Table Of ContentAnalytiker.Taschenbuch . Band 10
Analytil(er
Taschenhuch
Band 10
Herausgegeben von
H. Giinzler . R. Borsdorf . W. Fresenius
W. Huber· H. Kelker' I. Liiderwald
G. Tolg . H. Wisser
Mit 165 Abbildungen und zahlreichen Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest
Prof. Dr. ROLF BORSDORF Prof. Dr. HANS KELKER
Karl-Marx-Universitat Leipzig Rauenthaler Weg 26
Sektion Chemie D -6000 Frankfurt am Main 71
Talstr. 35, D-7010 Leipzig
Prof. Dr. INGO LUDERWALD
Dr. Karl Thomae GmbH
Prof. Dr. WILHELM FRESENIUS AnalytikfQualitatskontrolle
Institut Fresenius Postfach 1755
D -7950 Biberach
1m Maisel, D-6204 Taunusstein
Prof. Dr. GUNTER TOLG
Institut fiir Spektrochemie
Dr. HELMUT GUNZLER
und angewandte Spektroskopie
Bismarckstr.4
Bunsen-Kirchhoff-Str. 11
D -6940 Weinheim
D-4600 Dortmund 1
Prof. Dr. Dr. HERMANN WISSER
Dr. WALTER HUBER Ro bert-Bosch -Krankenha us
Weimarerstr. 69 Auerbachstr.110
D -6700 Ludwigshafen D -7000 Stuttgart 50
ISBN 13: 978-3-642-76029-7 e-ISBN-13 :978-3-642-76028-0
DOT: 10.1007/978-3-642-76028-0
elP-KurztiteJaufnahme der Deutschen Bibliothek
AnaJytiker-Taschenbuch Bd. 10
Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 1991
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geltenden Fassung zulassig. Sie ist grundsiitzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen
unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
© Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1991
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1991
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem
Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche
N amen im Sinne der Warenzeichen -und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten
waren und daher von jedermann benutzt werden diirften.
2152/3020-543210 - Gedruckt auf saurefreiem Papier
Vorwort zu Band 10
Die Taschenbuch-Reihe, zu der nun Band 10 vorliegt, entstand im Jahr
1980 mit dem Ziel, kurz gefaBte, prazise Informationen uber Prinzip und
Anwendbarkeit analytischer Verfahren bereitzustellen. Die interdiszi
plinare Bedeutung der Analytischen Chemie, mit der damals die Ein
fuhrung des Werkes begrundet wurde, bedarf heute wohl kaum mehr
eines besonderen Hinweises. Die Notwendigkeit begleitender analytischer
Untersuchungen auch in vielen Wissenschaftszweigen auBerhalb der
Chemie wie in der Biologie, der klinischen Medizin, den Werkstoffwissen
schaften, den Geowissenschaften und besonders bei allen Aktivitaten auf
dem Gebiet der Umweltforschung und Umweltuberwachung ist im Lauf
des vergangenen Jahrzehnts weiten Kreisen bewuBt geworden. Durch den
Bedarf an analytischer Information im Zusammenhang mit der Qualitats
sicherung bei der Produktion von Waren ist der Analytischen Chemie eine
weitere Dimension an Verantwortung erwachsen, die einen stets sach
gerechten Einsatz von Methoden und Verfahren erfordert.
Die yom Beginn an konzipierte Strukturierung des Taschenbuchs hat
sich in den 11 Jahren seiner Existenz bewahrt und wurde auch im 10. Band
beibehalten: In a bgeschlossenen Beitragen werden neue "Grundlagen",
aktuelle oder weiterentwickelte bewahrte "Methoden" und "Anwen
dungen" von hervorragenden Experten des jeweiligen Sachgebietes be
schrieben mit dem Ziel, dem analytisch Arbeitenden ein Hilfsmittel am
Arbeitsplatz zu sein, das ihm taglich auftretende Fragen beantwortet oder
Hinweise gibt, wo er eine Antwort finden kann. Der gleichbleibende
"Basisteil", der nach MaBgabe der eintretenden Veranderungen, ggf. in
Abstanden von 2 bis 3 Banden, uberarbeitet bzw. erganzt wird, erscheint
im AnschluB an die Beitrage mit nutzlichen Informationen fUr den
Analytiker.
Urn die Fulle an Information der vorausgegangenen neun Bande zu
erschlieBen und dem Leser einen Uberblick uber das gesamte bisher
erschienene Werk zu verschaffen, wurde dem Band 10 ein Sachregister
beigefUgt, das aile bisher behandelten Begriffe berucksichtigt. Die bis zu
Band 9 wiederholten Inhaltsverzeichnisse der vorausgegangenen Bande
konnten damit entfallen.
Die Herausgeber danken Herrn P. Enders, Springer-Verlag, fUr die
sachkundige Planung, die straffe Koordinierung der Produktion und fUr
viele sachdienliche Anregungen zur Gestaltung des Analytiker-Taschen
buchs.
R. Borsdorf, W. Fresenius, H. Gunzler, W. Huber, L. Luderwald, G. Tolg,
H. Wisser
Autoren
Prof. Dr. J. Angerer
Institut fur Arbeits- und Sozialmedizin
der U niversitat Erlangen - N urn berg
SchillerstraBe 25, D -8520 Erlangen
J. Begerow
Medizinisches Institut fur Umwelthygiene
Surlittstr. 53, D-4000 Dusseldorf
Dr. T. Burger
BASF Aktiengesellschaft, ZHVf I-Isotopenlaboratorium
Carl-Bosch-StraBe, D -6700 Ludwigshafen
Dr. H. G. Dietze
Zentralinstitut fur Isotopen- und Strahlenforschung der AdW
PermoserstraBe 15, D· 7050 Leipzig
Prof. Dr. P. Grundler
Wilhelm-Pieck-Universitat Rostock, Sektion Chemie
BuchbinderstraBe 9, D-2500 Rostock
Dr. R. Heinrich-Ramm
Zentralinstitut fUr Arbeitsmedizin
Adolph-SchOnfelder-Str. 5, D-2000 Hamburg 76
Dr. C. Kessler
Boehringer Mannheim GmbH, Biochemisches Forschungszentrum
Abteilung Genetik
Nonnenwald 2, D-8122 Penzberg
Dr. R. Klockenkamper
Institut fur Spektrochemie und angewandte Spektroskopie
Bunsen·Kirchhoff·Str. 11, D-4600 Dortmund 1
Prof. Dr. V. Krivan
Universitat Ulm, Sektion Analytik und Hochstreinigung
Oberer Eselsberg Nr. 26, D· 7900 Ulm
Prof. Dr. U. Kurfurst
Fachhochschule Fulda, FB Haushalt und Ernahrung
MarquardstraBe 35, D -6400 Fulda
Prof. Dr. K. Laqua
Gruner Weg 2, D-4600 Dortmund 30
Autoren VII
Prof. Dr. K. Niemax
Institut fiir Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie (ISAS)
Bunsen-Kirchhoff-Stra13e 11, D-4600 Dortmund 1
Prof. Dr. L. Siekmann
Institut fiir Klinische Biochemie der Universitat Bonn
Sigmund-Freud-Stra13e 25, D -5300 Bonn 1 - Venusberg
Prof. Dr. R. Stahlberg
Akademie der Wissenschaften
Zentralinstitut fiir Festkorperphysik und Werkstofforschung
Helmholtzstra13e 20, D -8027 Dresden, z. Z. Thermoselect S.r.l.
128044 Verbania-Intra Cs. Mameli 187
Dr. M. Stoeppler
Institut fiir Angewandte Physikalische Chemie
des Forschungszentrums Jiilich GmbH Chemie
Postfah 1913, D-5170 Jiilich
Inhaltsverzeichnis
I. Grundlagen
Element-Laserspektrochemie (K_ Niemax). . . . . . . . . . .. 3
Prazisionsanalyse und Stiichiometriebestimmung (R. Stahlberg und
P. Grundler). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Umweltprobenbank in der Bundesrepublik Deutschland. Anorganisch
Analytische Aufgaben (M. Stoeppler) . . . . . . . . . . . . . . 53
Strahlenschutzvorschriften fur das Arbeiten mit radioaktiven Stoffen
und Anlagen zur Erzeugung ionisierender Strahlen (T. F. Burger) 85
II. Methoden
Totalreflexions-Riintgenfluoreszenzanalyse (R. Klockenkamper) . 111
Grundlagen der Radiotracertechnik (V. Krivan) . . . . . . 153
Die direkte Analyse von Feststoffen mit der Graphitrohr-AAS
(U. K urfurst) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Massenspektrometrische Spurenanalyse mit Funken- und Laser-
ionisation (H. G. Dietze). . . . . . . . . . . . . . . . .. 249
Spektralanalyse mit Glimmentladungen
- Gegenwartiger Stand und Zukunftsaussichten - (K. Laqua) 297
Methodik und Anwendung der Nucleinsaure-Diagnostik (0. Kessler). 351
III. Anwendungen
Bestimmung von Nickel in biologischem Material
und umweltrelevanten Matrizes (J. Angerer) . . . . . . . . 397
Gaschromatographie-Massenspektrometrie als Referenz- und
definitive Methode in der Klinischen Chemie (L. Siekmann) 435
IV. Basisteil
I .. iteratur (Monographien) . . . . . . . 461
Die relativen Atommassen der Elemente 470
Maximale Arbeitsplatzkonzentrationen . 470
Akronyme. . . . . . . . . . . . . . 470
Prufriihrchen fur Luftuntersuchungen und technische Gasanalysen 470
SI-Einheiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 471
Informations- und Behandlungszentren fur Vergiftungsfalle mit
durchgehendem 24-Stunden-Dienst im deutschsprachigen Raum 479
Organisationen der analytischen Chemie im deutschsprachigen Raum 482
I. Grundlagen
Element-Laserspektrochemie
K. Niemax
Institut ftir Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie (ISAS)
Bunsen-Kirchhoff-Str. 11, D-4600 Dortmund 1
Einleitung. . . . . . . . . . . 3
2 Durchstimmbare Laserlichtquellen 4
2.1 Gepulste Farbstofflaser . . 5
2.2 Dauerstrich-Farbstofflaser . 6
2.3 Halbleiter-Diodenlaser. . . 7
2.4 Andere Laser. . . . . . . 8
3 Laseranregung von Atomen 8
3.1 Effizienz der Anregung . . 8
3.2 Selektivitat der Anregung . 11
4 Die Methoden der Element-Laserspektrochemie 12
4.1 Laser-Atomabsorptions-Spektrometrie (LAAS) . 12
4.2 Laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie (LIF) 14
4.3 Laserverstarkte Ionisationsspektroskopie (LEI) . 16
4.4 Feldionisations-Laserspektroskopie (FILS) . 18
4.5 Resonanzionisations-Spektroskopie (RIS) 19
5 Messung von Isotopenverhaltnissen durch Doppler-freie Laser-
spektrochemie . . . . . . . . . . . . . 21
5.1 Spektroskopie am kollimierten Atomstrahl . 21
5.2 Sattigungsspektroskopie. . . . . . . . . 22
5.3 Nicht-resonante Zwei-Photonen-Spektroskopie 24
5.4 Resonante Zwei-Photonen-Spektroskopie 25
6 Schluf3bemerkungen 27
Literatur ...... . 28
1 Einleitung
Durchstimmbare Laser sind ideale Lichtquellen fUr die Spektrochemie.
1hre Strahlung zeichnet sich durch hohe Monochromasie, groBe spektrale
Energiedichte und ausgepragte raumliche Anisotropie aus. Diese Strah
lungseigenschaften sind die Voraussetzung fUr eine hochselektive Spektro
skopie und eine effiziente Anregung von Analyten. Abb. 1 stellt die Grund
prinzipien der in der Laser-Spektrochemie gebrauchlichen Methoden dar.
Der Strahl eines geeigneten durchstimmbaren Lasers wird in die Dampf
wolke "einer atomisierten Probe gerichtet, wobei die Wellenlange auf einen
Analytiker Taschenbuch Bd. 10. Herausgegeben von H. Gunzler et al.
® Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1991
4 K. Niemax
1
Photo Kontinuum
detektor
/LEI
Ionisation ~ R I 5
-r--'.L-,- F I L 5
Fluoreszenz
LIF
T
Ionen-oder
Atomisator Elektronen
detektor
Abb.1. Nachweisprinzipien der Laserspektrochemie
starken Absorptionsiibergang des zu untersuchenden Elements eingestellt
wird. Analytatome lassen sich durch drei verschiedene MeBprinzipien
detektieren: durch Absorption, Fluoreszenz oder durch die Messung von
Ionisationsprodukten (Ionen oder Elektronen), die durch einen geeigneten
IonisationsprozeB nach selektiver Anregung geschaffen werden. Die ent
sprechenden Ubergange sind schemat isch in einem vereinfachten Energie
niveauschema in Abb. 1 dargestellt. In Anlehnung an die Bezeichnung der
Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) spricht man bei Absorptionsmessun
gen mit durchstimmbaren Lasern von Laser-Atomabsorptionsspektro
metrie (LAAS). Als Begriff fiir die Atomfluoreszenzspektrometrie mit
Lasern hat sich Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) eingebiirgert. In der
Ionisationsspektrometrie mit Lasern gibt es drei Verfahren, die sich durch
den IonisationsprozeB unterscheiden. Wird das selektiv angeregte Atom
durch ein weiteres Photon ionisiert (Photoionisation), so spricht man von
Resonanz-Ionisations-Spektroskopie (RIS). Geschieht die Ionisation
durch einen StoB mit einem anderen Teilchen (z. B. in einer gasgefiillten
Zelle) handelt es sich um LEI-Spektrometrie (LEI: laser-enhanced ioni
zation). Beim dritten gebrauchlichen Verfahren der Ionisationsspektro
metrie wird das laserangeregte Atom durch das Anlegen eines elektrischen
Feldes ionisiert (FILS: field ionization laser spectrometry).
Andere laserspektroskopische Verfahren, wie z. B. die Optoakustische
Spektroskopie, in der Druckanderungen in einer Gaszelle nach optischer
Anregung gemessen werden, oder das LIDAR-Verfahren (LIDAR: light
detection and ranging) sind im wesentlichen molekiilspektroskopische
Methoden, die an dieser Stelle nicht behandelt werden sollen.
2 Durchstimmbare Laserlichtquellen
Die wichtigste Voraussetzung fiir den Einsatz von Lasern in der Spektro
skopie ist ihre Durchstimmbarkeit. 1m Prinzip ist jeder Laser kontinuier
lich durchstimmbar, jedoch hangtder Durchstimmbereich von der Breite
des Verstarkungsprofils des Lasermediums abo Gaslaser, wie zum Beispiel
der bekannte ReNe-Laser oder die sehr gebrauchlichen Edelgasionen
laser, sind Laser, die sich nur in dem sehr engen Linienbereich der jeweili
gen Laseriibergange durchstimmen lassen. Sie kommen deshalb fiir den
