Badanie składu elementarnego szkieł zabytkowych z

BADANIE SKŁADU ELEMENTARNEGO SZKŁA ZABYTKOWEGO Z
WYKORZYSTANIEM MIKROPRÓBKOWANIA LASEROWEGO
Pracownia Teoretycznych Podstaw Chemii Analitycznej
Kierownik pracy: prof. dr hab. Stanisł
b
Stanisław Głą
Głąb
Aparatura LA ICP MS
[% wg.]
Procedura analityczna
(Zdjęcie 2.)
2. Analiza SEM-EDS: University of Antwerp (Belgia)
3. Analiza LA ICP MS:
™ Spektrometria mas ze wzbudzeniem próbki w plazmie
indukcyjnie wzbudzonej po odparowaniu laserowym
(LA ICP MS)
™ Skaningowy mikroskop elektronowy z mikrosondą
rentgenowską (SEM-EDS)
LA ICP MS
> 0,1% wg.
(pierwiastki
główne oraz
towarzyszące)
> 0.02% wg.
(pierwiastki
główne,
towarzyszące
oraz śladowe)
™ Parametry pracy lasera:
Energia
Średnica
wiązki
4.2 [mJ]
Częstotliwość
pulsu
100 [μm]
Szybkość
skanowania
-1
10 [Hz]
2 ,5
F e
2 ,0
2
O
3
1 ,0
0 ,5
0
0
0 ,5
1 ,0
1 ,5
25 [μm s ]
™ Obserwacja próbek - dokładne ustalenie miejsca analizy:
Zdjęcia wybranych próbek przed analizą:
30
K
25
20
1 ,5
2 ,0
LA ICP MS [% wg.]
2 ,5
™ LA ICP MS umożliwia również
oznaczenie zawartości
pierwiastków śladowych, m. in.
cyrkonu i hafnu oraz
boru – pierwiastków znajdujących
się na poziomie stężeń poniżej
granicy wykrywalności SEM-EDS.
2
O
15
10
5
0
0
5
15
10
20
25
30
LA ICP MS [% wg.]
0 ,1 6 0
0 ,1 4 0
0 ,1 2 0
R
2
= 0 , 9 9 7 4
0 ,1 0 0
0 ,0 8 0
0 ,0 6 0
0 ,0 4 0
0 ,0 2 0
0 ,0 0 0
0 ,0 0 0
0 ,0 0 1
0 ,0 0 1
0 ,0 0 2
0 ,0 0 2
0 ,0 0 3
0 ,0 0 3
0 ,0 0 4
0 ,0 0 4
HfO2
0,09
Zawartość B2O3 w próbkach
0,08
B 2O 3 [% w ]
SEM-EDS
Od Na do U
Wybrane wyniki
™ Wyniki analiz SEM-EDS i LA ICP MS dla pierwiastków
głównych i towarzyszących wykazują bardzo dobrą zgodność.
1. Przygotowanie próbek:
Zatopienie próbek wielkości 2-6 mm2 w blokach żywicy
Metody analityczne
Oznaczane
pierwiastki
™ Corning D – wzorzec wielopierwiastkowy szkła zabytkowego
™ 43Ca – wzorzec wewnętrzny
ZrO2
Cel pracy
™ Uzyskanie możliwie najpełniejszej informacji na temat
składu pierwiastkowego szkła zabytkowego, ze
szczególnym uwzględnieniem pierwiastków śladowych.
Granice
oznaczalności
Analiza ilościowa
™ Spektrometr mas z jonizacją próbki w plazmie indukcyjnie
wzbudzonej Elan 9000 (Perkin Elmer SCIEX, Kanada)
™ System odparowania laserowego LXS-200+ (CETAC, USA)
wyposażonego w laser (Nd-YAG) emitujący promieniowanie o
długości fali λ=266 nm.
[% wg.]
Skład pierwiastkowy szkła zabytkowego może być
istotną wskazówką przy ustalaniu wieku, pochodzenia i
technologii otrzymywania obiektu zabytkowego, a także
potwierdzeniu lub zaprzeczeniu jego autentyczności.
SEM –EDS
Wprowadzenie
Opiekunowie: dr Barbara Wagner
dr Jerzy KunickiKunicki-Goldfinger (IChTJ)
IChTJ)
SEM –EDS
Autor: Anna Nowak
Zdjęcia tych samych próbek po analizie:
Poszczególne
izotopy
pierwiastków
0,07
0,06
Granica oznaczalności
0,05
0,04
Granica wykrywalności
0,03
0,02
0,01
0,00
0
numer próbki
100
200
Podsumowanie
Fragmenty średniowiecznych obiektów szklanych ze
zbiorów muzealnych oraz stanowisk archeologicznych
w Elblągu (Zdjęcie 1.).
250
Zdjęcie 2.
Laser włączony
200
Laser
6
Intensywność cps 10
Zdjęcie 1.
Zastosowanie mikropróbkowania laserowego w metodzie
ICP MS pozwoliło na przeprowadzenie wielopierwiastkowej, jedynie
mikroniszczącej, analizy próbek szkła historycznego. Dzięki dużej
czułości spektrometrii mas możliwe było ilościowe oznaczenie
pierwiastków śladowych, które nie były oznaczane metodą
SEM-EDS, rutynowo wykorzystywaną w analizie szkieł.
™ Zarejestrowany sygnał w trakcie jednego pełnego cyklu
pomiarowego dla wybranego pierwiastka (Zr):
Analizowane próbki
Sygnał próbki
wyłączony
150
Podziękowania
Podziękowania dla Elżbiety Gajewskiej-Prorok, Grażyny Nawrolskiej, Piotra
Wawrzyniaka i Magdaleny Weber za nieocenioną pomoc w pozyskaniu próbek
oraz dla Dyrekcji Muzeum Archeologiczno-Historycznego w Elblągu za
udostępnienie obiektów do badań. Wyrazy wdzięczności kierowane są również do
Oliviera Schalma i Koena Janssensa za przeprowadzenie analizy metodą
SEM-EDS oraz owocną współpracę.
(sygnał tła)
100
50
0
0
10
20
30
40
50
Czas [ s ]
60
70
80
90
100