Determination of
zirconium, niobium, hafnium and tantalum at ng g-1
levels in geological materials by direct nebulisation of sample
HF
solution into FI-ICP-MS
Akio Makishima, Eizo Nakamura* and Toshio Nakano
The Pheasant Memorial
Laboratory for Geochemistry and Cosmochemistry (PML),
Institute for Study of the Earth's Interior, Okayama University
at Misasa, Tottori-ken
682-0193, Japan.
*Corresponding author, e-mail: eizonak@misasa.okayama-u.ac.jp
Abstract
We have developed a rapid and accurate method to determine Zr,
Nb, Hf and Ta (denoted as HFSE) in geological samples by inductively
coupled plasma-mass spectrometry fitted with a flow injection
system (FI-ICP-MS). The method involves sample decomposition by
HF followed by HF dissolution of HFSE coprecipitated with insoluble
Mg and Ca fluoride residues formed during the initial HF attack.
This HF solution was directly nebulized into an ICP mass spectrometer.
An external calibration curve method and an isotope dilution method
(ID) were applied for the determination of Nb and Ta, and of Zr
and Hf, respectively. Recovery yields of HFSE were > 96% for
peridotite, basalt and andesite compositions, apart from Zr and
Hf for peridotite (> 85%). No matrix effects for either signal
intensities of HFSE or isotope ratios of Zr and Hf were observed
in basalt, andesite and peridotite solutions down to a dilution
factor of 100. Detection limits in silicate rocks were 40, 2,
1 and 0.1 ng /g for Zr, Nb, Hf and Ta, respectively. This technique
required only 0.1 ml of sample solution, and thus is suitable
for analysing small and/or precious samples such as meteorites,
mantle peridotites and their mineral separates. We also present
newly determined data for the Zr, Nb, Hf and Ta concentrations
in USGS silicate reference materials DTS-1, PCC-1, BCR-1, BHVO-1
and AGV-1, GSJ reference materials JB-1, -2, -3, JA-1, -2 and
-3, and the Smithsonian reference Allende powder.
Keywords: flow injection, ICP-MS, Zr, Nb, Hf, Ta, geological reference materials, peridotite.
Résumé
Nous avons développé une méthode rapide et
précise pour déterminer Zr, Nb, Hf et Ta (appelés
HFSE) dans des échantillons géologiques par ICP-MS
couplée à un système d'injection de flux
(FI-ICP-MS). La préparation des échantillons requiert
une attaque par HF suivie d'une dissolution par HF des HFSE coprécipités
avec les fluorures de Mg et Ca résiduels, insolubles et
formés après l'attaque de l'échantillon.
Cette solution d'HF est directement nébulisée dans
l'ICP-MS. La détermination des concentrations en Nb et
Ta est faite par calibration externe et celle des concentrations
en Zr et Hf par dilution isotopique. Les rendements des HFSE sont
supérieurs à 96% pour des compositions de péridotite,
de basalte et d'andésite, à l'exception de Zr et
Hf dont les rendements sont supérieurs à 85% pour
la péridotite. Aucun effet de matrice n'a été
remarqué, ni sur l'intensité des signaux ni sur
les rapports isotopiques de Zr et de Hf, pour les solutions de
basalte, andésite et péridotite et pour des facteurs
de dilution allant jusqu'à 100. Les limites de détection
dans ces roches silicatées sont respectivement de l'ordre
de 40, 2, 1 et 0.1ng /g pour Zr, Nb, Hf et Ta. Cette technique
ne nécessite que 0.1ml de solution d'échantillon
et est donc bien adaptée à l'analyse de petits ou
précieux échantillons tels que les météorites,
les péridotites du manteau et leurs minéraux séparés.
Nous présentons aussi de nouvelles déterminations
de concentrations en Zr, Nb, Hf et Ta dans différents matériaux
de référence silicatés de l'USGS : DTS-1,
PCC-1, BCR-1, BHVO-1 et AGV-1, dans des matériaux de référence
GSJ JB-1, -2, -3, JA-1, -2, -3 et dans la poudre de référence
d'Allende de la Smithsonian Institution.
Mots-clés
: injection
de flux, ICP-MS, Zr, Nb, Hf, Ta, matériaux géologiques
de référence, péridotite.
Received 26 Jun 98 - Accepted 15 Oct 98
Geostandards Newsletter:
The Journal of Geostandards and Geoanalysis
Vol. 23 No. 1 pp. 7-20 (1999)
Copyright ©
Association Scientifique pour la Géologie et ses Applications
Vandoeuvre-lès-Nancy, France.