead of applying the more common internal standardisation procedure, the total concentration of all element oxide concentrations was normalised to 100%. Major element concentrations were compared with those determined by electron microprobe. In addition to NIST SRM 610 for external calibration, USGS BCR-2G was used as a more closely matrix-matched reference material in order to compare the effect of matrix-matched and non matrix-matched calibration on quantitative analysis. The results show that the various laser wavelengths and energy densities applied produced similar results, with the exception of scanning mode ablation at 266 nm without matrix-matched calibration where deviations up to 60% from the average were found. However, results acquired using a scanning mode with a matrix-matched calibration agreed with results obtained by spot analysis. The increased abundance of large particles produced when using a scanning ablation mode with NIST SRM 610, is responsible for elemental fractionation effects caused by incomplete vaporisation of large particles in the ICP. Les verres de référence fabriqués récemment : GSA-1G, GSC-1G, GSD-1G et GSE-1G ont été caractérisés en utilisant un système prototype d'ablation laser, avec un laser solide capable de produire des longueurs d'onde de 193 nm, 213 nm et 266 nm. Ce système permet de comparer les effets des différentes longueurs d'onde d'ablation utilisés dans les mêmes conditions d'ablation et d'opération de l'ICP-MS. Les longueurs d'onde 213 et 266 nm ont aussi été testées à plus haute densité d'énergie afin d'évaluer l'effet de ces plus hautes densités d'énergie sur l'analyse quantitative. De plus, les verres de référence ont été analysés avec un laser Nd-YAG commercial, de 266 nm de longueur d'onde et avec un laser Excimer ArF de 193 nm de longueur d'onde. Les analyses par ablation laser ont été réalisées en utilisant les modes d'ablation ponctuelle et en balayage. Les concentrations de cinquante huit éléments ont ainsi été déterminées par calibration externe par rapport au verre de référence NIST SRM 610. Au lieu d'appliquer la procédure classique de standardisation interne, nous avons contraint la somme de tous les oxydes d'éléments à 100%. Les concentrations en éléments majeurs ont été comparées avec celles déterminées par microsonde électronique. Nous avons aussi utilisé le standard BCR-2G de l'USGS comme autre standard de calibration externe, de matrice mieux adaptée, dans le but de comparer les effets de l'utilisation de standards externes de matrice adaptée ou non adaptée sur l'analyse quantitative. Les résultats montrent que les différentes longueurs d'onde et densités d'énergie utilisées donnent des résultats similaires, à l'exception de l'ablation en mode balayage effectuée avec 266 nm de longueur d'onde et calibrée avec un standard externe de matrice non adaptée, pour laquelle des déviations jusqu’à 60% ont pu être observées. Néanmoins, les résultats acquis avec le même mode opératoire, mais avec un standard externe de matrice adaptée, étaient en total accord avec les données obtenues par analyse ponctuelle. L'augmentation de la quantité de grosses particules produites durant le processus d'ablation par balayage du verre NIST SRM 610 est responsable des fractionnements élémentaires observés, et dus à la vaporisation incomplète de ces grosses particules dans le plasma.