ASAXS - Helmholtz-Zentrum Berlin

4.1 Spektroskopische Methoden
quantenzahl l um den Betrag ∆l ± 1 und die Gesamtdrehimpulsquantenzahl j um ∆j = 0, ±1
ändert.
Die Röntgenfluoreszenzanalyse mit Synchrotronstrahlungsanregung (SyXRF) ist bezüglich
vieler Eigenschaften der herkömmlichen XRF, überlegen. Die hohe Intensität sowie Brillanz
der Synchrotronstrahlung reduzieren den Streuuntergrund erheblich, wodurch eine höhere
Sensitivität der SyXRF erzielt wird.
4.1.2 Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)
Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (inductively coupled plasma - mass
spectrometry; ICP-MS) ist eine Analysemethode in der anorganischen Elementanalytik. Die
ICP-MS wurde in der vorliegenden Arbeit benutzt, um die Stoffmenge an Bor in der Glaskeramik
nach der Schmelze zu bestimmen. Bor ist das leichteste Element in den untersuchten
Glaskeramiken und nicht nachweisbar mit XRF.
Bei kommerziell erhältlichen ICP-MS-Geräten wird zunächst die Probe auf 5000 - 10000 ◦ C
erhitzt. In der Regel geschieht dieses durch einen hochfrequenten Strom aus ionisiertem Argon.
Bei diesen Temperaturen kommt es zu einer Aggregatzustandsänderung der Probe. Die
Probe geht in den Plasmazustand über, d.h., es entsteht ein Gas, welches teilweise oder vollständig
aus freien Ladungsträgern besteht, wie Ionen oder Elektronen. Die Magnetohydrodynamik
beschreibt ein Plasma als ein elektrisch leitendes Gas. Die geladenen freien Teilchen im
Plasma werden mittels elektromagnetischer Felder in Richtung des Analysators des Massenspektrometers
beschleunigt. Im Analysator oder Massenselektor werden die Ionen nach ihrem
Masse-Ladungs-Verhältnis getrennt. Dabei wird die Häufigkeit bestimmt, mit der geladene Ionen
und deren Massenfragmente auftreten. Mit ICP-MS ist es möglich, die Zusammensetzung
einer Substanz sowohl qualitativ als auch quantitativ zu bestimmen. Die Nachweisgrenze für
die meisten Elemente des Periodensystems liegen im Bereich von Nanogramm pro Liter oder
besser.
4.1.3 Ionenselektive Elektrode (ISE)
Die ionenselektive Elektrode (ion selective electrode; ISE) ist eine Methode der potenziometrischen
Analytik in der Chemie. Bakker und Qin haben 2006 ein Übersichtsartikel über die
aktuellen Entwicklungen von elektrochemischen Sensoren veröffentlicht [86]. Die ISE-Methode
wurde in der vorliegenden Arbeit benutzt, um den Fluoridgehalt der Glaskeramiken nach der
Schmelze zu bestimmen.
Eine ISE ist ein elektrochemischer Sensor, welcher die Aktivität eines bestimmten Ions in
einer Lösung in ein elektrisches Potenzial umsetzt. Die Potenzialdifferenz zwischen der Probenlösung
und einer Referenzelektrode kann mit einem Voltmeter oder pH-Messgerät gemessen
werden. Abbildung 4.3 zeigt den prinzipiellen Aufbau, sowie die Funktionsweise einer ionenselektiven
Elektrode für die Bestimmung einer Fluoridkonzentration. Der sensorische Teil der
Elektrode ist in der Regel eine ionenselektive Membran. Für die Bestimmung der Fluoridkonzentration
kann als Membran ein LaF3 - Einkristall benutzt werden, welcher mit Eu 2+ dotiert
ist. Das Eu 2+ erhöht in diesem Fall die Leitfähigkeit des Kristalls.
Wie in Abbildung 4.3 gezeigt, steht die Kristallmembran in Kontakt einerseits mit der
fluoridhaltigen Probenlösung, mit der unbekannten Fluoridaktivität aF , anderseits mit einem
fluoridhaltigen Innenelektrolyten (z. B. KF-Lösung) mit konstanter Fluoridaktivität a ′ F . Dieser
Innenelektrolyt steht über eine poröse Membran mit einem chloridhaltigen Elektrolyten
und einer Ag/AgCl - Elektrode in Kontakt. Im Kontakt mit einer fluoridhaltigen Probenlösung
stellt sich ein elektrochemisches Gleichgewicht zwischen den Fluoridionen der Membran
und den gelösten Fluoridionen in der Probenlösung und im Innenelektrolyten ein. Die dabei
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