Determination of Major/ Minor and Trace Elements in Silicate Samples by ICP-QMS and ICP-SFMS Applying Isotope Dilution-Internal Standardisation (ID-IS) and Multi-Stage Internal Standardisation |
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| Authors: | Akio Makishima Eizo Nakamura |
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| Institution: | The Pheasant Memorial Laboratory for Geochemistry and Cosmochemistry, Institute for Study of the Earth's Interior, Okayama University at Misasa, Misasa, Tottori-ken 682–0193, Japan |
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| Abstract: | A method for the determination of major, minor and trace elements in silicate samples by ICP‐QMS and ICP‐SFMS applying isotope dilution‐internal standardisation (ID‐IS) and multi‐stage internal standardisation has been developed. Samples with an enriched isotope of 149Sm (spike) were decomposed by a HF/HCIO4 mixture and stepwise drying and finally diluted. In ID‐IS for trace element analyses by Q‐pole type ICP‐MS (ICP‐QMS), the Sm concentration was determined by ID, while other trace elements (Li, Be, Rb, Sr, Y, In, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Tl, Pb, Bi, Th and U) were determined using the 149Sm intensity as an internal standard. Major and minor elements were determined by multi‐stage internal standardisation, with Na, Mg, Al, P, Ca, V, Mn, Fe and Co measured by sector magnetic field type ICP‐MS (ICP‐SFMS) at middle resolution (MR; M/AM =～ 3000) using Sr determined by ICP‐QMS in the sample as the internal standard. Potassium, Sc, Ni, Cu, Zn and Ga were measured at high resolution (HR; M/ΔM ～ 7500) using the Sr concentration obtained by ICP‐QMS or the Mn concentration obtained by ICP‐SFMS at MR as internal standard. The merit of ID‐IS is that accurate dilution of the sample is not required. Matrix effects on elemental ratios down to a dilution factor (DF) of 600 were not observed in either types of mass spectrometry. Pseudo‐flow injection (FI), where transient signals were integrated, was used in ICP‐QMS, while conventional continuous sample introduction was used in ICP‐SFMS, resulting in total required sample solutions of 0.026 ml and 0.08 ml, respectively. Detection limits were low enough to determine these elements in depleted ultramafic rocks, and typical reproducibilities for basalts were 3% (Li‐Be), 1% (Rb‐U), 5% (In, Tl and Bi), 7% (Sc‐Ga) and 3% (major elements). Carbonaceous chondrites including Orgueil (Cll), Murchison (CM2) and Allende (CV3), as well as reference materials, JB‐1, ‐2, ‐3, JA‐1, ‐2, ‐3 and JP‐1 (GSJ), BHVO‐1, AGV‐1, PCC‐1 and DTS‐1 (USGS), were analysed to show the applicability of this method. Une méthode permettant la détermination des éléments majeurs, mineurs et en trace dans les echantillons silicates par ICP‐QMS et ICP‐SFMS a été développée. Elle combine la standardisation interne par dilution isotopique (ID‐IS) et la standardisation interne en deux étapes. Les échantillons, auxquels est ajouté un spike enrichi en 149 Sm, sont décomposés par une mixture HF/HCIO4′ séchés progressivement puis dilués. Dans la phase de standardisation interne par dilution isotopique avec un ICP‐MS à quadrupôle (ICP‐QMS), la concentration en Sm est déterminée par dilution isotopique tandis que les autres éléments en trace (Li, Be, Rb, Sr, Y, In, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Tl, Pb, Bi, Th et U) sont déterminés en utilisant le signal de 149 Sm comme standard interne. Les éléments majeurs et mineurs sont déterminés par standardisation interne par étapes, avec Na, Mg, Al, P, Ca, V, Mn, Fe et Co mesurés par ICP‐MS à secteur magnétique (ICP‐SFMS) en résolution intermédiaire (MR; M/ΔM =～ 3000 en utilisant Sr, mesuré par ICP‐QMS comme standard interne. Les éléments K, Sc, Ni, Cu, Zn et Ga sont mesurés en Haute Résolution (M/ΔM ～ 7500) en utilisant comme standard interne, soit la concentration en Sr obtenue par ICP‐QMS soit la concentration en Mn obtenue par ICP‐SFMS en résolution moyenne. La technique de ID‐IS a l'avantage de ne pas nécessiter la connaissance exacte du facteur de dilution de l'Schantillon. Aucun effet de matrice sur la mesure de rapports élémentaires n'a été observé sur l'un ou l'autre des spectromètres de masse, ceci jusqu'à un facteur de dilution (DF) de 600. Les analyses par ICP‐QMS ont été effectuées par pseudo injection de flux (Fl) et intégration d'un signal transitoire tandis que les analyses par ICP‐SFMS l'ont été avec un système conventionnel d'introduction. Le volume total de solution d'échantillon nécessaire etait de 0.026 ml et 0.08 ml respectivement. Les limites de détection étaient suffisamment basses pour permettre la détermination de ces éléments dans des roches ultrabasiques et les reproductibilités pour les basaltes étaient de l'ordre de 3% (Li‐Be), 1 % (Rb‐U), 5% (In, Tl et Bi), 7% (Sc‐Ga) et 3% (tous les éléments majeurs). Des chondrites carbonées dont Orgueil (Cll), Murchison (CM2) et Allende (CV3) ainsi que des matériaux de référence JB‐1, ‐2, ‐3, JA‐1, ‐2, ‐3 et JP‐1 (GSJ), BHVO‐1, AGV‐1, PCC‐1 et DTS (USGS) ont été analysés pour démontrer l'applicabilité de la méthode. |
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| Keywords: | Keywords: major and trace element analysis ICP-MS isotope dilution internal standardisation high resolution |
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