Eggins, Laser ablation ICP-MS of geological materials as lithium borate glasses

Laser Ablation ICP-MS Analysis of Geological Materials
Prepared as Lithium Borate Glasses

Stephen M. Eggins

Research School of Earth Sciences, Australian National University, Canberra ACT 0200, Australia
*Corresponding author. e-mail: Stephen.Eggins@anu.edu.au

Abstract
A simple, rapid and precise method is described for determining trace elements by laser ablation (LA)-ICP-MS analysis in bulk geological materials that have been prepared as lithium borate glasses following standard procedures for XRF analysis. This approach reliably achieves complete sample digestion and provides for complementary XRF and LA-ICP-MS analysis of a full suite of major and trace elements from a single sample preparation. Highly precise analysis is enabled by rastering an ArF excimer laser (l = 193nm) across fused samples to deliver a constant sample yield to the mass spectrometer without inter-element fractionation effects during each analysis. Capabilities of the method are demonstrated by determination of twenty five trace elements (Sc, Ti, V, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cs, Ba, REE, Hf, Ta, Pb, Th and U) in a diverse range of geological reference materials that includes peridotites, basalts, granites, metamorphic rocks and sediments. More than 90% of determinations are indistinguishable from published reference values at the 95% confidence level. Systematic bias greater than 5% is observed for only a handful of elements (Zr, Nb and U) and may be attributed in part to inaccurate calibration values used for the NIST SRM 612 glass in the case of Zr and Nb. Detection limits for several elements, most notably La, are compromised at ultra-trace levels by impurities in the lithium borate flux but can be corrected for by subtracting appropriate procedural blanks. Reliable Pb analysis has proved problematic due to variable degrees of contamination introduced during sample polishing prior to analysis and from Pt-crucibles previously used to fuse Pb-rich samples. Scope exists for extending the method to include internal standard element/isotope spiking, particularly where integrated XRF analysis is not available to characterise major and trace elements in the fused lithium borate glasses prior to LA-ICP-MS analysis.

Keywords: ICP-MS, laser ablation, reference materials, trace elements, REE, lithium borate fusion.

Résumé
Une méthode simple, rapide et précise d'analyse globale d'éléments en trace par ablation laser (LA-ICP-MS) est décrite, sur des échantillons préparés sous forme de verres au borate de lithium, après analyse standard par XRF. Cette approche garantie, à partir d'une seule préparation, une mise en solution complète des échantillons, en même temps qu'elle permet les analyses complémentaires par XRF et LA-ICP-MS d'une série extensive d'éléments majeurs et en trace. Les analyses très précises sont possibles en performant des profils, avec un laser ArF excimer (l = 193nm) à travers les verres de fusion, afin d'envoyer dans le spectromètre de masse un flux de matière constant, sans fractionnement interéléments, durant chaque analyse. Les performances de la méthode sont démontrées par l'analyse de 25 éléments en trace (Sc, Ti, V, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cs, Ba, REE, Hf, Ta, Pb, Th et U) dans des matériaux de references variés, tels que péridotites, basaltes, granites, roches métamorphiques et sédiments. Plus de 90% des déterminations sont identiques aux valeurs de reference publiées, dans un intervalle de confiance de 95%. Un biais systématique de plus de 5% est observé sur quelques éléments seulement (Zr, Nb et U) et peut être attribué en partie, dans le cas de Zr et Nb, à des valeurs de calibration inexactes utilisées pour le verre NIST SRM 612. Les limites de détection pour plusieurs éléments, en particulier La, sont perturbées au niveau des ultra-traces, par des impuretés présentes dans le fondant de borate de lithium mais peuvent être corrigées par la soustraction des blancs correspondants. Les analyses fiables de Pb se sont révélées problématiques en raison de contaminations introduites durant le polissage des échantillons avant analyse et par les creusets en platine lorsque ceux-ci avaient servi préalablement à fondre des échantillons riches en Pb. Nous prévoyons d'étendre les capacités de la méthode afin d'inclure une phase d'ajout d'un standard interne ou d'un "spike", en particulier lorsque l'analyse par XRF n'est pas disponible pour fournir quelques données d'éléments majeurs ou en trace avant l'analyse des verres par LA-ICP-MS.

Mots-clés : ICP-MS, ablation laser, matériaux de référence, éléments en trace, REE, fusion au borate de lithium.

Received 11 Mar 03 - Accepted 21 May 03

Geostandards Newsletter: The Journal of Geostandards and Geoanalysis
Vol. 27 No. 2 pp. 147-162 (2003)

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