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BESTIMMUNG DER LATERALEN ELEMENTVERTEILUNG IN POTENZIELLEN REFERENZMATERIALIEN AUF DUROMERBASIS

RÖNTGENFLUORESZENZANALYSEG. Wackera, S. Hanninga, M. Radtke

aFachhochschule Münster, bBAM Bundesanstalt für Materialforschung und

Motivation

• Im Labor für Instrumentelle Analytik an der FH Münster wird im Bereich der Entwicklung und Herstellung von RoHS (Restriction of (the use of certain) hazardous

substances) Referenzmaterialien (RM`s) auf Basis von thermoplastischen (z. B. ABS, (Acrylnitril-Butadien-

Styrol)) und hochvernetzten (Duromere z. B. Epoxid-Harz, Polyurethan) Kunststoffen für die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) geforscht O

CH3

Tabellendaten

Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) geforscht [1-2].

• Im Rahmen der Entwicklung müssen die potenziellen RM`s auf die Verteilung der dotierten Elemente, die vorhandenenElementgehalte und die Stabilität der Materialien untersucht werden.

• Die durchgeführten Untersuchungensollen die Eignung des angewandten Herstellungsverfahrens zur Dotierung eines Epoxid-Harzes mit den eingesetzten Elementverbindungen aufzeigen.

• Die relative Standardabweichung (RSD) der detektierten Elementsignale wurde an 80 Messpuktenvon 15 bis 30 mm berechnet (gelbe Bereiche in Diagrammen a) bis c) und Tabelle).

• Die Messunsicherheit des Verfahrenswurde aus der Countrate des jeweiligendie mit der Wurzel der insgesamt erfassten(blauer Bereich der Tabelle).

5E+11

1E+12

1,5E+12

2E+12

2,5E+12

3E+12

3,5E+12

4E+12

rmie

rte

ten

sitä

Herstellung

• Zur Herstellung der Proben wurdeein Zweikomponentensystem auf Epoxid-Harz (EP) Basis eingesetzt.

• Das EP-Harz wurden mit den Elementen Co, V, Hg, Zn, Br, As, Se, Fe, Cr, Pb und Ni dotiert. Die Dotierung erfolgte mit je 500 mg/kg organometallischer Verbindungen.

• Einheitliche Probengeometrien erhält man unter Nutzung einer CNC-gefrästen Aluminiumkavität. Es wurden Proben mit einer Dicke von 10 mm und einem Durchmesser von 40 mm angefertigt.

Polymerstruktur [3]

CH3

NH N

• Die ortsaufgelösten Synchrotronzeigten RSD`s der lateral erfassten Elementsignaleder potenziellen RM`s zwischen 0,1 undBeispiel der Elemente Hg, Br, Cr,bedeuten die jeweiligen RSD`s eineKonzentrationsabweichung von 2 mg/kgmg/kg Br, 3 mg/kg Cr, 2 mg/kg Co undPb.

• Die Synchrotron-Linescans zeigten,eingesetzten organometallischenverbindungen sich homogen in daseinarbeiten ließen. DasHerstellungsverfahren eignet sich zureines Duromers auf Epoxid-Harz Basis.

• Auf Basis der gewonnenen Ergebnissehergestellten potenziellen RM`s weiterenwie den Stabilitäts- und Alterungsuntersuchungenunterzogen werden.

Ergebnisse

5E+11

0 5 10 15 20

Wegstrecke / mm

WD-RFA Korrelation• Das Epoxid-Harz lässt

sich reproduzierbarmit verschiedenenKonzentrationendotieren.

Hg, Br, Cr, Co und Pb Korrelationen zwischen20 – 1000 mg/kg (6 Proben) mittelseiner wellenlängendispersiven (WD) -RFA(S4 Pioneer, Bruker AXS) erstellt.

Referenzen[1] Simons, C., C. Mans, et al. "Study on microscopic homogeneity of polymeric candidate reference materials BAM H001-BAM H010 by

Analytical Atomic Spectrometry 25(1): 40-43.[2] Mans, C., C. Simons, et al. (2009). "New polymeric candidate reference materials for XRF and LA-ICP-MS - development and preliminary

[3] Leukel, J., W. Burchard, et al. (1996). "Mechanism of the anionic copolymerization of anhydride-cured epoxies analyzed by matrix-assisted

TOF-MS)." Macromolecular Rapid Communications 17(5): 359-366.[4] Quantitative X-ray analysis system (QXAS), Distributed by the International Atomic Energy Agency, IAEA, Vienna, 1995

• Zur Bestimmung der absoluten Abweichungender berechneten RSD`s der Synchrotron-Linescans, wurden exemplarisch für die Elemente

CH3

OOR

CH3 CH3

CH3

y = 0,1529x - 0,6253R² = 0,9998

100

120

140

160

180

0 200 400 600 800 1000

Inte

ität / c

Konzentration / mg/kg

Co in EP-Harz

BESTIMMUNG DER LATERALEN ELEMENTVERTEILUNG IN POTENZIELLEN DUROMERBASIS MITTELS SYNCHROTRON

RÖNTGENFLUORESZENZANALYSE, M. Radtkeb, U. Reinholzb, M. Kreyenschmidta

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung, 12200 Berlin

Mikrohomogenitätsanalyse

• Die ortsaufgelösten Messungen an den potentiellen RM`s wurden an der µSpot-Beamline am Bessy II in Berlin durchgeführt.

• Es wurden laterale Scans mit jeweils 160 Messpunkten und einer Schrittweite von250 µm an den potentiellen RM`s durchgeführt.

• Die Anregung der elementspezifischen Röntgenfluoreszenz erfolgte mit harter,monochromatischer Röntgenstrahlung von 15 keV. Die Spotgröße des Anregungsstrahlsbetrug (250 x 250) µm2. Zur Erfassung der Röntgenspektren wurde ein Si(Li)-Detektorbetrug (250 x 250) µm2. Zur Erfassung der Röntgenspektren wurde ein Si(Li)-Detektor

mit einer Auflösung von 135 eV für Mn-Kαααα

eingesetzt.

• Die energiedispersiven RFA-Spektren wurden mit der Software AXIL (QXAS)

ausgewertet [4]. Die über den gesamten Probendurchmesser ermitteltenElementverteilungen sind in den Diagrammen a), b) und c) dargestellt.

Die relative Standardabweichung (RSD) der detektierten Messpukten im Scanbereich

von 15 bis 30 mm berechnet (gelbe Bereiche in Diagrammen

Verfahrens (Methodenfehler),jeweiligen Elementes ermittelt,

erfassten Counts eingeht

Element Co As Se Hg Cr Fe Zn Pb Br V Ni

Methodenfehler / % 0,4 0,1 0,2 1,2 0,9 0,3 0,1 0,1 0,5 0,6 0,2

RSD / % 0,4 0,1 0,2 0,4 0,5 0,4 0,3 2,0 1,9 3,8 0,8

abs. Abweichung / mg/kg 2 - - 2 3 - - 10 10 - -