ICP Emissionsspektrometrie für Praktiker. Joachim Nölte

Intensitäts-Konzentrations-Funktion von einer Reihe von Einflussgrößen abhängt, die z. T. unbekannt sind, wird in der Spektrometrie mit einem empirischen Proportionalitätsfaktor gearbeitet. Dieser wird vor Beginn der Analyse ermittelt (Kalibrieren). Dabei wird unterstellt, dass sich die Steigung der Kalibriergeraden zwischen den eingesetzten Standards und den Proben nicht ändert. Dies sicherzustellen ist eine der Grundvoraussetzungen für die Ermittlung von richtigen Messergebnissen und daher eine Herausforderung an die Stabilität des Messgeräts und die Methodenoptimierung des Anwenders.

      Da alle Atome und Ionen gleichzeitig Licht emittieren, ist die ICP OES eine probenorientierte Multielementtechnik par excellence. Probenorientiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Ergebnisse für die zu messenden Elemente in einem Arbeitsgang für eine Probe erhalten werden. Im Gegensatz hierzu ist die elementorientierte Arbeitsweise zu nennen, bei der alle Proben auf ein Element untersucht werden. Dann findet ein Wechsel zum nächsten Element statt. Ein typischer Vertreter der elementorientierten Arbeitsweise ist die klassische Atomabsorptionsspektrometrie (AAS). Die Vorteile der probenorientierten Arbeitsweise für die Routine liegen auf der Hand, da in der Regel die Probe schnellstmöglich umfassend charakterisiert werden soll.

ICP, ICP OES, ICP-AES, ICP/AES, ICP Emissionsspektrometrie, ICP ES: Wie heißt die Technik denn nun richtig?

      Die Benennung der Technik gleicht nahezu einem babylonischen Sprachgewirr, wenn man noch dazu feststellt, dass einige das Kürzel „ICP“ deutsch (i-ce-pe), andere englisch (ei-si-pi) aussprechen. Außerdem verwirrt der Bindestrich, der hin und wieder fehlt. Wie soll man sich da zurechtfinden? Hier folgt ein Versuch der Begriffsklärung:

      Beginnen wir mit „ICP“, der Abkürzung für „inductively coupled plasma“. Das ist relativ unstrittig, da sich alle, zumindest in der Schriftsprache, darauf verständigt haben, diese Abkürzung zu verwenden.

      Schwieriger wird es bei deren Aussprache. Im deutschen Sprachgebrauch versucht man ungeschriebenen Regeln folgend, nicht deutsche Namen und Akronyme, die eine Bedeutung haben, so wie in deren Ursprungssprache auszusprechen (z. B. New York oder AIDS), dies wäre also ein Gesichtspunkt für „ei-si-pi“. Bei Abkürzungen, die keine anderweitige Bedeutung haben, wird diese Regel jedoch nicht angewendet (z. B. UNO oder ISO). Die Anwendung dieser Regel spricht dann für „i-ce-pe“, der sich der Autor anschließt.

      Die Beschränkung auf die Abkürzung „ICP“ ist als eindeutige Kennzeichnung der Technik nicht mehr ausreichend, seitdem es die „Schwestertechnik“ ICP-MS (MS für Massenspektrometrie) gibt. Um beide voneinander zu unterscheiden, empfiehlt es sich, das Kürzel „ICP“ durch „OES“ oder „MS“ zu ergänzen. „ICP“ ist vielmehr als Oberbegriff beider Techniken zu verstehen.

      Die Abkürzung „OES“ steht für „optische Emissionsspektrometrie“ und ist schon sehr lange gebräuchlich. Ursprünglich wurde sie im Zusammenhang mit der Anregung durch Funken oder Glimmentladung verwendet, lange bevor das induktiv-gekoppelte Plasma analytisch genutzt wurde. Da das Plasma lediglich eine weitere Anregungsquelle darstellt, ist es sinnvoll, bei der Abkürzung „OES“ zu bleiben.

      Dieser Namengebung konträr gegenüber stehen die Anwender und bisweilen auch Hersteller, die aus der Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) zur Plasmatechnik gewechselt sind. Sie verwenden gern „ICP-AES“, wobei das „A“ für „Atom“ steht. Es scheint, als wollten sie auf das liebgewonnene „Atom“ im Namen nicht verzichten. Das ist auch einigermaßen plausibel, da die ICP OES neben der AAS und der ICP-MS als Technik der Atomspektrometrie klassifiziert wird. Da aber im Plasma insbesondere Ionen anzutreffen sind, ist die Bezugnahme auf „Atome“ irreführend und nicht sinnvoll.

      Komplikationen könnten auch dadurch entstehen, dass die Abkürzung „AES“ für „Auger electron spectroscopy“ steht. Da das aber eine völlig andere Technik ist, sollte es hier eigentlich keine Verwechslungen geben. Doch sicher ist sicher und daher ist es auch aus diesem Grund zweckmäßig, von der Abkürzung „AES“ Abstand zu nehmen.

Da das emittierte Licht nur mit optischen Komponenten getrennt werden kann, ist die Kombination „optische Emissionsspektrometrie“ eine Tautologie und ähnlich doppelt gemoppelt wie „weißer Schimmel“ oder „alter Greis“. Aus diesem Grund spricht sich die ISO 12235 [15] dafür aus, auf das „O“ (bzw. „A“) ganz zu verzichten. Der Autor schließt sich dieser Logik an. Das führt letztlich aber dazu, dass neben „OES“ und „AES“ auch noch „ES“ auftaucht und die Begriffsverwirrung erhöht. Um nicht durch die Einführung eines weiteren Begriffes noch mehr Unklarheit zu schaffen, wird daher in den deutschen atomspektrometrischen Grundlagennormen DIN 51008 Teil 2 [16] und 51009 [17] der Begriff „OES“ normiert.

      Schließlich bleibt da noch der Bindestrich. Man findet zumeist „ICP OES“, nur in letzter Zeit fehlt der Bindestrich bisweilen. Wo ist er geblieben? Und warum findet man in den gleichen Schriftstücken, in denen man „ICP OES“ findet, die Abkürzung für die eng verwandte „ICP-MS“ dagegen mit Bindestrich? Diese Spitzfindigkeit des kleinen Unterschiedes kann selbst der Autor nicht nachvollziehen, da sich die Techniken und auch die Geräte in vielerlei Hinsicht gleichen, und z. T. sogar identisch sind. Erklärend soll hier auf die zugrunde liegenden IUPAC-Regeln verwiesen werden. Demnach soll eine Abkürzung für eine Technik (oder für ein Gerät) ohne Bindestrich geschrieben werden, wenn es sich um zwei Komponenten in einem Gerät handelt, die notwendigerweise eine Einheit bilden. Werden selbständige Einheiten miteinander gekoppelt, ist ein Bindestrich zu verwenden.

      Dieser Regel folgend, wird ein Massenspektrometer als selbstständige Einheit angesehen (was nur bedingt stimmt, denn in der Regel benötigt man eine Ionisationsquelle), während dem Spektrometer (Optik plus Detektor) ausschließlich im Zusammenhang mit einer Anregungsquelle eine Existenzberechtigung zugeschrieben wird (was auch nur bedingt stimmt, wenn man z. B. an Anwendungen in der Astronomie denkt). Folglich fehlt der Bindestrich bei der optischen Detektion, im Gegensatz zur Massenspektrometrie. Dieser Nomenklatur folgen auch die Grundlagennormen DIN 51008-2 und 51009.

      In keiner dem Autor bekannten Norm wird der Schrägstrich „/“ zur Verbindung von „ICP“ und „OES“ verwendet. Sein Gebrauch sollte daher unterbleiben.

1.3 Verbreitung der ICP OES

Die ersten Anwendungen der ICP OES erfolgten in der Metallurgie; ihre große Verbreitung erfuhr diese Technik jedoch in der Umweltanalytik. Daneben wird sie für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen der Elementbestimmung eingesetzt (s. Abb. 1.1).

Abb. 1.1 Einsatz der ICP OES in verschiedenen Anwendungsbereichen in Deutschland.

1.4 Weitere Techniken zur Elementanalytik

      Die Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) [18, 19] war bis vor einigen Jahren die am häufigsten genutzte Technik zur Elementanalyse. Die klassische AAS ist eine Einzelelementtechnik. Das Prinzip der AAS basiert auf der Lichtschwächung der spezifischen Einzelelementstrahlung durch Atome, die aus der Probe entstammen und in Resonanz sind. Je höher die Anzahl der Atome im Strahlengang, die in Resonanz sind, desto höher die Absorption. Der Arbeitsbereich umfasst in der Regel zwei Größenordnungen. Als Atomisierungsquelle dienen Flammen, Öfen (hauptsächlich aus Graphit) oder eine (geheizte) Quarzküvette, der eine Apparatur für chemische Reduktionsreaktionen vorgeschaltet ist (Hydrid- und Kaltdampftechniken). Graphitrohr- und Hydrid-AAS führen zu sehr gutem Nachweisvermögen. Ein großer Vorteil der Ofentechnik besteht darin, dass sie gleichzeitig auch der Probenvorbereitung dienen kann. Dies spielt besonders bei klinischen Anwendungen eine wichtige Rolle.

      Die hochauflösende Continuum Source AAS (HR-CS AAS) nutzt anstelle von vielen Einzelelementlampen in der klassischen