Fortgeschrittener Chemischer Analysendienst für Elemente, Radionuklide und Phasen

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Fortgeschrittener Chemischer Analysendienst fiir Elemente, Radionuklide und Phasen Das Jiilicher Baukastensystem der Analysenteilschritte, 1976-1983"

Bruno Sansoni Zentralabteilung fiir Chemische Analysen, Kernforschungsanlage Jiilich GmbH, D-5170 J/ilich J, Bundesrepublik Deutschland

Advanced chemical analysis service for elements, radionuclides and phases. The Jiilich modular system of the analytical steps, 1976-1983

Summary. A review is given on the structure, organization and performance of the chemical analysis service of the Central Department for Chemical Analysis at the Kern- forschungsanlage Jfilich GmbH from 1976 to 1983. The research and development programs together with the infrastructure of the Centre afford to analyse almost all stable elements of the periodical table in almost any material. In addition, radionuclides and phases in numerous materials have to be analysed.

The corresponding chemical analysis service has been organized according to a new modular system of analytical steps. According to this, the most complicated and, therefore, most general case of an analytical scheme for element and radionuclide analysis in any type of material can be differentiated into about 14 different steps, the modules. They are more or less independent of the special problem. The laboratory is designed and organized according to these steps. This allows to synthesize an adequate analytical scheme for any problem of element and radionuclide analysis by means of these "modules". This can be done within a short time and without reorganizing the laboratory. Complex analytical problems, sudden faults or long-term changes in the projects of the Centre can be treated in the same way.

This review covers the types of material to be analysed, the components (elements, radionuclides, stable isotopes, phases, multiphase systems, compounds, surfaces, and thin films), concentration ranges, precision, accuracy, speed and scope of the analysis.

The essential analytical methods are belonging to radioanalysis, mass spectrometry, X-ray methods, atomic spectrometry, molecular spectrometry, electroanalysis, classical-chemical analysis, sample preparation, data hand- ling and evaluation, quality control and special methods.

Management of the chemical analysis service includes preparatory consultation of the customer, acceptance of orders, attendance of the analytical procedure, reporting and documentation, final consultation of the customer, settlement of accounts and a computer programme for analysis attendance.

* Erweitert nach einem Vortrag auf dem International Workshop on Chemical Analysis Service, Aachen, 6. April 1984. 8th Com- munication on Improvements of Instrumental Analysis for Ser- vice Analysis.

Dedicated to the 65th birthday of Professor Dr. A. K. Ganguly, former Director of Chemistry Group, BARC, Bombay, India

Finally, the chemical analysis service of ZCH for the period from 1976 to 1983 is taken as an example. There are discussed the number of orders, analysed samples and determinations or comparable measurements, duration of the analysis, number of samples per order, monthly variation of the number of orders and samples, the number of analysis performed and efficiency of the different method groups and the efficiency of the service to the different customers. Besides such a quantitative characterization, a qualitative one with respect to the importance of the whole chemical analysis service for the Centre is important.

Zusammenfaasung. Es wird eine l]bersicht fiber Aufbau, Organisation und Durchffihrung des chemischen Analysen- dienstes der Zentralabteilung ffir chemische Andysen in der Kernforschungsanlage Jfilich GmbH fiir die Zeit yon 1976- 1983 gegeben. Die Forschungs- und Entwicklungspro- gramme sowie die Infrastruktur der KFA machten es notwendig, praktisch alle Elemente des Periodensystems in nahezu allen Materialklassen zu analysieren. AuBerdem wurden umfangreiche Analysen yon Radionukliden und Phasen in vielen Materialklassen gefordert.

Der dafflr notwendige chemische Analysendienst wurde ausgesprochen methodenorientiert nach dem neuen ,,Bauka- stensystem der Analysenteilschritte" aufgebaut. Danach besteht der komplizierteste und allgemeinste Fall einer Ele- ment- und Radionuklidanalyse in beliebigen Materialien aus bis zu etwa vierzehn in sich immer gleichartigen Teilschrit- ten, den Bausteinen. Nach diesen Teilschritten wird das La- boratorium apparativ eingerichtet und personell ausgestat- tet. Dies erm6glicht es, ffir ein einfaches oder beliebig kom- pliziertes Problem der Element- und Radionuklidanalyse in nahezu allen Materialarten Analyseng/inge ohne Umrfistung des Laboratoriums nach dem Baukastenprinzip zusammen- zusetzen. Damit k6nnen kurzfristig auch ausgefallene Pro- blemstellungen, aufgetretene St6rf/ille oder langfristige Pro- gramm/inderungen eines Forschungszentrums bearbeitet werden.

Vorliegender Bericht beinhaltet die zu untersuchenden Materialarten und Komponenten (Elemente, Radionuklide, stabile Isotope, Phasen, Mehrphasensysteme, Verbindun- gen, Oberfl/ichen, Schichten), Konzentrationsbereiche, Re- produzierbarkeit ,and Richtigkeit, Schnelligkeit sowie Zweck der Analyse.

Die notwendigen Analysenmethoden geh6ren zu den Methodengruppen der Radioanalyse, Massenspektrome- trie, R6ntgenmethoden, Atomspektrometrie, Molekfitspek- trometrie, Elektroanalyse, klassisch-chemischen Analyse, Probenvorbereittmg, Datenverarbeitung und Datenbeurtei- lung, Qualit/itskontrolle und speziellen Methoden.

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Die Durchfiihrung des chemischen Analysendienstes beinhaltet die Vorbereitung des Auftrages mit den Auftrag- gebern, Analysenannahme, Analysenbegteitung, Berichter- stattung und Dokumentation, abschliel3ende Beratung des Auftraggebers, Analysenabrechnung sowie ein Computer- programm zur Analysenbegleitung und Auswertung.

Als Beispiel dient der chemische Analysendienst der ZCH von 1976 bis 1983. Er wird quantitativ charakterisiert durch die Anzahl der Auftr/ige, untersuchten Proben und Einzelbestimmungen oder vergleichbarer Messungen, Dauer der Analysenbearbeitung, Anzahl der Proben je Auf- trag, Monatsgang der Anzaht Auftr/ige und Proben, Anzahl der ausgef/ihrten Analysen von den einzelnen Methoden- gruppen und daraus sich ergebender Auslastung sowie die Verteitung der gesamten Analysenleistungen auf die einzel- hen Auftraggeber. Einer solchen quantitativen Charakteri- sierung sotlte sich eine qualitative hinsichtlich der Bedeutung des durchgeffihrten Auftragsdienstes f/Jr das Forschungs- zentrum oder den Betrieb anschliegen.

1. Einleitung

1.1 Chemischer Analysendienst in der Kernforsehungsanlage

Die Zentralabteilung ftir chemische Analysen (ZCH) tier Kernforschungsanlage Jfilich GmbH (KFA) fiihrt einen chemischen Analysendienst f/Jr die Einrichtungen des For- schungszentrums und nach Mal3gabe freier Kapazit/iten auch fiir Externe aus Industrie, Hochschule und Verwaltung durch. Entsprechend der Gr613e - von 35 Organisationsein- heiten werden etwa 26 in wechselndem Umfang bedient - und der breiten fachliehen Auff/icherung des Forschungs- zentrums steht zur Ausfiihrung ein breites Spektrum an Analysenmethoden zur Verfiigung.

Zum Unterschied zu vielen anderen Forschungszentren mad Hochschuten in der Bundesrepublik hatte die KFA seit Beginn Wert auf eine leistungsstarke zentrale chemische Analytik gelegt. Eine der Ursachen hierfiir war, dab die Kernforschungsanlage Jfilich seinerzeit nach dem Vorbild tier britischen Kernforschungsanlage Harwell gegriindet wurde und diese fiber ein sehr leistungsf/ihiges Institut fiir Analytische Chemie unter Leitung des bekannten Analy- tikers A. Smales verffigte. Daher wurde der 1962 mit dem Aufbau eines Zentrallaboratoriums fiir Chemische Analyse beauftragte H. W. Nfirnberg zu einem 1/ingeren Gastaufenthalt nach Harwell ge- sandt, um die dortige chemische Analytik zu studieren. Das yon ihm in Jfilich aufgebaute Zentrallaboratorium, sp/iter Zentralinstitut fiir Analytische Chemie, war material- und methodenorientiert aufgebaut. Es bestand dementsprechend aus einer Abteilung fiir anorganische Analytik (G. Wolff) und einer fiir organische Analytik (H. W. Dfirbeck). Innerhalb der erstgenannten Abteilung gab es Grup- pen f'6r ausgew~ihlte physikalische Bestimmungsmethoden wie Neu- tronenaktivierungsanalyse, Massenspektrometrie, Elektroanalytik, Atomemission und -absorption sowie klassisch-chemische Analyse. Das etwa 90 Stellen umfassende Zentralinstitut ftir Analytische Chemie hatte neben dem chemischen Analysendienst fiir das Zen- trum auch zahlreiche eigene Forschungsprojekte aus den Gebieten der angewandten Physikalischen Chemie und Umweltforschung fibernommen. Im Jahre 1975 wurde es in ein Institut ffir Angewandte Physikalische Chemie (ICH-4) unter Leitung yon Prof. Dr. H. W. Niirnberg sowie in eine Zentralabteitung ffir Chemische Analysen (ZCH), ab 1976 unter Leitung von Prof. Dr. B. Sansoni aufgeteilt.

Aufgabe dieser Zentralabteilung ffir Chemische Analysen ist die Durchfiihrung eines leistungsf/ihigen und fortgeschrit-

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tenen chemischen Analysendienstes f/Jr das Forschungszen- trum (Abb. 1). Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sollten etwa 20% der Personalkapazitfit umfassen und der Weiterentwicklung sowie Optimierung der verwendeten und zukiinftig ben6tigten Analysenmethoden dienen.

1.2 Vorbilder

Die Neugriindung bot eine M6glichkeit, nach optimalen und in die Zukunft weisenden Konzepten fiir einen chemischen Analysendienst und damit die Organisationsform des zuge- h6renden Analytischen Laboratoriums zu suchen. Ober diese Problematik gab es kaum zusammenfassende Literatnr.

Umfangreiche Vorstudien sowie Besuchsreisen im In- und Ausland hatten ergeben, dab es auf dem Gebiet der Element- und Radionuklidanalytik, anders als bei der organischen Strukturanalyse, an den Hochschulen der Bundesre- publik so gut wie keine Vorbilder gab. Eine bemerkenswerte Ausnahme bildete nur der von E. Fahr geleitete, straff orga- nisierte organisch-chemische Analysendienst an der Univer- sit/it Mainz mit etwa zwanzig Mitarbeitern sowie eine relativ kleine Service-Gruppe von zehn bis ffinfzehn Mitarbeitern im Laboratorium fiir Reinststofforschung (Leitung: Prof. Dr. G. T61g) des Max-Planck-Institutes fiir Metallforschung (Direktor: Prof. Dr. Gebhart). An den meisten anderen In- stituten hatte jedes, meist mehr oder weniger qualifiziert, seine eigene Analytik ausgefiihrt.

Ein v611ig anderes Bild bot die Industrie. Fr/ihzeitig dem Zwang zur Rationalisierung ausgesetzt, hatten die grol3en Konzerne, hfiufig schon seit Jahrzehnten, grol3e analytische Zentraltaboratorien ffir chemische und/oder physikalische Analyse aufgebaut und gut durchorganisiert. Der Personal- aufwand dafiir bewegte sich zwischen etwa fiinfzig und fiinf- hundert Mitarbeitern. Auch in der Industrie waren allerdings h/iufig die Organisationsformen teilweise historisch und durch andere als rein fachliche Grfinde bedingt. So fand sich gelegentlich noch die fiberholte Unterteilung in ,,chemische" und ,,physikalische" Analyse wieder. H~iufig war die Organisationsform auch dutch betriebsspezifisehe Bedingungen und Anforderungen geprfigt und nicht verall- gemeinerbar. Typisch fiir die groBen analytischen Zentralla- boratorien der Industrie waren hfiufig grol3e Analysenzahlen f/Jr immer wiederkehrende Probenarten der Produktkon- trolle, bei denen eine weitgehende Automation roll zum Tragen kommt. Es ist jedoch wichtig festzustellen, dab dort abet in gleicher Weise und im vollen Umfang auch die Analy- tik fiir die jeweiligen Forschungseinrichtungen bearbeitet wird.

Bei den besuchten Industriebetrieben gab es selbstverst/indlich neben der zentralen Analytik auch eine dezentral vor Oft betriebene. In ,delen F/illen war diese jedoch zumindest fachlieh, h/iufig abet auch organisatorisch der zentralen Analytik unterstellt. Das Problem einer zentralen und dezen- tralen Ausfiihrung einer chemischen Analyse ist an anderer Stelte ausfiihrlicher beschrieben [11].

Allen besuchten grol3en Industriezentrallaboratorien fiir chemische Analyse gemeinsam war die meist hervorragende Durchrationalisierung des Ablaufes des Ganges einer Ana- lyse, vonder vorausgehenden Beratung und dem Probenein- gang bis zur Abgabe des Analysenprotokolles und abschlie- 13enden Beratung des Auftraggebers. Hier waren daher wesentliche Impulse zu erhalten, welche die Analytik an der Hochschule und an den meisten Forschungsinstituten nicht geben konnte. Eine weitgehende Neuordnung der chemi-

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schen Analytik aus einem Gul3 mit weitgehender Durchra- tionalisierung fand sich vor allem bei den Zentrallaborato- rien der Eisen- und Stahl-, teilweise auch der Nichteisen- Metallindustrie. Hier konnten wertvolle Gesichtspunkte fiber Probenahme, Vollautomation, Zentralisierung, De- zentralisierung, Multielementanalyse, Analysenbegleitung, Qualitgtskontrolle, Protokollierung, Ergebnisfibermittlung und vor allen Dingen Rationalisierung auf dem Finanz- und Personalsektor studiert werden.

W/ihrend und nach diesen Besuchsreisen wurden die in der KFA zu erwartende Art der Analysenmaterialien, die darin zu analysierenden Komponenten, zu erwartende Pro- benzahlen und ihre Zugeh6rigkeit zu den einzetnen Aufga- benstellungen sowie Forschungs- und Dienstleistungs-Orga- nisationseinheiten untersuchc

2. Anforderungen

2.1 Forschungsschwerpunkte, Projekte und Dienstleistungen

Die Aufgaben ffir den Analysendienst der ZCH ergeben sich zwangs- 1/iufig aus den Forschungszielen, Forschungsschwerpunkten, Pro- jekten, Programmen, Fachgebieten sowie zu einem nicht unerheb- lichen Teit aus der Infrastruktur der KFA. Obergeordnete For- sehungsziele waren im Jahre 1982 die Steigerung der wirtschaftlichen Leistungs- und Wettbewerbsfghigkeit der Bundesrepublik, Verbes- serung der Kenntnisse fiber Chancen und Risiken yon Technologien, Ressourcenschonung und Erhaltung der nat~rlichen Lebensvoraus- setzungen, Verbesserungen der Lebens- und Arbeitsbedingungen, Erweiterung der wissenschaftlichen Erkenntnis. Die darauf aufge- bauten Forschungsschwerpunkte der KFA waren der Hochtempe- raturreaktor; Energietechnologien, Kernfusion; Forschung und Technologie ffir Gesundheit, Umwelt; Stoffeigenschaften und Mate- rialforschung; Nukleare Grundlagenforschung sowie die allgemeine anwendungsorientierte Forschung und Technologie. Die Projekte und Programme betrafen Hochtemperaturreaktor-Anlagen, Hoch- temperaturreaktor-Brennkreislauf; Sicherheit kerntechnischer An- lagen, Gasbrfiterentwicklung; nukleare Fernenergie, nichtnukleare Energieforschung, Systemanalysen; Kernfusion (Textor); Umwelt- forschung, Medizinforschung und -technik, neurobiologische Forschung; Festk6rperforschung, Grenzfl/ichen- und Vakuumfor- schung, Spallationsneutronenquelle; Niederenergiephysik, Radio- und Kernchemie; Datenverarbeitung mad Mathematik; Ange- wandte und Analytische Chemie; Elektronik und physikatisch-technische Methoden.

2.2 Materialarten

Es ist leicht einzusehen, dab bei diesem breiten Aufgaben- spektrum eine Ffille von unterschiedlichsten Materialarten und Einzelmaterialien zu untersuchen sind. Die auszuffih- renden Analysenauftr/ige reichten v o n d e r Untersuchung des Isotopenverh/iltnisses der Uranisotope in Kernbrenn- stoffabbrand fiber Hochtemperaturwerkstoffe, Reinstme- talle, keramische Materialien, Chemikalien, Produkte der Reaktoriiberwachung, technische Brauchw/isser, Reaktions- produkte technischer St6rf/ille, Gesteine, B6den, Wfisser bis hin zu biologischem und medizinischem Material. Um eine Ordnung in diese Fiille unterschiedlichster Materialarten zu bringen, wurde die vom Verfasser ffir eine Vorlesung fiber allgemeine und anorganische Chemie an der Technischen Universit/it Mfinchen [5] erarbeitete Materialeinteilung verwendet. Daraus ergaben sich ffir vorliegende Zwecke zw61f unterschiedliche Materialklassen.

Bei der folgenden Auflistung enth/ilt jeweils der erste Absatz die in den ersten drei bis vier Jahren des Berichtszeit-

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raumes yon 1976 bis 1983 angefallenen Analysenproben, in den folgenden Abschnitten folgen detailliertere Angaben ffir BeispMe aus den Jahren t980 bzw. 1983.

2.2.1 Reinstmetalle. Ag, A1, Au, Cd, Cr, Cu, Eu, Fe, Gd, La, Li, Mg, Mo, Nb, Ni, Pb, Pr, Pt, Rb, Rh, Sb, Sm, Ta, Th, Ti, U, V.

Mn in Pt; Isotopenverhfiltnisse von Sm; Fe in Li; Fe-, Cu-, Mn- Spuren in dotiertem Reinst-A1; Spuren Cu, Si, Ni, Fe, Mn, Br in Mo-Einkristallen; C in Rein-Ni; Multielementspuren in Reinst-Ag und -Cu; Mn, Fe, Ni, Cr, in Reinst-Mg.

Multielementspuren in Reinst-Cu; Sauerstoffspuren in Pt; Mul- tielementspuren in In; Multielementspuren in Ag; Multielementspu- ten in Pb.

2.2.2 Reinstlegierungen und verwandte Systeme. Ag-A1; AI-Ca-La; A1-Ce-La; A1-Ce-Sc; A1-Ce-Y; A1-Cu; A1-Cu-Mg; A1-Dy; A1-La- Tm; A1-Li; A1-Mg; A1-Mg-Ni; A1-Mg-Si; AI-Mn; AI-Ni; A1-Sc-Tb; A1-Sm; A1-Tm; A1-U; AI-Y; A1-Zn; Au-Fe; Au-Ga; Au-Cu; Au- Ni; Be-Ti; Ca-Hg; Ca-P; Ce-Cu; Ce-Cu-Si; Ce-La-Pd; Ce-Pd; Ce- Pt, Co-P; Co-Pt; Cr-Fe-Mo; Cr-Fe-Ni; Cs-Mn; Cu-Ga; Cu-Ge-Pt; Cu-Mn; Cu-Ni; Cu-Te; Er-La-Pd; Er-Pd; Eu-Pd-Y; Eu-Sr-O; Eu- Sr-S; Fe-Ni; Fe-P; Fe-Pt; Fe-Ti; Gd-S; Hg-In; Hg-Mg; Ho-Pd-Y; Ho-Sn; La-Pd; Li-Pb; Mg-Ni; Mo-Pr; Mo-S; Mo-Te; Mo-Zr; Nb- V; Nb-V-H; Ni-Pr; Ni-Si; Ni-Si-Y; Ni-Y; Ni-Zn; Pd-Tb; Pb-Tm- Y; Pd-Y; Sn-Y; Zn-Zr.

St6chiometrie von Cu26- so Zr75- 50; Zr-Cu-Legierung. Spuren C, Fe, O, Ta, Th in ZrZn2; Multielementspuren in Fe-Cr-Ni-Mo, Fe-Cr-Ni; Ga in A1-Ga. Mn in A1-Mn; Multielementspuren in Reinst-Ni, A1-La; Spuren C und S in Reinst-Ni; Multielementspu- ren in Ni, A1, Pd-Ag-Legierungen; Cu in A1-Cu.

Weitere St6chiometriebestimmungen: CoPt2, Au-In; Li in Li- A1; Ga, A1 in A1-Ga; A1Ga-Einkristall; Sn in Cr-Fe-Sn; Ag-Legie- rung; Pt-Ir auf Korund; Ag-Er; A1-Mg-Si; LiA1Si04; AI-Mg-Sio,s; Ni-Cr-Einkristall.

2.2.3 Metallische werkstoffe. Ag-beschichtetes A1, Amalgame, Blei- legierungen, Chrom-Nickel-Stfihle, Edelst/ihle, Hochtemperaturle- gierungen, Incoloy, Molybd/inbasislegierungen, Monel-Nickel-Ba- sislegierungen, niedrig legierte und synthetische St~ihle, Stahlgranu- late, Raney-Nickel, TZM, VA-St~ihle, Zircaloy, Zirkon. - Cad- miumbleche, Eisengranutat, Korrosionsprodukte, korrodiertes Telefonkabel, Kupferfolie, Messingteile, Metallglas, Metallsp~ine, Metallfolien, Nickeldraht, Niobpulver, Reintitan-Werkstoffteile, SchweiBn/ihte, SchweiBstfihle, Targetmaterialien aus Massensepara- tor und Zyklotron, Thermoelemente, Turbinenschaufetmaterial, Ti- tan-Niekel-Sinterstoffe, Ventile, Verzunderungsschichten, Wood- sche-Legierung, Zahnrfider.

W, Si in Nickelfolie, Multielementfibersicht in unbekanntem Draht; Se in Korngrenzen yon EuSe; Cr in Chrom-Nickel-Stahl; Ni in Hochtemperaturlegierung; Mn, Cr, Ni, A1, Ti, Mo, C, Si, P, S in Hochtemperaturlegienmgen (St6rfalluntersuchung); Multiete- mentfibersicht von metallischen Abscheidungen (St6rfall); Element- spuren in Mn und A1; In-Spuren in Cu; Cr, Mo, Ni, Ti, C in hochlegiertem Stahl; Ce in Fe-Ti-Legierungen; In und Multiele- mentspuren in Au-In-Legierung; Au, Cu, Zn in unbekanntem Mate- rial; Haupt- und Nebenbestandteile technischer Legierungen; Spu- ren von Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn in Mg; Co, Ni, Sc, Ti, V in Aluminiumlegierungen; Cu, Fe, Zn in metallischem Glas; Si-Gra- dient in Stab aus Nickellegierung.

C, Ti und Multielementiibersicht in Titanlegierungen; Multiele- mentspuren in ZnS-Einkristallen; Bi, Pb, Se, Te in Legierung; Cu, Zn in Messingproben; Cu in A1; Spurenbestimmung yon Co, Fe, Mg, Mn, Ni in Werkstoffen; A1-Mg-Si-Legierung; B in Chrom- Nickel-Stahl; Haupt- und Nebenbestandteile von St/ihlen; Multiele- mentspuren in Legierungen aus Co, Fe, Ni sowie A1Mg-Si; C in mit Si und Ge dotierten Ni-Folien; Charakterisierung yon Stahlproben; Multielementspuren in Nickel-Basislegierungen; AI, Co, Cr, Mo, Ni, Ti in Metallkorrosionsisolaten; La, Ni, Si in Aktivschichten von Elektroden. A1 in Al-Werkstoffen; Legierungen; Spuren Cu, Fe, Mg, Mn, Zn in At-Legierungen.

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2.2.4 Nichtmetallisehe Werkstoffe. Aluminiumoxid, Aluminium- oxidhydrate, Al-Zr-Mischoxide, Abscheidungen auf AVR-Brennele- mentkugeln, Berylliumoxid, Calziumoxid, Eisenoxidhydrat, Euro- piumoxid, Keramiken auf Aluminiumoxid-Basis, Lithiumaluminat, Magnesiumoxidsteine, Nickeloxidkatalysatoren, Titandioxid, Ti- tandioxidhydrat, Strontiumaluminate, Strontiumtitanate, simulierte Wastegl~iser, Zirkonoxid-Einkristalle und -Pulver.

Multielementspuren in A120~-Keramik; keramische Belfige auf Ni-Elektroden.

Chromkarbid, Siliciumkarbid; Multielementspuren und Si in Siliciumkarbid.

Bruchstficke yon Diaphragmen, Siliciumdioxid, Strontiumalu- mosilikate; Multielementspuren in Siliciumnitrid; Pb in Keramik- tellern;

2.2.5 Technische Betriebsprodukte. Ablagerungen aus NFE-Ver- suchsreaktoren, - auf Klimafiltern, - auf Magnetankern von Re- lais, - aufPVC-Schlauch, 7- aufThermoelementen und Wfirmeau- stauschern; Abriebe; Filterrfickstfinde; Kaowool, Molykote, Olpro- ben vom HHV-StSrfall; Kathoden- und Anodenraum technischer Elektrolysezellen, Bel/ige auf Deckel, Graphitfilz, Zirkonoxidkugeln und Pulver yon HT-Versuchsstand; Berylliumoxidrfickstg.nde auf Graphitkugeln, Deckel und Rezipienten-Wandung; Betonproben, Harzabscheidungen, Glasfaser- und Kunststoffbeschichtung, Kata- lysatoren verschiedener Arten; Kohle; Rfickstfinde von Produkt- wasser EVA; Schlackenpflasterstein; Schlacken; Ventile; Wasser- kreislaufriickstfinde; Wasserproben aus Zyklotron; ZnS auf Si- Scheiben, Abwasserrfickstand auf Filter, Behfilter, Dichtungen; Diingemittel, Druckfarben, Einbettmasse fiir Rohr6fen, Elektrolyt, Feuerl6schpulver, Formteile, Graphit, Hautschutzcreme, Ionenau- stauscher (anorganische und organische), L6sungsmittel, Metall- schutzspray, Metallspritzpulver, Methanol, Molybdfinchalkoge- nide, Nylon, Polyacetylen, Polypropylen- und Stahlgewebe, Poly- phenylalkohol, Schwerbeton, Steinwolle, TurbinenS1, getrocknete Farbstoffe, Gliihr{ickst~inde, Katalysatorabrieb, Korrosionspro- dukte, Metallkatalysatoren, Veraschungsrfickst/inde und Auf- schluB16sung yon Papierherstellung, Olrfickstfinde, Produktgas von EVA, Siliconschicht auf Beschichtungspapier.

Elementfibersicht in Ablagerungen auf Rohr, in Kfihlwasser- rfickstfinden; Ag-Spuren in Elektrolytl6sungen; Multielementfiber- sicht in Produkten aus Wasteverfestigung; H2-Spuren in Luft; Na, K, Mg, CI-, SO]- sowie Multielementspuren in Salzlaugen; Ta- Spuren in ZrZn2; Si in Silicondeckschichten aus beschichtetem Pa- pier; Elementfibersicht in Diaphragmenrfickstand; Elementiiber- sicht in Schlammprobe aus Doppelmantelofen; Cu und Be in Kon- taktringen fiir Steeker; Elementfibersicht in Niederschlag aus HCN- Laser, Elementbestimmungen in hochlegiertem Stahl; C, S, C1 in Molekularsieb; Elementfibersicht in Korrosionsprodukten; Cr in Cr-Ni-Legierung; Elementfibersicht in Abrieb aus Turbopumpe; Elementfibersicht in Brauchwasser; Spurenelementfibersicht in Me- tallo-Phthalocyaninfarbstoffen; Spurenelementiibersicht in Klfir- schlamm; Element- und Anionenbestimmung in Wasser nach Rohr- bruch (St6rfall); Pb auf Stirnflfiche von Messingschrauben; Multi- elementspuren in Abriebproben aus W/irmeaustauschern; B in Bo- raxpulvern; SO 2-, SO2, ]7128 in Brfidenkondensaten; NO2, N20 in Strahlrohrgas; Multielementspuren in Silberrtickstfinden aus Fixier- bad; S~iurezahlbestimmungen in Olen; Ca, Mg, Si in Eindampfrfick- stfinden; Ionenaustauschkapazit/it technischer Ionenaustauscher aus Vollentsalzungsanlagen; S in Isoliermaterial; Br in Levoxinl6- sung.

Nitratspuren in Katalysator; Li-Spuren in entionisiertem Was- ser; Multielementspuren in technischen ElektrolytNidern; Ru, Cs in salpetersaurer LSsung; Co, Ni in KOH-L6sung aus technischer Elektrolyse; Mn, Cr in Waschl6sungen aus Spinellherstellung; Cr, Mn in technischen LSsungen; Cr, Fe, Ni in Reaktorentwicklungs- produkten; Gasanalysen in Heliumkreislauf; Wasserkreislauf Kompaktzyklotron; FTIR-Spektren von amorphen Si-Schichten; Multielementspuren in Abrieb von W/irmeaustauschern; Multiele- mentspuren in Elektrolytl6sungen; F-Bestimmung in technischer wfigriger L6sung; Multielementspuren in Graphitaschen; Multiele- mentspuren in Baumwollfilterkerzen; C, S in Katalysatorproben;

Multielementspuren in technischen Elektrolytl6sungen; Multiele- mentanalyse in Belag auf Flansch; Si in Leitungswasser; Element- analyse in A1-Mg-Sio,s; Si und C in Kondensatorriickstfinden; Cr, Fe, Ni, Zn in Abscheidungen aus Elektrolysezellen; NH + in Wisch- probe aus Atzlabor; FTIR-Spektren yon Alpha-Si; Ni, Cr, Fe, W in Elektrolytzellen; C, Fe, Ni in Katalysatorabrieb; Wasser- und Gasanalysen in Heliumkreislauf yon ADAM-EVA-II-Anlage; CI-, NzH4, pH in Kfihlkreislauf; J2,J-, H20 in biochemischem Mate- rial; N in Incoloy; TS in Katalysator; Fe, Ni, Zn in metallischen Elektrolyseabseheidungen; A1, Ca, Co, Fe, K, Mg, Na, Si in Zeoli- then; Fe, Ir, Ni, Pt in L6sung; Ni, Ti in alkalischen Elektrolyten, Cu in AgJ; Cr, Mn, Na in L6sungen von Hydroxidabscheidungen; A1, C, Fe, Ni, Sim Riickstand yon ADAM-EVA-II-ProzeB; Ca, K, Na, C1 in Reinigungswasser yon Textor; F - in wfiBrigen LSsungen; SiO2, pH, Gesamthfirte in Permiatwasser; Cu in AgBr.

2.2.6 Chemikalien. Ammoniumnitrat, Bariumbromid, Bariumcar- bonat, Borsfiurepr/iparate, Calciumfluorid, Kaliumcarbonat, Kup- fersulfat, Lithiumcarbonat, Lithiumnitrat, verschiedene hochreine S/iuren und Reagentien, Silbernitrat, Nickel-, Zinn- und Zinn-Rhe- niumkomplexsalze. )ktzmittel fiir Elektrotechnik, Beizspiilw/isser, Zyanidlaugen, Elektrolytl6sungen, Zinkfarben. 2 Ce(NO3)3 �9 Mg(NO3) - 24 H2O; K2SnC16; (NH4)2TiFe6; (NH,~)2SnC16; Ni(NH3)6J2.

Hg- und Au-Spuren in AgNO3; Multielementspuren in Ru (NO3)3; C, H, N, S in Arzneimitteln; Ru, O, N, H in Ru und Ru- Salzen; Ag in Silbersalzl6sung; Multielementspuren in ZnO (p. a.); W in Komplexsalz.

2.2.7 Geologisehes Material. Cordierit, Ilmenit, Magnetit, Musko- vit, Nontronit, Pyrit, Andesit, Braunkohle, Dazit, Erze, Granite, (31schiefer, Posidonienschiefer, Tone; verschiedenartige B6den, Bo- denextrakte, FluB- und Meeressedimente, Gletschereis, Meeressalz, synthetisches Meet- und FluBwasser, Salzlauge, Uran- und Buntme- tallerzprospektions-Materialien.

C in Gesteinen; N in organischen Bodenfraktionen; U-Spuren in B6den; C, H, N, S, H20 und Aschegehalt in organischen Boden- proben; U in Erz- and Kohleproben.

2.2.8 Biologisehes und medizinisehes Material. Algen, Blutserum, Cellulose mit Mikroorganismen, Fingern~.gel, Fleisch, Haare, Him, Huminsg.ure, Salze, Leber, Nieren, Nierensteine, Tintenfischaugen, Urin, Vollblut, Zfihne, Zahnstein.

N in Celluloseproben; SO4 z-, S 2 , Multielementspuren in Wachs- tumssubstrat; Co, Cs, Cr, Mn in Pflanzenaschen; Multielementspu- ren in Molkepulver; Fe in Bakterienkulturen; N in Celluloseproben; C, H, N in Algen; Multielementspuren in FermenterlSsungen und Algenn~ihrlSsungen; Cd, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, in Proteinl6sungen; C, S, N in Methanisierungskatalysatoren; N in Fermentationstrok- kenmassen und Flfissigsuspensionen: C, H, N, S, F in Cellulosein- duktoren; Multielementspuren in Algen und Wasserproben, Abwas- ser aus Citronensfiureherstellung; C, H, N in Algen.

2.2.9 Sonstige Umweltproben. Braunkohlenasehe, Fischasche, Flug- staub, Getreide, Gras, Kl~irschlamm, Luftstaub, Meersalz, Pflanzenaschen, Sedimente, Steinkohleasche, Wasserriickstfinde.

2.2.10 Radioaktiver Abfall. Brennelement-Auslaugl6sungen, Rfick- stfinde auf Walzentrockner, simulierte Wasteglfiser und deren Aus- laugl6sungen, Wastel6sungen, Abscheidungen von Wasteverfesti- gung, Gasproben aus Strahlrohr des FRJ-2, Wischproben; U-Spu- ten in Wischprobe; Ru in Wastekondensat; Multielementspuren in simuliertem Waste.

2.2.11 Proben aus Reaktorfiberwachung. Prim/ir- und Sekundfirkreis- lfiufe, Absetzblock, Beckenanlage, Hilfskreislfiufe, Rfickkiihlkreis- lauf, Wasseraufbereitungsanlage von FRJ-1 und -2; Schwerwasser- fiberwachung des Prim/irkreislaufes und Heliumkondensates; Fort- luft.

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B a u s t u f e n d e r M a t e r i e Mehrphasensystem

I Einzelphase

1

Kristalline Phase

Mosaikkristall

1 Einkristall

Kristallgitter

Atom (a) "

. . . . . . . . . .

Atomkern

1 Elementarteilchen ( Proton, Elektron, Neutron, Positron )

Abb. 2. Die Baustufen der Materie [3, 10]

I Amorphe Phase

"~, MolekLil (a ,b)

Elektronenhiil e

Beckenwasser aus HeiBen Zellen, Wasserkreislauf des Kompakt- cyclotrons; Alpharadionuklide auf Abluftfiltern der Heigen Zellen; NzH4, C1-, pH in Ktihlwasser; Multielementspuren in K/ihlwasser yon FRJ-2; Muttielementspuren in Anionenaustauschern; H-3 in )ktzl6sung; N2-, Oz-Spuren in Heliumktihlgas; St6chiometriebe- stimmung yon Borositicatgl/iscrn mit RuO2-Zusatz.

2.2.12 Materialien ffir die Nukleartechnik. Abscheidungen auf AVR- Brennelementkugeln, Bornitrid in Graphitkugeln, Carburierungs- mittel, coated particles, AuslaugI6sungen von Graphiten, Kern- brennstoffi6sung, Reaktorgraphit, Spaltproduktgemische, Ru-102- Standard.

Gd in Graphitbrennelementkugeln; K, Na, Fe in Reaktorgra- plait; Spurenelementfibersicht und C in Uranoxidgemisch; H-3 in Silicagel sowie Ausheizfallen von Brennelementen; Multielement- analyse yon Synrog-Waste.

2.2.13 Zusammenfassung. Die zu untersuchenden Arten von Materiatien ffir die Aufgabengebiete der K F A kann man nach [5] einteilen in Reinststoffe (Elemente, Legierungen, Verbindungen), metallische Werkstoffe, nichtmetallische Werkstoffe, Chemikalien (anorganische, organische), Mate- rialien ffir die Nukleartechnik und radioaktiven Abfall, technische Betriebsprodukte, geologisches Material, W/isser, biomedizinisches Material, sonstige Umweltproben. Hinzu kommen Oberflfichen und Dfinnschichten.

2.3 Zu analysierende Komponenten

In den vom Auftraggeber gelieferten Analysenmaterialien sind ganz unterschiedliche Komponenten zu analysieren. Es handelt sich dabei keineswegs nur urn chemische Elemente, sondern auch um Radionuklide, Isotopenverh/iltnisse, Pha- sen, chemische Verbindungen, Oberfl~ichen und diirme Schichten. Als Ordnungsprinzip wird die Einteilung der Baustufen der Materie verwendet, wie sie der Verfasser bei E. Lange [3] kennengelernt hat. Ihre sinngem/ilSe Erweite- rung [10] ffihrt zur Einteilung in die verschiedenen Baustufen der Materie nach Abb. 2. Danach liegt der Schwerpunkt der zu analysierenden Komponenten ffir die ZCH bei den chemischen Elementen, gefolgt von Radionukliden und Pha- sen. Gelegentlich fallen Isotopenverhfiltnismessungen an. Die Analyse yon Verbindungen beschr/inkt sich auf einfache

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anorganische Vertreter. Das groBe Gebiet der organischen Verbindungs- oder Molekiilanalyse ist in der ZCH defini- tionsgemfiB ansgektammert. Zur Oberflgchenanalyse steht die Ionenmikrosonde als Oberfl/ichen-Elementspurenanaly- se-Methode zur Verffigung. Mit ihr k6nnen zwei- und dreidi- mensionale Etementverteilungsprofile ermittelt werden. Die Ionenmikrosonde eignet sich auch zur Analyse diinner Schichten.

2.3.1 Elemente. In den ersten drei Berichtsjahren waren die folgenden chemischen Elemente halbquantitativ oder quantitativ zu be- stimmen: H, He, Li, Be, C, N, O, F, Na, Mg, AI, Si, P, S, C1, Ar, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Kr, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Xe, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sin, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, T1, Pb, Bi, Po, Rn, Ra, Th, U. Das sind 84 der 89 natiirtich vorkommenden Elemente des Periodensystems. Die fehlenden ffinf Elemente sind ebenfalts bestimmbar, wenn sie gefordert oder oberhalb der Nachweisgrenzen vorhanden sind.

2.3.2 Radionuklide. Der iiberwiegende Anteil der untersuchten Ra- dionuklide wurde fiber die Gammaspektrometrie identifiziert und quantitativ bestimmt. Grunds/itzlich sind nahezu aUe Gammastrah- ler bestimmbar, wenn ihre Aktivit/itskonzentration fiber die Nach- weisgrenze der vorhandenen Low-Level-Gammaspektrometrie- anordnung liegt. Da die Aktivit/itskonzentration vonder reziproken Halbwertszeit des Radionuklides abh~ngt, ergeben kurzlebige Ra- dionuklide wesentlich niedrigere Nachweisgrenzen. Alphastrahler werden durch Alpha-Spektrometrie in einer Grol3fl/ichen-Gitterio- nisationskammer analysiert. Nach Tabelle 1 wurden yon den damals fiber 2200 bekannten Radionukliden etwa 144 analysiert.

2.3.3 Isotope. Bei der Elementbestimmung dutch Funken-Massen- spektrometrie fallen die Isotopengehalte oder -konzentrationen jedes einzelnen bestimmbaren Elementes ungefordert an, da aus deren Konzentration die gesuchte Elementkonzentration berechnet wird. Auf diese Weise wurden, ungefragt, bei diesen Elementanalysen von den 287 damals bekannten stabilen Isotopen nach Tabelle 1 etwa 261 gemessen.

Folgende Isotopenverhfiltnisse wurden mit der Thermionen- Massenspektrometrie bestimmt: Li-Isotope in LiF; Li-6, Li-7 in Lithiumverbindungen; Isotopenverh/ittnisse in Er, Sm, U.

2.3.4 Phasen und Mehrphasensysteme. Die analysierbaren Proben richten sich nach den in der ZCH verffigbaren Analy- senmethoden. Die Analyse von Phasen und Mehrphasensy- stemen erfolgt ausschliel31ich durch R6ntgendiffraktome- trie. Ffir Pulver oder potykristalline Substanzen steht die R6ntgenpulver-, ffir Einkristalle die Kristallstrukturanalyse mit Vierkreisgoniometer zur Verfiigung. Die iiberwiegende Anzahl der Kunden kommt aus der Festk6rperforschung. Das Computerprogramm zur Auswertung von Pulverdif- fraktogrammen berficksichtigt fiber 40000 kristalline Pha- sen. Davon wurden in den ersten drei Berichtsjahren nach Tabelle I etwa 152 bestimmt.

Weitere Phasenanalysen betrafen 1980 bzw. 1983 die folgenden Legierungen oder Verbindungen.

Phasenanalyse durch R6ntgenpulverdiffraktogramme: BaCu2Mo6Ss; GdS, Gd2Ss, Gd3S4; Ceo.sSco.~A12; Ceo.6Sco.4A12; Ceo.sSco,vA12; Ceo,9Yo,lAt2; Ceo,75Yo,35A12; Ceo,6Yo,4A12; CeoisYo,sA12; BaMo6.aSs; Ctt3,0BaMo6.sS8; Ni-Zn-Legierung; Ceo,6Seo,4Alz; Ceo.4Sco,6Al2; TmFe, TmSeo,,5, TmSeo,sTeo,5, TmSeo,69Teo,31; ThA12, ThCu2Si2; CeNi2, UA12, UPt3; RbMo6Se7,6; UA14, ThPd; Kohleflugasche, Fremdphasen in CePd2, LaPd3, UNis, CePt, TmSeo,asTeo,13, Eul,0M06.3, Ss; ThNis; Ndo,osCeo,95Pd3; Pro,osCeo,95Pd; Tmo,osLao,95Pd3,

Tabelle 1. Im Analysendienst der ZCH von 1976 bis 1978/79 analysierte Radionuklide, stabile Isotope und kristalline Phasen

144 yon i~ber 2200 bekannten Radionukliden

H-3, Be-7, C-11, F-18, Na-24, Mg-27, A1-28, Si-31, C1-38, At-41, K-40, K-42, Ca-47, Ca-49, Sc-46, Sc-47, Ti-51, V-48, V-52, Ca-51, Mn-54, Mn-56, Fe-59, Co-55, Co-56, Co-58, Co-60, Co-60m, Ni-57, Ni-65, Cu-61, Cu-64, Zn-65, Zn-69m, Ga-66, Ga-67, As-76, Se-75, Br-80, Br-82, Kr-79, Rb-86, Sr-85, Zr-95, Zr-97, Nb-95, Nb-97, Mo-93m, Mo-99, Tc-95, Tc-96, Tc-99, Ru-103, Rh-104m, Ag-104, Ag-ll0m, Cd-115, Cd-117, In-ll4m, In-116m, Sb-122, Sb-124, Sb-125, Te-131,1-128, I-131, I-133, Xe-125, Xe-127, Xe-133, Xe-135, Cs-134, Cs-136, Cs-137, Ba-131, Ba-133, Ba-135m, Ba-137m, Ba-139, Ba-140, La-140, Ce-141, Ce-143, Ce-144, Pr-142, Pr-144, Nd-147, Sm-145, Sm-153, Eu-152, Eu-154, Eu-155, Eu-156, Gd-153, Gd-159, Tb-160, Dy-165, Ho-166, Tin-170, Yb-169, Yb-175, Yb-177, Lu-170, Lu-171, Lu-172, Lu-176, Lu-177, Hf-175, Hf-181, Ta-182, W-181, W-187, Ir-192, Pt-197, Pt-199, Au-198, Au-199, Hg-197, Hg-197m, Hg-203, T1-208, Pb-210, Pb-212, Pb-214, Bi-214, Po-210, Po-216, Rn-220, Ra-224, Ra-226, Th-228, Th-232, Th-233, Pa-233, U-234, U-236, U-238, Np-239, Pu-238, Pu-239/240, Pu-242, Am-241, Cm-242, Cm-244 Darfiber hinaus k6nnen die meisten iibrigen Gamma- und Alpha- strahler in Konzentrationen oberhalb der Bestimmungsgrenze gemessen werden

261 yon etwa 287 bekannten stabilen Isotopen

H-l, H-2; Be-9; B-10, B-11; C-12, C-13; N-14, N-15; O-16, O-18; F-19; Na-23; Mg-24, Mg-25, Mg-26; AI-27; Si-28, Si-29, Si-30; P-31; S-32, S-33, S-34; C1-35, C1-37; K-39, K-41; Ca-40, Ca-42, Ca-43, Ca-44, Ca-46, Ca-48; Sc-45; Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49, Ti-50; V-50, V-51 ; Cr-50, Cr-52, Cr-53, Cr-54; Mn-55; Fe-54, Fe-56, Fe-57, Fe-58; Co-59; Ni-58, Ni-60, Ni-61, Ni-62, Ni-64; Cu-63, Cu-65; Zn-64, Zn-66, Zn-67, Zn-68, Zn-70; Ga-69, Ga-71; Ge-70, Ge-72, Ge-73, Ge-74, Ge-76; As-75; Se-74, Se-76, Se-77, Se-78, Se-80, Se-82; Br-79, Br-81 ; Rb-85, Rb-87; Sr-84, Sr-86, Sr-87, Sr-88; Y-89; Zr-90, Zr-91, Zr-92, Zr-94, Zr-96; Nb-93; Mo-92, Mo-94, Mo-95, Mo-96, Mo-97; Mo-98, Mo-100; Ru-96, Ru-98, Ru-99, Ru-100, Ru-101, Ru-102, Ru-104; Rh-103, ; Pd-102, Pd-104, Pd-105, Pd-106, Pd-108, Pd-110; Ag-107, Ag-109; Cd-106, Cd-108, Cd-110, Cd-111, Cd-112, Cd-113, Cd-ll4, Cd-116; In-113, In-ll5; Sn-ll2, Sn-114, Sn-115, Sn-116, Sn-117, Sn-118, Sn-119, Sn-120, Sn-122, Sn-124; Sb-121, Sb-123; Te-120, Te-122, Te-123, Te-124, Te-125, Te-126, Te-128, Te-130; Cs-133; Ba-130, Ba-132, Ba-134, Ba-135, Ba-136, Ba-137, Ba-138; La-138, La-139; Ce-136, Ce-138, Ce-140, Ce-142; Pr-141 ; Nd-142, Nd-143, Nd-144, Nd-145, Nd-146, Nd-148, Nd-150; Sm-144, Sm-147, Sm-148, Sm-149, Sm-150, Sm-152, Sm-154; Eu-151, Eu-153; Gd-152, Gd-154, Gd-155, Gd-156, Gd-157, Gd-158, Gd-160; Tb-159; Dy-156, Dy-158, Dy-160, Dy-161, Dy-162, Dy-163, Dy-164; Ho-165; Er-162, Er-164, Er-166, Er-167, Er-168, Er-170; Tm-169, Yb-168, Yb-170, Yb-171, Yb-172, Yb-173, Yb-174, Yb-176; Lu-175, Lu-176; Hf-174, Hf-176, Hf-177, Hf-178, Hf-179, Hf-180; Ta-180, Ta-181 ; W-180, W-182, W-183, W-184, W-186; Re-185, Re-187; Os-184, Os-186, Os-187, Os-188, Os-189, Os-190, Os-192; Ir-191, Ir-193; Pt-190, Pt-192, Pt-194, Pt-195, Pt-196, Pt-198; Au-197; Hg-196, Hg-198, Hg-199, Hg-200, Hg-201, Hg-202, Hg-204; T1-203, T1-205; Pb-204, Pb-206, Pb-207, Pb-208, Bi-209; Th-232, U-233, U-234, U-235, U-236, U-238. Die gemessenen Isotopengehalte wurden nut zur entsprechenden Elementbestimmung ben6tigt

Von iiber 40000 berficksichtigten kristallinen Phasen

CaHgx; CaHg3 : 6; CaHg3; CaHg2; CaHg; Ca3Hg2; CasHga; CazHg; Ca3Hg; MgHg2; MgHg; MgsHg3; Mg2Hg; Mg3Hg, Cr7C3, CraC, Cr3 C2, Feo: 66M03 : 3384; Fe2Mo6 : 35S8 ; Zr; Zr3Zrl 2 , ZrZn: ; MgO; Ceo: 9Lao: 1A12; Tmo: 9Lao: 1Ale; Quarz; Dolomit; Calcit; Ankerit; Albit; Anorthoklas; Muskowit; Kalsilit; Orthoklas; Mikroklin; Polyazetylen; Polyphenylen; CePt2; Mo6STJ ; Mo6S6TeJ ; Feo: 5Mo6SeJ2 ; NiA1; NiA13 ; NiSi2 ; Ni2Y; Ni5Y; NisPr; AuGa2; ErPd3; TbPd3; CeCu2Si2; SINAI2; DyA12;

TabeUe 1 (Fortsetzung)

V ) ri%e

TmAl2; Ceo:sSco:zAl2; Ceo:6Sco:~Al2; Ceo: 5Sco: 5A12; Ceo:4Sco:6 A12; Pro:osYo:95Pd3; Pro:osYo:95A12; Ndo:osYo:9sPd3; Ndo: osYo: 9sAlz; Dyo: oTYo: 9aPd3; Dyo :osYo: 95A12; Ero: o5Sco :95Pd3; Ero: osLao: 95Pd3; Euo: osYo: 95Pd3; Tbo: o4Sco: 96A12; Tbo: o4Yo: 96A12. Tmo: ozYo: 9sPd3; Hoo: 06Yo: 94Pd3; Ceo: 06Lao : 9r ; YPd3 ; MoSz; Cu6Pt9Ges; Cu6ResGes; Cuo: 5Mo6S6TeJ; Cu2Mo~RezSs ; CeCuSi; Pd; Gd2S3 ; GdaS4; GdS; Agl: 15Cuo: 5Mo6:3S8 ; Agx: 5M06:388; Pbt: 07Cuo : 5M06:3S8; Pbl: 07M06 : 76S8 ; AgCu-Mo6 : 3S8 ; La2PtsGe8 ; Yb3PtsGe8 ; BaMo6: 3Ss; NdYA12; TbYA12; TbScA12; CeLaPd3; BaO �9 A1203 - 2 SIO2; PbO �9 ZrO2; PbOl: 55 �9 BaO - TiO2; 2 BaO �9 TiO2 �9 2 SiO2 ; Cuo: sBaMo6 : 3Ss; Mo3Te4; SrO �9 ZrO2; 3 SrO �9 2 ZrO2; 4 SrO - 3 ZrO2; 6 SrO �9 9 A1203 - 2 SiO2; RuO2; Ru(NO3)2; CsNO3; Ba(NO3)2; Sr(NO3)2; BaMoOr NH~NO3 ; SrMoO4; (NH4)6Mo7024; SrMoO3 ; (NH4)r La2Mo4015; MoO3; Ce(NO3)3; Sm6MoOi 2; La(NO3)3; La203; LazMoO6; Ce(OH)3; Sm2MoO6; (UO2)(NO3)2 - 6 H20; (UOz)MoO4 �9 4 H20; U4MosOls(OH)2; UO3 " H20; Nd2MoO6; NdO(OH); Nd(OH)3; ZrMo2Ov(OH)2 �9 2 H20; Ag2MoO4; Ag2M0207; AgNO3; Ag20, CdMoO4; CdO; (NH4)zOM01r (NH4)2(OMo22046 ; SmO2; Sm304; Sb204; Sb205 ; Sm3(OH)4; Te205 ; Te(OH)6; RbN03 ; Rb2M04; Ru; Zr02

Ero,osLao,95Pd3; U56Pt44, UPd3, UCu4Pd, UCus, LaPt2; A16o,sHg39,5, ThPd2, YbAI2, CePd3, YbAI3; UAI2; Mg47,sA142,5; YbCuA1; ThPt3; Tmo,osLao,95Se; Tmo.o5Lao,95; Tmo,osYo,95Se; ThPt2, CeNis, LaNis, CePdA1, La3Pd3, LaPd2; LaPdA1, LaNi, Pd3Ta, CePd, TiPd, LaPd; Ta Pd; Ti Ni, NiA1; TaPd3; LaNi2, AlPd, TiPd3; CeNi, La3Ni, CePdA1; TmAI2; CePt2; PrNis; LaNi, ThPt2, LavPd3, Ni3A1, PrA13, LaPd3, NdPd3, LaPd; SrMo6Ss; Dyx,45Mo6.aSs; FeMo6Ses; ErFeMo6Ses; Au-Bi- Legierungen; PrAu, PrAu2; Wasteproben; NiO-Diaphragma, NiO auf Ni-Netz; Spinellabseheidungen auf Elektrode; Korundnachweis in Pt-Ir-Legierung; Syntheseprodukt aus BaO �9 A1203 - 5 TiO2; 7-TuFeH2; Pb-Ir-Schichten; Co203 �9 A1203 �9 6 TiO/; Ago,gMno,x; Ago,95Mno,os; Pdo.9Nio,1; Pdo,9Nio,os; Inconel, Hastelloy, Nimonic-Legierungen; DyMo6Ss; Feo,6Mo6Se8; TiO2 auf Fremdphasen; LaCrO3; DyC13 �9 6 H20, DyOCI; Borosilikatglas, mit und ohne RuOz-Zusfitzen; Ero,olCeo.99Pd3; Dyl,IMo6Ss; GdMo6Ss; PtIr auf Korund; SYNROG-Waste; Dyx,osMo6.3S8.

Strukturanalysen durch R6ntgendiffraktometrie von Einkristal- len: Strukturbestimmung yon SrMo6Ss. Gitterkonstantenbestim- mungen yon NH4C1, NHcBr, NH4J; UO2, ThO2, UOz/ThO2; RhvTTi3~Mn66; Rhv~Ti4oMn6o; RhvsTh4oMn6o; RhvsTi4oMn6o; Rh76Ti4sMn55; Ti4oMn6oH641D351 ; Ti4oMn6oD; Eu; Mo6Ses.

2.3.5 Verbindungen. Die Analyse organischer Molekfile ist definitionsgem~B ausgeschlossen. Es werden lediglich einfachere anorganische Verbindungen untersucht, z.B. Gasge- mische aus Reaktorstrahlrohren und Gaskfihlkreislauf f/it die beiden FRJ-Reaktoren mit Gas-Chromatographie. In begrenztem Umfange steht die Fourier-Transform-IR-Spek- trometrie ffir die Bestimmung yon anorganischen Molekiilen und Molekiilgruppen zur Verfiigung.

2 .3 .60ber f l i i chen und dfinne Schichten. Die Oberflfichen- und Schichtenanalyse richter sich nach den vorhandenen Gerfiten. Oberfl/ichenanalysen k6nnen in der ZCH nur mit der Ionenmikrosonde nach dem Prinzip der Sekundfirionen- Massenspektrometrie ausgeffihrt werden. Diese erfal3t im allgemeinen die obersten zwei bis drei Atomlagen. Damit lassen sich einzelne Punkte auf Oberfl/ichen, aber aueh ganze zweidimensionale Oberfl/ichenverteilungen und zus~itzlich durch Tiefenprofile in dritter Dimension r/iumliche Element- verteilungen untersuchen. Die Bestimmungen sind jedoch meist nur halbquantitativ.

579

Die Oberfl/ichenanalyse mit der Ionenmikrosonde umfal3te zum Beispiel Tiefenprofilmessungen •r Cu in Deckschichten, Homoge- nit/itsprtifung der Oberfl~che eines Schlackensteines fiir verschiedene Elemente; Elementverteilungen an der Oberflfiche von Rh; von Ir, Mo, N2, 02 in Metalloberfl/ichen; metallische Deckschichten auf Katalysatoren; Verteilung yon Dy, Er, Gd, Tb in Oberfl~ichen- schichten; Verteilung von D bzw. D2 in Oberfl/ichen von amorphen Si.

2.3.7 Zusammenfassung. Zu analysierende Komponenten eines gegebenen Materialgemisches sind, nach Baustufen der Materie geordnet, Atomkerne (stabile Nuklide, Radio- nuklide), Isotope, Elemente, Verbindungen, Einzelphasen, Mischphasensysteme, Oberflfichen. Ein Sonderfall sind Dfinnschichten mit ca. < 100 Atomlagen.

Frfiher bezeichnete man als ,,chemische" Analytik nur die Analyse von Elementen und Verbindungen. Stabile Iso- tope geh6rten in die Atomphysik, Radionuklide in Kernphy- sik und Radiochemie, reine Phasen und Mischphasensy- steme in die Kristallographie und Mineralogie; Oberflfichen in die Grenzfl/ichenphysik. D/inne Filme wurden ein Unter- suchungsobjekt vor allem in den letzten zehn Jahren bei der Materialuntersuchung ffir die Informationstechnologie [9].

Eine gute Obersicht fiber die in verschiedenartigsten Ma- terialien zu erwartenden Elemente erm6glichen die H/iufig- keitsverteilungen nach Abb. 3.

2.4 Konzentrationsbereiche

Die geforderten Elementbestimmungen bewegen sich innerhalb weiterer Konzentrationsbereiche und reichen yon Haupt- fiber Neben- bis zu extrem niedrigen Spurenbestand- teilen. Hauptbestandteile sind dabei definiert durch Konzen- trationen von 100 bis 1%, Nebenbestandteile von 1 -0 ,01%, Spurenbestandteile unter 0,01%, entsprechend 100ppm bzw. gg/g. Einen Eindruck von den in unterschiedlichen Materialien zu erwartenden ganz verschiedenen Konzentra- tionsverhfiltnissen der Elemente gibt Abb. 3 in einer f3ber- sicht. Darin ist auch zwischen Haupt-, Neben- und Spuren- bestandteilen unterschieden.

2.5 Reproduzierbarkeit, Richtigkeit

Reproduzierbarkeit und Richtigkeit der in Auftrag gegebenen Materialanalysen bewegen sich ebenfalls innerhalb weiter Grenzen. Hier klafft haufig ein starker Unterschied zwischen Forderung und sinnvoll Machbarem. Die Erfahrung hat gezeigt, dab sich der Auftraggeber hfiufig nicht im klaren ist, welchen Spielraum er bei seiner Problemstellung noch tolerieren kann. Er bedarf bei der Entscheidung darfiber hfiufig der Hilfe des Analytikers. Oft kommt die allgemeine Forderung ,,So prfizise und so richtig wie m6glich". Eine eingehende Diskussion ergibt dann in den meisten Ffillen, dab dies nicht erforderlich ist. Wollte man kritiklos alle diese Forderungen erffillen, wfirde sich der Analysenaufwand ver- vielfachen. Hfiufig genfigen Ergebnisse, die mit geringerem Aufwand durch Multielement-Obersichtsanalysen erhalten werden k6nnen. Wie genau soll analysiert werden? Man unterscheidet qualitative, semiquantitative, quantitative und Prfizisionsbestimmungen (St6chiometriebestimmung, Kern- brennstoffkontrolle).

2.6 Schnelligkeit

Oft wfinscht der Auftraggeber eine ,,sofortige" Analyse innerhalb von Stunden oder wenigen Tagen. Dieser Forde-

580

rung stehen die begrenzten M6glichkeiten des Analysendien- stes, der ffir viele Auftraggeber besch/iftigt ist, gegen/iber. Mit gutem Willen beider Seiten wird sich jedoch meist ein tragbarer KompromiB erzielen lassen.

2.7 Teile einer MateriaIprobe

Die zu untersuchenden Teile einer festen Materialprobe sind (a) der Materialkern (bulk) als dreidimensionales Volumen, meist einschliel31ich Oberflfiche, (b) Oberflfichen (surface) als zweidimensionale Flfichen (Mono-, Bi-, Tri-Atomlagen usw., Schichten mit Dicken v o n < 1 gin), (c) D/innschichten (film) mit Kern und zwei Oberflfichen, Dicken ca. < 100 A, (d) punktf6rrnige Mikrobereiche als fast eindimensionale Punkte.

2.8 Zweck der Analyse

Unterschiedliche Ziele, f/Jr die eine Analyse ausgeffihrt wird, sind die (a) wissenschaftliche Ermittlung der Zusammenset- zung eines Materials dutch Mono- oder Multikomponenten- analyse, (b) Materialcharakterisierung, (c) Identitfitsprii- fung, (d) St6chiometriebestimmung einer Verbindung oder Mischphase, (e) Prozel3kontrolle, (f) Produktqualitfitskon- trolle, (g) On-line-Analyse, (h) Grenzwert/iberwachung, (i) Schadensermittlung bei Unffillen und St6rffillen.

3. Konzept

Das Konzept des Analysendienstes ergibt sich aus den vor- ausgehend beschriebenen Anforderungen. Mit Abstand an erster Stelle stehen hinsichtlich der Komponenten die Ana- lyse yon Elementen, gefolgt von Radionukliden. Da beide fihnliche Analysengfinge aufweisen, die sich oft nur in der Art der physikalischen Mel3methode unterscheiden, k6nnen beide gemeinsam abgehandelt werden.

3.1 Stabile Isotope, Molekiile, Phasen

In ihrer Natur grunds/itzlich verschieden sind Analysen- gfinge ffir Molekiile bzw. chemische Verbindungen, die hier ausgeklammert werden. Der Vielzahl von Bestimmungsme- thoden in der Elementanalytik entspricht in der Molek/ila- nalyse eine breite Palette an Trennmethoden. Daran an- schlieBend werden relativ einfache und gleichartige Bestim- mungsmethoden verwendet. In der ZCH steht die Gas-Chro- matographie zur Analyse yon Gasgemischen zur Verftigung, wie sie bei der Kiihlgasfiberwachung der beiden Forschungs- reaktoren FRJ-I und FRJ-2 erforderlich ist. Mit der vorhandenen Fourier-Transfer-IR-Spektrometrie werden vorwiegend anorganische Molekfile und Molekfilgruppen unterschiedlichster Art untersucht.

Die Analyse von Phasen und Mehrphasensystemen erfolgt ausschliel31ich durch R6ntgendiffraktometrie von Pul- vern sowie Einkristallen. Unbekannte Phasengemische werden mit Hilfe des Rechenprogrammes des Joint Committees on Powder Diffraction Standards (JCPDS) aus den gemessenen Reflexen der Pulverdiffraktometrie identifiziert. Man erh/ilt eine ganze Reihe von Analysenvorschlfigen ausgedruckt, die nach abnehmender Wahrscheinlichkeit angeord- net sind. Vor der eigentlichen Messung ist in den meisten F/illen lediglich eine mechanische Probenvorbereitung zur Herstellung yon Pulvern mit geeigneten Eigenschaften erforderlich. Die weitergehende Kristallstrukturanalyse erfordert

die Prfiparation von Einzelphasen in Form von kristallogra- phisch orientierbaren und definierten Einkristallen. Sie wird in der ZCH nur gelegentlich zur vollst~indigen Strukturbe- stimmung bis zu den Atomlagen, hfiufig jedoch zur Bestim- mung yon Gitterkonstanten und deren Ver/inderungen her- angezogen.

Die Analyse stabiler Isotope ffillt ungewollt bei der Elementanalyse durch Funkenmassenspektrometrie an, wird jedoch nur selten ben6tigt, da in der Natur im allgemeinen die Isotopenverh/ittnisse der Elemente konstant sind. Eine pr/izisere Isotopenverh/iltnismessung erfolgt mit dem Thermionenmassenspektrometer. Hierftir ist das zu bestim- mende Einzelelement vorher durch chemische Probenvorbe- reitung in reinster Form zu pr~iparieren. Selbst Spuren be- nachbarter Elemente, deren Massenzahl diejenige der Iso- tope des zu bestimmenden Elementes fiberlappen, mfissen entfernt sein. Die Prfiparierung erfolgt auf einem metallischen Tr/iger.

3.2 Elemente und Radionuklide

Die chemische Analyse yon Elementen und Radionukliden wurde frfiher in der sogenannten ,,anorganischen" Analyse und ,,radiochelnischen" Analyse abgehandelt. Beide lassen sich jedoch unter gemeinsamen Gesichtspunkten betraehten.

Nach Kapitel 2 ergibt sich aus etwa 85 stabilen Elemen- ten, 12 Materialklassen mit fiber 250 zu analysierenden Ma- terialtypen (nicht etwa Einzelmaterialien) eine nahezu un- fibersehbare Vielzahl von Kombinationsm6glichkeiten ffir Analysenproben, die alle zumindest im Prinzip analysierbar sein mfissen. In der Sprache des Physikers ausgedrfickt handelt es sich um ein Beispiel eines extremen Vielteilchenpro- blemes.

Zu seiner L6sung kann man yon zwei entgegengesetzten Gesichtspunkten ausgehen. Dem systemanalytisch orientier- ten Management einer Forschungseinrichtung oder eines Betriebes wfirde es zun~ichst naheliegen, alle vorhandenen Forschungs- und Entwicklungsvorhaben auf dabei anfal- lende Analysenprobleme hin durchzusehen, dazu noch diejenigen aus der Infrastruktur hinzuzunehmen und sich metho- disch und hinsichtlich der Laboreinrichtung ausschlieBlich auf diese zu konzentrieren und einzurichten. Das ist der extrem materialorientierte Standpunkt. Er hat den Vorteil, dab er zun/ichst gut fiberschaubar ist. Der groge Nachteil besteht jedoch darin, dab er nicht flexibel ist und h/iufig zu Doppel- und Mehrfachanschaffungen yon Analysenmetho- den und entsprechendem erfahrenen Personal ffihrt. Ftir neu hinzukommende FE-Aufgaben mfiBten jeweils neue Metho- den und Laboratorien eingerichtet und eingeiibt werden, w/ihrend alte m6glicherweise fiberfltissig werden. Das nimmt lange Zeit in Anspruch und kann zwei bis drei Jahre erfordern. P16tzlich unerwartet anfaltende Probleme oder St6r- f/ille k6nnen nicht ausreichend bearbeitet werden [11].

Da die Bedarfsanalyse ergeben hat, dab praktisch alle stabilen Elemente des Periodensystems sowie nahezu alle Materialklassen in dieser oder jener Form zu analysieren sind, ist der entgegengesetzte Standpunkt der Methoden- orientierung nach einem neuen Gesichtspunkt der mit Ab- stand zweckmfigigere [H].

3.3 Baukastensystem der Analysenteilschritte

Die Ausffihrung der chemischen Analyse einer gegebenen Materiatprobe erfolgt mit Hilfe eines spezifisch dafiir ausge-

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wfihlten und zusammengestellten Analysenganges. Fragt man sich, was allen unterschiedlichen Analyseng/ingen ftir die oben genannten, vielffiltigen Analysen-und Materialpro- ben gemeinsam ist, so kommt man zu den Teilschritten eines Analysenganges.

Nach einer in der Wissenschaft allgemein fiblichen und eleganten Methode sei bier vom kompliziertesten und daher allgemeinsten Fall eines Analysenganges zur L6sung eines beliebig komplizierten Problemes der Elementanatyse in beliebigen Materialien ausgegangen. Die hierfiir gefundene allgemeine L6sung enth~ilt alle denkbaren einfacheren Spezial- f/itle in sich eingeschlossen. Daher kann es hierbei keine fiberraschenden oder neu hinzukommenden Sonderf~ille geben, die zumindest grunds/itzlich nicht bearbeitet werden k6nnten.

Immer wiederkehrende Analysenteilschritte sind die Pro- benahme, mechanische und chemische Probenvorbereitung, Messung des physikalischen Analysensignales, Auswertung und Beurteilung der erhaltenen Megdaten, deren Deutung und Beweissicherung.

Geht man systematischer vor und sucht alle in der geschilderten Vielzahl yon Analysenproblemen vorkommenden Teilschritte, so ergeben sich folgende 14 Teilschritte [t0], die meist in der angegebenen Reihenfolge auftreten:

I. Formulierung einer definierten Fragestellung, die durch das gewiinschte Analysenresultat beantwortet werden soll und kann.

2. Probenahme 3. Probenvorbereitung (mechanisch) 4. Veraschung 5. Aufschlul3 6. Aufl6sung 7. Vorkonzentrierung 8. Trennung 9. Messung des physikalischen Signales

- Bruttomessung - spektrale Messung - Kalibrierung

10. Datenverarbeitung 11. Datenbeurteilung 12. Qualit/itskontrolle 13. Protokollierung und Dokumentierung 14. Beantwortung der eingangs gestellten Frage. Bei der Aktivierungsanalyse kommt noch der Teilschritt

der Aktivierung mit Reaktorneutronen oder geladenen Teil- chen vor Schritt 9 hinzu.

Der Grundgedanke des neuen ,,Baukastensystems der Analysenteilschritte" besteht nun darin, sich fiir jeden Teil- schritt apparativ, laboratoriumsmfiBig und personell einzurichten. Dann 1/iBt sich daraus, gewissermagen nach einem Baukastensystem, jeder beliebig schwierige und komplexe Analysengang ohne groBe Vorbereitungen sofort zusam- mensetzen und damit auch jedes noch so komplizierte Ana- lysenproblem 16sen. Die Kunst des Analytikers ist es dabei, aus Zweckmfil3igkeitsgrtinden so viele Teilschritte wie m6g- lich zu vermeiden, um Arbeitszeit und Kosten zu sparen.

Die einzelnen Analysenschritte haben unterschiedliche Bedeutung hinsichtlich ihres Einflusses auf Reproduzierbar- keit und Richtigkeit des gewfinschten Analysenresultates. Diese wird von AuBenstehenden h/iufig ganz falsch einge- schfitzt. Meist wird die physikatische Messung des Anatysen- signales (Teilschritt 9) als der wichtigste, ja oft als einziger Analysenschritt gesehen. Dies ist zwar grunds/itzlich inso- fern richtig, als ohne die Messung des Analysensignales und

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+: unbedingt, (+): getegentlich, - : nicht edordedicher Analysenschritt

Aufbauprinzip der ZCH Horizontal: Physikalisehe MeSmethoden Vertikal: Obrige Anatysenschritte

Abb. 4. ~berlagerung einer horizontalen Gliederung nach physikalischen MeBmethoden (Schritt 9, S. 58I) mit einer vertikalen nach den iibrigen Analysenteilschritten (2--8 und 10- t 3)

seinen Bezug auf tats/ichliehe Konzentrationen kein quanti- tatives Analysenresultat zu erhalten ist. Hinsichtlich der Fehterm6glichkeiten ist jedoch die physikalische Messung hier einer der genauesten und am besten reproduzierbaren Analysenteilschritte. Es lassen sich meist durchaus Reprodu- zierbarkeiten und auch Richtigkeiten in der Gr6Be yon + t bis _+ 5% erreichen [9, 10]. Demgegenfiber ist die chemische Probenvorbereitung weitaus st6ranf~illiger. Veraschung und Aufschlisse k6nnen Fehler in der Gr6Benordnung yon 100 bis etwa 300% bewirken [6, 8]. Der mit Abstand st6ranfillig- ste Analysenschritt ist gleich der erste, die Probenahme [6]. Wird bier der erste Hauptsatz der chemischen Analyse - die im MeBger/it gemessene Analysenteilprobe muB exakt genau die gleiche mittlere Zusammensetzung haben wie die zu beurteilende Gesamtmenge der Analysenprobe - ver- letzt, so k6nnen Analysenfehler von weit fiber 1000% auftreten ! Aber selbst bei der Datenverarbeitung und Datenbeur- teilung kann es Probleme geben [7]. Man nimmt gemeinhin an, dab die Datenverarbeitung fehlerlos sei. Beachtet man jedoch z. B. den Typ der Verteilung der erhaltenen Analysen- daten nicht und nimmt ffir die statistische Datenkonzentrie- rung eine GauBsche Normalverteilung an, w~ihrend tatsfich- lich logarithmische Verteitungen vorliegen, so k6nnen bei niedrigen Spurenelementkonzentrationen die Mittelwerte eines Datenkollektives Fehler von bis zu _+ 50% bei den Mit- telwerten (!) aufweisen [7].

Daraus ergibt sich, dab nicht nur Teilschritt 9, sondern auch mehrere andere Teitschritte yon groBer Bedeutung ftir die Zuverl/issigkeit des erhaltenen Analysenresuttates sind und entsprechend gewissenhaft bei der Einrichtung des La-

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boratoriums und der Ausffihrung der Analysen beriicksich- tigt werden miissen.

3.40rganisation des Laboratoriums

Die Einrichtung des Laboratoriums ffir den zentraten chemischen Analysendienst mug alle erwfihnten 14 Teilschritte berficksichtigen.

Mit Abstand am aufwendigsten sind die modernen Groggerfite ffir die Messung des physikalisehen Analysensi- gnales nach Teilschritt 9. Dies wird durch den Obergang zur Computerisierung, Teil- und Vollautomatisierung sowie von Mono- zu Multielementmethoden noch verstirkt. Die fachlich richtige Betreuung dieser Groggerfite erfordert viel Spe- ziaterfahrung. Anschaffungskosten, Wartungs- und Perso- nataufwand lassen es zweckm/il3ig erscheinen, das zentrale Analysenlaboratorium nach diesen physikalischen Bestim- mungsmethoden in Gruppen und Abteihmgen zu gliedern. Nach dem Schema von Abb. 4 kommt man damit ffir die Elementanalyse zu der horizontalen Einteilung in Metho- dengluappen ffir Radioanatytik, Massenspektrometrie, R6ntgenmethoden, Atomspektrometrie, Molekiilspektro- metrie, Elektroanalyse und klassisch-chemische Methoden.

Da hierbei jedoch nur Teilschritt 9, das Analysensignal, gemessen wird, bediirfen die iibrigen 13 Analysenteilschritte einer zusitzlichen Berficksichtigung. Andernfalls mtiBten sie in ~ihnlichem Umfang fiir alle diese sieben Methoden- gruppen eingerichtet und nebeneinander betrieben werden. Deshalb wird eine Ubertagerung der horizontalen Ein- teilung in die vertikaI angeordneten Analysenteilschritte

nach Abb. 4 notwendig. Die Einrichtung und der fachlich zuverl/issige Betrieb von Laboratorien ffir diese Teilschritte ist nicht so umfangreich und kompliziert wie auf den ersten Blick zu vermuten. Fiir die Probenahme geniigt es, eine Anzahl yon Probenahmeger/iten ffir unterschiedlichste Ma- terialien verf/.igbar zu haben. In einem grogen Zentrallabo- ratorium wird im allgemeinen ein erfahrener Analytiker (Wissenschaftler) mit ein bis zwei Hilfskr/iften geniigen. In einem kleineren Zentrallaboratorium wird ein graduierter Ingenieur ausreichen. Sie miissen sich mit den heute teilweise erst wenig verbreiteten qualitativen und quantitativen Ge- sichtspunkten einer reprfisentativen Probenahme vertraut machen. Da es sich um den Teilschritt mit der gr6gten Feh- lerm6glichkeit handelt, ist dies eine der verantwortungsvoll- sten Teilaufgaben. Nicht alle zentralen Analysenlaborato- rien haben bisher Fachleute fiir Probenahme.

Ffir die mechanische Probenvorbereitung wird man unterschiedliche Materialklassen unterscheiden. Fiir metaUi- sche und verwandte Materialproben ist eine kleine, jedoch nach spurenanalytischen Gesichtspunkten eingerichtete mechanische Werkstatt erforderlich. Sie wird Drehbank, Fr/ise, Bohrer, Diamantsfige, Polier- und Schleifeinrichtungen beinhalten. Es gibt bisher nur wenige derartige Werkst/itten, die konsequent nach spurenanalytischen Gesichtspunkten eingerichtet sind.

Ffir die Veraschungen wird im allgemeinen ein gr6geres chemisches Laboratorium ausreichen. Es sollte die wichtigsten modernen Veraschungsmethoden enthalten. Diese umfassen Trockenveraschung bei niedrigen Temperaturen im Sauerstoffplasma, Nagveraschung mit stark oxidierenden Sfiuren unter Normaldruck sowie bei hohem Druck in Bom- ben mit Teflon- oder Glaskohlenstoffeins/itzen, die NaBver- aschung bei niedrigen Temperaturen fiir groge Einwaagen von bis zu einem Kilogramm mit Wasserstoffperoxid sowie einige wenige Spezialmethoden. Aufschliisse, die meistens Schmelzen bei hoher Temperatur oder stark oxidierende Minerals/iuren bei Siedetemperatur verwenden, erfordern ebenfalls ein normales, ffir Arbeiten mit konzentrierten und aggressiven S/iuren (Perchlorsfiure) entsprechend eingerich- tetes chemisches Laboratorium.

Ffir die mechanische Probenzerkleinerung von nichtme- tallischen Feststoffen ist ein eigener Miihlenraum zweckm/i- Big, der etwa zehn verschiedene Arten von Mfihlen, Backen- brechern und Siebeinrichtungen zur Verffigung h/ilt. Ffir die Zerkleinerung von Gesteinen und Keramikteilen ist eine hydraulische Presse mit Driicken von bis zu 30 t empfehlens- wert.

Die Aufl6sung yon Veraschungs- und Schmelzaufschlug- riickstfinden erfolgt in normalen nag-chemischen Laborato- rien. Vorkonzentrierung und Trennung bedienen sich der gleichen chemischen Methoden, die in normalen nag-chemischen Laboratorien durchgefiihrt werden k6nnen. Man wird sich hier fiir F/illung, Ionenaustausch, Extraktion, Elektro- lyse, F1/.issig- und Gas-Chromatographie einrichten m/issen.

Die Verarbeitung der mit den instrumentellen Analysen- gerfiten (Teilschritt 9) gemessenen Analysendaten erfolgt heute hfiufig unmittelbar am betreffenden Gerfit selbst. Ein Datenverbund zu einem zentralen Rechner des Institutes oder der Forschungseinrichtung sowie ein Verbund untereinander sind wertvoll. Dadurch k6nnen die immer umfangreicher werdenden Auswertemethoden fiir einfachere Stati- stik, Datenkonzentrierung [7] und Chemometrie sowie Ge- r/ite zur Ausgabe umfangreicher Tabellen oder Grafiken besser genutzt werden. Der hierf/.ir vorgesehene Wissen-

schaftler mug Fachmann auf dem Gebiet des Rechnereinsat- zes, der Datenverarbeitung und Datenauswertung sein. ~lber ihn wird auch die Anschaffung aller Rechner und Rechenprogramme sowie die Einrichtung zentraler Ver- bundsysteme und Datenstrukturen im Zentrallaboratorium geleitet. Nach Ansicht des Verfassers ist eine zentrale Quali- t/itskontrolle ffir die erhaltenen Analysenergebnisse und Analysenberichte unverzichtbar. Ihre Leitung erfordert neben derjenigen der Probenahme die umfangreichsten analytischen und insbesondere spurenanalytischen Erfahrungen. Hierher geh6rt der nach dem Leiter der Zentraleinrichtung erfahrenste Analytiker der Abteilung, z.B. der Stellvertreter des Leiters der Zentraleinrichtung, der gleichzeitig die Infra- struktur leitet. Jeder Analysenbericht, der das Zentrallabo- ratorium in geschriebener Form verl/igt, sollte von dieser Qualit/itskontrolle abgezeichnet sein, sofern es sich nicht um einfache, auch in der Form immer wiederkehrende Berichte handelt. Hier mug die Aussagekraft der einzelnen Analysen- methoden, bei unterschiedlichsten Ergebnissen an der gleichen Probe richtig eingesch/itzt werden. Zu genaue Zahlen- angaben, die nicht den Realit/iten entsprechen, sind auf- oder abzurunden. Gegebenenfalls sind zus/itzliche Analysen von Standards oder Referenzproben zu veranlassen, die ge- fundenen Analysenwerte zu vergleichen und sich daraus ergebende Korrekturen anzubringen. Schlieglich ist auf fachlich richtige, klare und auch dem Auftraggeber verst/indliche Protokollierung zu achten.

Die Arbeitsgruppen ffir die vertikale Einteilung nach Analysenschritten wird man zweckm/iBigerweise in einer In- frastrukturabteilung bzw. -gruppe unterbringen. Die chemischen Probenvorbereitungs- und Trennungsschritte k6nnen bei angespannter Personalsituation gegebenenfalls auch der Abteilung ffir klassisch-chemische Analysenmethoden zuge- ordnet werden (Abb. 5).

Entscheidend wichtig fiir das Funktionieren und die gleichm/igige Entwicklung der unterschiedlichen Analysen- methoden ist, dab jede Methodengruppe grunds/itzlich gleichberechtigt nebeneinander steht. Das ergibt ein Organi- sationsschema, in dem etwa zehn verschiedene Methoden- gruppen unmittelbar der zentralen Leitung unterstehen. Wenn dies nicht zweckm/iBig ist, mug eine lockere Zusam- menfassung zu Abteilungen erfolgen. Einen idealisierten L6sungsvorschlag zeigt Abb. 5. Dort sind eine Infrastruk- turabteilung (Analysendienstmanagement, Probenahme, Datenverarbeitung und -beurteilung sowie zahlreiche Hilfsfunktionen), Abteilungen ftir Radioanalytik, Massenspektrometrie, R6ntgenmethoden, Atomspektrome- trie, Molekfilspektrometrie, Elektroanalytik und eine gr6- 13ere Abteilung fiir klassisch-chemische Analysenverfahren vorgesehen. Letztere kann als Unterabteilung die zentral ffir das gesamte Zentrallaboratorium ben6tigte Vorkonzentrie- rung und Trennung sowie Veraschung, Aufschlul3 und Auf- 16sung mit beinhalten. Falls diese Abteilung zu grog wird, faBt man zweckm/igigerweise die letztgenannten zentralen Teilschritte in einer gesonderten Unterabteilung Probenvor- bereitung und Trennung zusammen.

Eine Verwirklichung der idealen Struktur wird h/iufig durch augenstehende Gegebenheiten erschwert, z. B. histori- sche Vorgeschichte, personelle Zusagen, Besonderheiten des Betriebes oder Forschungsinstitutes, Mitbestimmungs- probleme u. a.

Die Zentralabteilung fiir Chemische Analysen hatte in der Berichtszeit das Organigramm Ivon Abb. 6. Hierin waren jedoch nicht nur fachliche Gesichtspunkte, sondern auch

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- Sample aflval - Programming - Mechanical: cutting, ~ralalag, - Mechanics - Computer attendance - Computer operation breaking grinding, powdering - Etecb~onics - Quaflty control of data - Statistical data treatment - Chemicah - Glass ware - Protocoding, archievlng of samples ashing, fusion, dissolut ion - Reagent purification - Sampling advice - Pre-concentratian, separation

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- - ~ R s d i o a n a l y s i s I . . . . |

i l=iadioaclivily measurement, I I Activation analysis' 1 n u c l e a r s p e c t r o m e t r y ,J : ~leactor neutrons - u - Charged part icles

(NaJ, Ge(Li), Gel - Delayed neutron - c~.Spectrometry counting (for U) (_ 13.Spectrometry ) - Others - Gross measurement

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- Separations - Tracer application - Radiography

-~ Ma=; Spectrometry (NSI' 1 i I ,

I S o l i d s M S I ] ( G a s MS) ] [ M i c r o p r o b e M S I - Spark source for inorganic gases - Ion microprobe (IMMA) - Laser source - Laser microprobe (LAMMA)

- - ~ " X . R a y M e t h ~ " ~ ' 1 t o n

[ ~ i r a y F l u ~ I I X - r a y d i f f r a c i l - Wave length dispersive - Powder - Energy dispersive - Single sryst:<ds - particle induced (PIXE)

' i . . . . . . I E l e c t r o n m i c r o p r o b e i

--[Atomic Spectrometry (ASi' ~ I . . . . . . I [Atomic Emission (AES)t [At;mtcAbsorption/Fluorescence ...... I

- Spark*AES - Atomic absorption (AAS) - ICP-AES - - f l a m e , - - e lectrotherm~,

- - hydride method - Atomic fluorescence CAPS)

- - !CP-AFS

Spe�9 i (For i no rg~ la son,pounds only) I

L!n'~arad s ~ ~orimletryt 11 sper176176 - Near infrared (NIRS) - Laser-Fluorimetry (UV/VIS) - Fourier-transform IRS - Spacfrofluorimetry

- - { e l e = t r o a n a l y s i s } 1 ,

[ - - ,,,I-- T ...... I'"'"'v0itammetryll I I Potent iometry I I c ~ 1 7 6

- Polarography - pH-, - Galvanostaflc - Anodic str ipping - Metal-, - Potentiostatic

voRammetry - Ion sensitive electrodes

q

J C o n d u c t o m e t r y . . ]

- - - [ C l a s s i c a l - c h e m i c a l M e t h o d s , , ~ - - I I I 7 ,.

D e t e c t i o n / D e t e r m i n a t i o n [ [ P r a c o n c e n t r a t i o n , S e P a r a t i o n I [ S a m p l e P r e p a r a t i o n I - Qualitative analysis " - Precipfl~tion (if not under infrastructure) - Tgdme|~y - Solvent extraction - Mechanical: - Gravimetry - Ion exchange cutting, fraislag; breaking, grinding - Photometry - Liquid a r~ gas chrOrn~atography - Chemical:

Ashing, fusion~ dissolution

- Preconcentraflon

Depending on the type of chemical analysis service ZCH e.g.

T r a c e A n a l y s i s ' o f R a d i o n u c l i d ' e s I - Low-Level v-Spectrometry - Low-level ~-Spectrometry - Sample preparation for both - Emanometry for nn*g~2, Ra-22fl

O t h e r f u n c ~ o n s

By members of different groups; (a) Data structure and computer Chard- and softwarei; product storage for (b) chemicals, (c i glass ware, Cdi precious metals and (el gas cylinders; (f) l ibrary supervision; (gi wa- ter purification, {h) gas supply, (i) record of- floe for archieving old samples and r~orts; {j) apprentice training; (ki pamphlet col lec- t ion; (it col loquia and semina@s, (m) radi~lion protection, (nl laboratory safety.

Abb. 5 Idealisiertes Organigramm eines zentralen Analytiklaboratoriums, das nach dem Baukastensystem der Analysenschritte aufgebaut ist

5 8 6

C h e m i c a l A n a l y s i s S e r v i c e D e p a r t m e n t ]

E x a m p l e T

- Head I Secretary's office Administration

- Infrastructure

- Radioanalysis

- Mass Spectrometry

- X-ray Methods

- Atomic Spectrometry

- Molecular Spectrometry

- Electroanalysis

- Classical-Chemical Methods

- Other Methods

E x a m p l e 11"

- H e a d 1

Secretary's office Administration

- - Infrastructure

- - Radioanalysis

" M a s s Spectrometry X-Ray Methods

- A t o m i c and Molecular Spectrometry

- Classical-Chemical Methods, Electroanalysis

E x a m p l e wr

- Head I Secretary's office Administration

- Infrastructure

-- Radioanalysis (Mass Spectrometry)

-- X-Ray Methods

- A t o m i c and Molecular Spectrometry

-- Classical-Chemical Methods Electroanalysis

- Special Methods

O r g a n i g r a m Z C H 1 9 7 8 - 8 3 S impl i f ied O r g a n i g r a m m I S impl i f ied O r g a n i g r a m II (for smaller units)

Voltage

Abb. 6 Vereinfachtes Organigramm I der ZCH (1978-83) sowie Organigramme II und III fiir kleinere Analytiklaboratorien [131

die Vorgeschichte mit zu beriicksichtigen. Daher hat das Organigramm von Abb. 5 allgemeinere Gfiltigkeit.

3.5 kIethodenspektrum

Das sich aus dem Anforderungskatalog ergebende und ein- satzbereit zu haltende Methodenspektrum ist so grol3, dab es normalerweise nut in einer zentralen Analytikeinrichtung 6konomisch ausgenutzt werden kann [11].

Die ZCH unterhfilt und betreibt die folgenden Analysen- methoden. Noch nicht vorhandene, jedoch als notwendig erachtete Methoden werden mit aufgefiihrt.

3.5.1 Radioanalytik. Atphaspektrometrie mit Si-Detektor; Gammaspektrometrie mit mehreren Vielkanalanalysatoren und automatisierten Eich- sowie Spektrenauswerteverfah- ren, Ge(Li)-, Reinst Ge-, NaI-Detektoren; Flfissigszintilla- tionsspektrometile zur Messung von Betastrahlern, vor allem H-3 und C-14; Aktivierungsanalyse mit Aktivierung durch Reaktorneutronen, epithermischen und thermischen Neutronen aus dem Reaktor, Protonen und schwereren geladenen Teilchen aus dem Kompaktcyclotron.

Radiochemische Probenaufbereitung in einer speziellen Bleiburg ffir die Abbrandanalytik bestrahtter Brennele- mente.

Spurenanalyse von Radionukliden: Hochaufl6sende Low-Level-Gamrnaspektrometrie mit Ge(Li)- sowie HPGe- und NaI-Detektor, Vielkanalanalysator, Anschlul3 an zentralen Rechner der Radioanalytik; Low-Level-Alphaspek- trometrie mit Frisch-Gitterionisationskammer, Low-Level- Alpha- und Beta-Z/ihler; Emanometrie zur Bestimmung von Rn-222 und Ra-226 in Wasserproben.

3.5.2 Massenspektrometrie. Doppelt fokussierendes Massen- spektrometer f/ir Festproben (Type Mattauch) mit Nieder- volt-Bogenentladungsquelle, desgl, mit Laserquelle far nichtleitende Proben; Computerauswertung der Fotoplat- ten; Thermionen-Massenspektrometer zur Uranisotopen- verh/iltnismessung; Ionenmikrosonde (SIMS).

3.5.3 Rgntgenmethoden. Wellenlfingendispersive R6ntgen- fluorescenzanalyse, R6ntgendiffraktometrie t'tir Pulver, R6ntgendiffraktometrie fiir Einkristalle mit Vierkreisgonio- meter (CAD-4). Erwiinscht ist aul3erdem energiedispersive R6ntgenfluorescenzanalyse fiir rasche Ubersichtselement- bestimmungen so~de Elektronenmikrosonde; fiir Sonder- ffille totalreflektierende R6ntgenfluorescenzanalyse.

3.5.4 Atomspektrometrie. Emissionsspektralanalyse mit 1,5-m-Gitterspektrograph sowie Bogen- und Funkenanre- gung; mit 2-m-Gitterspektrograph und Bogenanregung fiir heil3e Hohlkathode; Emissionsspektralanalyse mit ICP- Plasma-Anregung far simultanen und sequentiellen Betrieb (zwei Ger/ite). UV-VIS-Spektralphotometer (Cary 15). Atomabsorptionsspektrometrie mit Flammenanregung sowie flammenlosem Graphitrohr mit Zeeman-Kornpensa- tion; ICP-Atomfluorescenzspektrometrie.

3.5.5 Molekiilspektrometrie. Hochaufl6sende Fourier- Transform-IR-Spektrometrie, Fluorescenz- und Phospho- rescenz-Spektrometrie, Laserfluorimetrie, MIR-Spektro- metrie mit KBr-Prel3technik. Fffr organische Molekiilana- lytik kommen zudiesen in der ZCH vorhandenen Methoden noch zahlreiche weitere in der KFA hinzu.

3.5.6 Elektroanalytik. Gleichstrom-, Differenz-Pulspolaro- graphie, Inversvoltammetile; galvanostatische und poten- tiostatische Coulometrie; Potentiometrie mit pH- und io- nensensitiven Elektroden; Konduktometrie; Elektrolyse. Der Raumbedarf far moderne elektroanalytische Methoden ist relativ gering. Wegen des teilweise extremen spurenanaty- fischen Arbeitsstiles ist jedoch ein eigener, sauber gehaltener Laborraum erforderlich.

3.5.7 Klassisch-chemische Methoden. Gravimetrie; Titilme- tile. Trennungen dutch Ffillung, Fliissig-Flfissig-Verteilung; Ionenaustausch; Elementaranalyse von C, H, N in organischen Substanzen nach Pregel-Dumas (PE-2240 B), far N in organischen Substanzen (Rapid-N) far Fest- sowie Fltissig-

587

Abb

. 7. D

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proben; ffir N in beliebigen Proben nach Kjeldahl; Halogen- bestimmung in organischer Substanz nach Wickbold; C und S in Metallen nach Leco-Verfahren.

3.5.8 Mechanisehe Probenvorbereitung. Bearbeitung von Me- tallen dutch Sfigen, Bohren, Spanen unter spurenanalytischen Gesichtspunkten.

Zerkleinern mit Brechern und Mfihlen nach verschieden- sten Verfahren und verschiedenartigen Mahlbehfiltern.

Veraschung organischer und biomedizinischer Proben durch Trockenveraschung, Sauerstoffplasma, im Sauerstoff- strom modifiziert nach Sch6niger, Niedrig-Temperatur- NaBveraschung groBer Substanzmengen mit Wasserstoff- peroxid; NaBveraschung bei h6herer Temperatur mit oxidierenden Mineralsfiuren sowie nab unter Druck in Teflonbom- ben mit HNO3, HC10, sowie HF.

Ofen unterschiedlicher Temperaturbereiche f/Jr Schmelz- aufschlfisse.

3.5.9 Datenverarbeitung und Datenbeurteilung. Zentraler Rechnerraum mit Anschlugterminal an Zentralrechner in der Zentralabteilung ffir Angewandte Mathematik. Mehrere Computer IBM-PC fiir statistische Datenverarbeitung, des- gleichen Tektronix 4051. Computerisiertes Analysendienst- management, das noch nicht eingerichtet ist, erfordert An- schluB an Zentratrechner der KFA. Spezielle Rechenpro- gramme ffir einfachere Statistikanwendungen, insbesondere zur routinem/iBigen Prfifung auf Verteilungstyp, Datenkon- zentrierung [7], AusreiBereliminierung, Korrelationsrech- nung und statistische Auswertung yon Ringanalysen, meist selbst erstellt. Programme ffir multivariante Statistik und Chemometrie.

Ein umfangreiches Rechenprogramm wurde mit M. Mel- chers und R. Kurth zur Verwaltung und Begleitung des Analysendienstes entwickelt. Es wertet die Stundenauf- schreibung der Mitarbeiter nach Analysenauftr/igen und verwendeten Analysenmethoden aus.

3.5.10 Sondermethoden, Uberwachung. Neben den Metho- dengruppen 1 bis 9 wird es je nach Art des zu betreuenden Forschungszentrums oder Betriebes erforderlich sein, noch einzelne Gruppen ffir Sondermethoden oder ffir spezielle 13berwachungsaufgaben zu haben.

Die ZCH beinhaltet znm Beispiel das Reaktorlabor zur Betriebsfiberwachung der beiden Jfilicher Forschungsreak- toren FRJ-I und -2 hinsichtlich des Kfihlwasser- und Gas- kiihlkreislaufes.

4. Einrichtung der Laboratorien

Die ZCH wurde vor zehn Jahren in dem Neubau des Institu- tes ftir Festk6rperforschung der KFA untergebracht (Abb. 7). Es bestand nachtrfiglich eine nur mehr begrenzte Anderungsm6glichkeit ftir Laboratorien und Installation. Es handelte sich um modern und ordentlich eingerichtete nonxiale Laboratorien ffir chemisches Arbeiten. Statt der fiblichen Keramiktischplatten waren solche aus Glaskera- mik verwendet worden, die sich hervorragend ffir analytische Arbeiten eignen. Einzelne Abzfige haben eine Wasserbe- rieselungsanlage ftir Perchlorsfiureaufschliisse. Relativ zahlreiche Installationen ffir mehrere verschiedenartige Gaszu- f/ihrungen und vollentsalztes Ionenaustauschwasser sind in jedem Laboratorimn vorhanden und hilfreich.

Man kann in derartigen Laboratorien, wenn sie sauber gehalten sind, ohne wesentliche Einschrfinkungen in der Ele- mentanalytik beliebiger Materialien bis zu einem Konzen- trationsbereich von etwa einem ppm (gg/g) zuverl/issig arbei' ten, unter Beachtung extremer SauberkeitsmaBnahmen viel- leieht auch noch bis 0,1 ppm. Darunter liegende Konzentra- tionsbereiche lassen sich im allgemeinen nicht mehr zuverlfissig analysieren. Das heil3t nicht, dab in Einzelf/illen ffir besonders kontaminationsarme Elemente keine Ausnah- men vorkommen k6nnen.

Die Analyse im Spurenbereich von unter I ppm erfordert besondere bauliche MaBnahmen. Diese lassen sich im allgemeinen nur in einer gesonderten Raumgruppe oder in einem Neubau, der von vorneherein fiir chemische Analysen im Spurenbereich vorgesehen ist, zufriedenstellend erreichen. Der nachtr/igliche Einbau von Reinst- oder Reinr/iumen in vorhandene Laboratorien ist relativ schwierig. In manchen Fiillen wird man auch mit geschlossenen Handschuhkfisten in normalen Laboratorien ausreichend arbeiten k6nnen.

5. Organisation der Abwicklung eines Auflrages

Jeder Analysendienst braucht ein bestimmtes Mag an Orga- nisation. Der Aufwand wird im allgemeinen mit der Proben- und Elementbestimmungszahl pro Zeiteinheit sowie unab- h/ingig davon mit der Kompliziertheit der Analysen und der ihnen zugrundeliegenden Probleme steigen. Dementspre- chend werden auch die Vorbereitung, Annahme, Begleitung und Berichterstattung der Auftr/ige und die Kundenbera- tung unterschiedlich starken Personaleinsatz erfordern.

Von entscheidender Bedeutung ist die bei der Annahme des Analysenauftrages zu treffende Entscheidung fiber die einzusetzende(n) Methode(n). Sie erfordert den breitesten Material- und Methodenfiberblick sowie analytische Erfah- rung. Aus Raumgrfinden kann hier darauf nicht nfiher eingegangen werden. Es sei lediglich angemerkt, dab dabei ein Vergleich der zu erwartenden Elementgehalte und Konzen- trationen aus Abb. 3 mit den Nachweisgrenzen der einsatz- bereiten Analysenmethoden nach Tabelle 2 wichtig ist.

Neu auftretende Analysenprobleme wurden in der ZCH in jeweils t/iglich oder bei Bedarf stattfindenden Analysenbe- sprechungen besprochen und dabei der Einsatz notwendig erscheinender Analysenmethoden festgelegt.

5.1 Vorbereitung eines Auftrages

Der eigentlichen Annahme eines Analysenauftrages gehen in den meisten F~illen telefonische und miindliche Vorge- sprfiche voraus. Bei Erstanalysen oder neuartigen Auftrfigen wird man augerdem auf ein Schreiben mit entsprechenden Detailangaben nicht verzichten k6nnen. Ob folanlose Schrei- ben genfigen oder Analysenformulare auszufiillen sind, wird vom Urn fang des Analysendienstes und seinem Schwierig- keitsgrad abhfingen.

Der Analytiker ben6tigt m6glichst viete Vorinformatio- nen fiber die Probe selbst, aber auch den Analysenzweck und die geforderte Qualit/it der gewfinschten Analysendaten. Ffir den Kunden mag das Ausffillen des Formulares zu- n/ichst 1/istig sein, bei wiederholten Auftr/igen wird er sich jedoch daran gew6hnen. Da ein Analysenproblem h/iufig in mehreren Analysenmethodengruppen bearbeitet wird, geniigt eine telefonische Unterrichtung des Leiters des Analy- sendienstes dutch den Kunden alleine nicht.

589

ee er s

Tabelle 2. Realistische Nachweisgrenzen fiir unterschiedliche instrumentelle Analysenmethoden in der ZCH 1982 Die Nachweisgrenzen sind nicht einheitlich definiert, die Zahlenangaben haben nur ungef/ihren Charakter

Maximal bestimmbare Anzahl Elemente (Bereich)

Nachweisgrenzen (ppm: gg/g; ppb : ng/g; ppt: pg/g)

Versuchsbedingungen (Bearbeiter)

1. Neutronenaktivierungsanalyse, mit Reaktorneutronen. Multielementmethode

ca. 70 10--100 ppt: (10 ppt-- 10 ppm) 100--1000 ppt: (nicht alle simultan) 1 - 10 ppb:

10-100 ppb:

100-- 1000 ppb: 1 - 10 ppm:

Eu, Ir, Au Sm, Sc, Re, Np, Lu, Ho, In Mn, As, La, Tb, Dy, Tm, Pu; Cu, Ga, W, Hg, Th; Sb, Hf, Os, U; Na, Br, Cs, Ce; Xe; Ta, Er, Yb, Pa; Co Ca, Rh; Ar, V, Cr, Se, Ru, Ag, Te, J, Pt; Pd, Pr, Nd, Gd; Kr; Mo Ba; K, Zn, Rb, Sr, Cd; A1, Ge; C1 Ni, Sn; Y, Zr; Ti; Fe; Mg

2. Funkenmassenspektrometrie, in Reinstaluminium. Multielementmethode

ca. 80, simultan 1 -10 ppb: Li, B (10-1000 ppb) 10-100 ppb: Be, F, Na, K, Sc, Cr, Fe, Cu, As

100-1000 ppb: C, N, O, Mg, Si, P, S, C1, Ca, Ti, V, Mn, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, J, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, T1, Pb, Bi, Th, U

3. R6ntgenfluorescenzanalyse, wellenl/ingendispersiv. Multielementmethode 3.1 Pulverprel31inge in SiO2-Matrix oder Sandb6den ca. 70, sequentiell 1 - 1 0 ppm: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, (1 - 50 ppm) Zr, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, J, Cs, Ba, La,

Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tin, Yb, Lu, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, TI, Pb, Bi, Th, U

10-50 ppm: F, Na, Mg, A1, Si (Matrix), P, S, C1, K, Ca, Sc, Ti, V

3.2 WfiBrige L6sungen

ca. 70, sequentiell 1 -- 10 ppm: (1 - 100 ppm)

10-- 100 ppm:

A1, Si, P, S, C1, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, J, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, T1, Pb, Bi; Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tin, Yb, Lu, Th, U F, Na, Mg

4 Atomemissionsspektrometrie, mit DC-Bogenanregung. Mulfielementmethode 4.1 DC-Bogenanregung ca. 70, simultan 100-- 1000 ppb: (100 p p b - 1 -10 ppm: 1000 ppm)

10-- 100 ppm:

100-- 1000 ppm:

Li, Na, Cu, Ag Cr, Rb, In, T1; Mg, A1, K, Ca, Sc, Cs; Zn, Ga; V, Fe, Ge, Sr, Mo, Ba, Pb; Be, B, Ti, Mn, Co, Y, Zr, Ru, Rh, Pd, Cd, Sn, La, Ag, Pr, Nd, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Si, Sb, W, Bi; Os, Ir, Pt; F, P, As, Hf(?), Ta(?), Re, Hg, Th, U Te, Gd(?); Ce, Sin(?)

4.2 ICP-Anregung (induktiv gekoppeltes Plasma). Multielementmethode

ca. 50, simultan 100 p p t - 100 ppb

30-- 100 ppt: 100-- 1000 ppt: 1 -- 10 ppb:

10-100 ppb:

100-1000 ppb: I0 -100 ppm:

Be, Ca Mg, Sr; Ba; Mn, Zn, Zr, Cd; Li, Cu, Ti, V, Co, Mo, Ag, La; Nb, Gd; B; Si, Ru Cr, Ni, Sn, Ta, Bi, Th; Na, A1, Fe, Sb, Te; W, Ce; Hg; C, P, As; S, K, TI, U; Se; Pb Rb Cs

4.3 HeiBe Hohlkathode (Mikromethode). Multielementmethode ca. 25, simultan 300 ppt: Li, Mg (1-1000 ppb) 1 - 1 0 ppb: Be, Ag; Na, Mn, Cu, St, Cd; Cr, Fe; Pb

10-100 ppb: A1, Co, Ni, Zn, Mo, In, B, Pd, T1; V; Ca 100-1000 ppb: Rh; Pt

590

~ : 8 " 1013 n - cm 2. sec-1; Ge(Li), ca. 25% Z/ihlausbeute, P/C = 25; 100 mg Einwaage (G. Erdtmann)

Doppeltfokussierendes MS (Mattauch); Niedervolt- Bogenentladung; Photoplattenregistrierung (H. E. Beske, F. G. Melches, G. Frerichs)

Sequentielle, wellenl/ingendispersive RFA. Megzeit 20-100 s je Element (C. Freiburg, W. Reichert)

desgl., 100 s MeBzeit je Element (C. Freiburg, W. Reichert)

Optimalisierte Bedingungen nach Ahrens und Taylor (1961), Bereich 220-900 nm. Nachweisgrenzen sind jeweils ffir die empfindlichste Spektrallinie gesch/itzt

Simultanspektrometer ARL 34.000; Gitter: 1080 Striche/mm, in 1 . - 3. Ordnung; Ar/Ar-Plasma (27,1 MHz; 1.25 kW); Meinhardt- Zerst/iuber; 2 ml/min; 46 Elemente (G. Wolff, W. Hilgers, N. Nickel, H. Lippert)

2-mm-Gitterspektrograph in Czerny-Turner-Anordnung; Gitter: 1200 Striche/mm; Einwaagen: >~ 50-- 100 txg Festprobe (H. Nickel, G. Wolff)

Wo i%e

Tabelle 2 (Fortsetzung)

Maximal Nachweisgrenzen Versuchsbedingungen bestimmbme (ppm: gg/g; ppb: ng/g; ppt: pg/g) (Bearbeiter) Anzahl Elemente (Bereich)

5. Atomfluorescenzspektrometrie, ICP-Anregung, Simultanmethode fiir <~ 12 Elemente. Multielementmethode ca. 30, sequentiell 0,1-1 ppb: Li, Se, Zn; Ca, Cd, Mg; Be AFS-Spektrometer Baird, mit (0,1 - 1000 ppb) 1 - 10 ppb: Ag, As, Na; Cu, Si; Mn; Cr, K, Rh; Ni; Co, Pd ICP-Anregung, 12 Hohlkatho-

10-100 ppb: Fe; A1; Au, Ba; Mo, Pb denlampen; schnelle sequentielle 100-- 1000 ppb: Sn Bestimmung von 12 Elementen 1-10 ppm: B (Dr. R. Demers, Baird)

6. Atomabsorptionspektrometrie. Monoelementmethode 6.1 Flammenanregung ca. 65 0,1 - 1 ppb: (0,1 ppb-100ppm) 1-10ppb:

10-100 ppb:

100-1000 ppb: 1-10 ppm: 10-100 ppm:

Ca, Mg; Na Cu, K, Zn; Ag, Be, Cd, Mn, Rb, Sr; CrLi; Cs, Fe, Yb Au, Ba, Co, Ni, Pb, Rh, T1, Tin; Eu, In, Mo, Pd; Bi; Er, Ho, Sn, Ti, V, As, Dy, Ga, Pt, Se, Te, Y; Ru; Os Ge, Hg, Si; Zr; Re; Ir, Tb; B, Lu Nb, Nd, W, Ta; Gd; Hf, La, Sin; Pr U;P

6.2 Elektrothermale Anregung im Graphitrohr ca. 65 0,1-1 ppb: (0,1 p p b - I ppm) 1-10 ppb:

10-- 100 ppb: > 100 ppb:

7. Voltarnmetrie. Oligoelementmethode

Li, K, Cr, Mn, Cu, Ag, Cd, Pb Be, Na, Mg, A1, Si, Ca, Fe, Co, Ni, Zn, St, Nb, Sb, Cs, Au, Hg Ga, Ge, As, Rb, Zr, Mo, Pd, In, Sn, Ba, T1, Bi B, P, Sc, Ti, V, Se, Y, Tc, Ru, Rh, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Pr, Nd, Sin, Gd, Tb, Ho, Er, Lu

7.1 Differenzpulspolarographie (DPP), mit Hg-Tropfetektrode. Oligoelementmethode ca. 25, sequentieI1 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Mo, Cd,

In, Sn, Sb, W, T1, Pb, Bi, V, Pu

7.2 Inversvoltammetrie (anodic stripping voltammetry). Monoelementmethode ca. 12 10-100 ppt: Ni, Co 10-1000 ppt (!) I00-1000 ppt: Zn, Cd, Pb, Bi; Cu, Sn, T1; As, Se

8. Spektralphotometrie, in wiBriger L6sung. Monoelementmethode etwa 10-1, bzw. 0,1 ppm

Nach Firmenangabe Perkin-Elmer

Polarograph PAR, Type 149, mit Hg-Tropfelektrode, 1 - 5 Elemente sequentiell (H. Heckner, M. Michulitz)

Vorkonzentrierung an hfingenden Hg-Tropfen; Anreicherung um Faktor 10 - 100 m6glich. PAR 149; jeweils Einzelbestimmungen (M. Michulitz, H. tleckner)

9. Volumetrische Titration. Monoelementmethode ca. 16-- 20 1 -- 10 ppm: C (1 - 1000 ppm) i0-100 ppm: P, S; Mn; N, Ca, Cr; Mg

100--1000 ppm: As; V, Fe, Cu, Zn, Sn, Sb; Ag

10. Gravimetrie. Monoelementmethode ca. 15 10-100 ppm:

100-1000 ppm: Mg; Si, Ni; Si Co, Cd, Nb; Cu, Sn, Ta, W, Au, Pb

In der ZCH h/iufiger verwendete Titrationen (A. Klinkmann, C. Schwarz, G.Wolff)

Nur noch gelegentlich verwendet

5.2 Analysenannahme

Die Entscheidung fiber die Annahme der Analyse und vor allem fiber die einzusetzenden Methoden ist fachlich ebenso anspruchsvoll wie die Erstellung und Beurteilung des zusam- menfassenden Analysenberichtes. Deshalb sollte diese T/i- tigkeit vom Leiter der Infrastruktur, der im gfinstigen Fall

auch der Stellvertreter des Leiters des zentraten Analytikla- bors ist, in Zusammenarbeit mit den in Frage kommenden Methodengruppenleitern erfolgen. Ist die Entscheidung fiber die Annahme positiv und die Auswaht der einzusetzenden Methoden getroffen, so wird der Analysenauftrag in ein Analysenbuch eingetragem Die mitgelieferten Proben erhalten dabei sofort ihre zugeh6rende Analysennummer.

591

Lee ve

Das in der ZCH verwendete Analysenbuch enth/ilt Anga- ben fiber Analysenauftragsnummer, Datum des Analysen- auftragseinganges, Datum des Einganges der Analysenpro- ben (sofern diese nicht gleieh mit dem Auftrag mitgeliefert werden); Name, Anschrift und Telefonnummer des Auftrag- gebers; Art des Auftrages mit Angabe der Art des zu analysierenden Materials, der gewfinschten Komponenten sowie des oder der einzusetzenden Analysenverfahren; Name der Methodengruppe (Leiter), Namen der beteiligten Mitarbei- ter; Datum der Abgabe des Analysenberichtes bzw. von Teilberichten; Bemerkungen, z.B. fiber die Art der Verrech- mmg usw.

Inzwischen sind Computerprogramme fiir die Verwal- tung eines Analysendienstes in jeweils individuell angepaBter Form kommerziell zugfinglich. Durch sie werden Buchffih- rung, Analysenbegleitung, Abrechnung und Protokollie- rung einfaeher. Trotzdem ist ein schriftlicher Eintrag in ein Analysenbuch zweckm/igig, da dies dokumentarischen Cha- rakter hat und nicht 18schbar ist.

5.3 Analysenbegteitung

Das Analysenannahmeformular client aueh der Analysenbe- gleitung. Es ist daher teilweise vom Kunden, teilweise von der Leitung des Analysendienstes auszuffillen. Eine Kopie davon geht jeweils zu den ausgew/ihlten Analysenmethoden- gruppen, die darauf ihre Eintragungen machen.

Unabhfingig davon schreibt jeder Mitarbeiter die ffir die einzelnen Analysenauftr/ige geteistete Anzahl von Arbeits- stunden auf. Diese Stundenabrechnung wird zusammen mit dem Analysenbericht an die Leitung des Analysendienstes gegeben.

Eine groBe Magnet-Organisationstafel erlaubt es mit einem Blick, den jeweiligen Stand des Analysendienstes, die zeitliche Erledigung der Analysenauftrgge sowie die Aus- lastung der Methodengruppen zu erkennen. Auf dieser Tafel wird jeder einzelne Auftrag durch mehrere Magnets:yalabole gekennzeichnet: Analysenauftragsnummer, Auftraggeber (Abkfirzung), Datum der Analysenannahme sowie Namen der beteiligten Mitarbeiter. Die verschiedenen Methoden- gruppen haben unterschiedliche Farben. Nach Erledigung jedes Auftrages werden die entsprechenden Markierungen weggenommen. Man erh/ilt dadurch einen guten optischen Oberblick fiber die (a) bereits 1/ingere Zeit in Bearbeitung stehenden Analysenproben, die eine beschleunigte Abferti- gung erfordern, (b) die Anzahl der gerade in Bearbeitung befindlichen Analysenauftrfige sowie (c) den Stand der Aus- lastung der Methodengruppen und (d) der einzelnen Mitar- beiter. Danach kann man z.B. bei sichtbarer Oberlastung einer Methodengruppe auf eine weniger beanspruchte ausweichen. Andererseits wird man einer Methodengruppe bei zu geringer Auslastung Auftr/ige zuteilen kSnnen, die man sonst mit der gegenw/irtig fiberlasteten Methode h/itte aus- fiihren lassen. Heute kann man die Magnettafel ebenfalls durch den Bildschirm eines Computer-Managementpro- grammes ersetzen. Trotzdem bleibt sie wertvoll, da sie mit einem Blick einen Gesamtfiberblick gibt, der Computerbild- schirm immer nur Teilausschnitte.

5.4 Berichterstattung

Jede Methodengruppe liefert an die Leitung des Analysen- dienstes einen Teitbericht ab, dem die Abrechnung der aufgewendeten Stundenzahlen beiliegt. Bei komplizierteren Ana-

592

lysenauftr/igen, an denen mehrere verschiedene Methoden- gruppen beteiligt sind, empfiehlt es sich, yon Anfang an einen der Methodengruppenleiter als Koordinator fiir diesen Analysenauftrag zu bestellen. Dieser verfagt dann auch ver- antwortlich den gemeinsamen Abschlugbericht. Dies kann jedoch auch der Leiter des Analysendienstes oder sein Stell- vertreter tun.

Es kann sehr schwer sein, die abweichenden Analysener- gebnisse yon unterschiedlichen Methodengruppen sachlich in ihrem Gewicht richtig zu bewerten. Die Praxis zeigt, dab in den wenigsten F~illen die mit mehreren unabh/ingigen Analysenmethoden erhaltenen Daten, wie theoretisch eigenttich zu erwarten w/ire, in einem gemeinsamen Analy- senwert zusammenfallen. Hier kann nur die langj/ihrige Er- fahrung des Leiters des Analysendienstes helfen, die richtige Wertung der einzelnen Analysenmethoden vorzunehmen.

Auf jeden Fall sollten die Analysenberichte oder -teilbe- richte vor der Abgabe in die Qualitfitskontrollstelle gelan- gen. Dort wird fiberprfift, ob der Bericht alle technischen Angaben enth/ilt, ob die Anzahl der Dezimalen hinter dem Komma nach den tats/ichlichen Gegebenheiten zu verant- worten ist, ob die angegebene Reproduzierbarkeit und Rich- tigkeit ausreichend nachgewiesen ist und ob die Nachweis- oder Bestimmungsgrenzen der verwendeten Analysenme- thoden mit angegeben sind. Gegebenenfalls ist zur besseren Sicherung der Richtigkeit die zus/itzliche Analyse entspre- chender Standard- oder Referenzproben zu veranlassen. Das Datum der Abgabe des Analysenberichtes bzw. jedes Teilbe- richtes an den Auftraggeber wird im Analysenbuch oder/ und Computer vermerkt.

5.5 Kundenberatung

Mit Abgabe des schriftlichen Analysenberichtes ist die Th- tigkeit des chemischen Analysendienstes noch nicht er- schSpft. In vielen F/illen braucht der Kunde, insbesondere wenn es sich um anatytisch unerfahrene Auftraggeber oder urn neuartige Probleme handelt, zus/itzliche mfindliche Bera- tung, Diskussion und Aufkl/irung. Diese kann meist telefo- nisch, in schwierigen F/illen mfindlich erfolgen.

Das hier skizzierte System der Analysenannahme und Begleitnng eignet sich wie im Falle der ZCH bei nicht zu zahlreichen Analysenauftr/igen pro Zeiteinheit. Sind sehr viel mehr immer wiederkehrende Routineanalysen auszu- ffihren, so wird eine st/irkere zus/itzliche Mechanisierung und Computerisierung der Analysenannahme und -begleitung unvermeidbar sein. Ein gutes Beispiel hierffir geben Schmitz et al. [12] in ihrem Bericht.

5.6 Abrechnung

Unabh/ingig davon, ob der Auftraggeber tats/ichlich seine Analysen bezahlen mu8 oder nicht, empfiehlt es sich, die Analysenbegleitung mit einem Abrechnungssystem zu ver- binden. Zumindest kann auch der nichtzahlende Kunde bei Angabe eines fiktiven Analysenpreises ersehen, welchen Aufwand seine Analyse gekostet hat. Andernfalls wird dieser in vielen F~llen weit untersch/itzt.

Fiir das Abrechnungssystem selbst gibt es zwei Extrem- f/ille. (a) In einem kommerziellen Analysenlaboratorium mug der gesamte Aufwand fiir Einrichtung, Unterhalt des Laboratoriums und Bezahlung der Mitarbeiter durch die Analysenkosten voll gedeckt werden und auBerdem noch ein Gewinn zu verzeichnen sein. (b) In Forschungsinstituten

Analysenvollkosten der Einzelprobe, ZCH, 1984 H~iufigkeitsverteilung fOr die verschiedenen Methoden

Costs for Analysis of One Sample, ZCH, 1984 Frequency DiStribution for Different Methods

20] K~Aton-Jc e m ~ o n ] 30T-"- x-Ray ~ , ~ m c ~ o . , 20 ReactoF~r~l~.ce a,,',a~s,~s,19s3 l O ~ a , . , a z . ~ s , R ~ ~ . - spec~ltomet~,1983 [ ] . l ~ a s e ~ 1983 t J Nl=58;x1=2!~ [ J N~=40;~1=63,4

1 2 ~ i ] ,~ ~:S4;~==S3S; I ~ J ~1 N==7S;Fe=475; i ~2 | ~ ] I;~;~ I 6 ] ~

300 900 1500 2100 400 1200 2000 2800 400 800 1200 40 60 80 100

10T x~x~ -r-~a~.~d~erm~~] 10! S~o ,Oa ry~ss I 101 . , c ~ s s ~ a ~ l a ~ , 1 9 ~ 3 lOT spar~.~to~ce~v,.~on soiuiO~S, 1983 ,.~ = 24; E~ ~ 362;

I NI = 15- ~ =914 1 N= = dito; ~ ~ dto; N~ =21; ~ =694 +, l i ~ d N~=31 ;~=2~ ; 6j N~=11;E==S~7;ou~er:2;725;[

2 2 2

300 600 900 1200 500 900 13OO 1700 2100 200 600 1000

Nt = 13; xt = 172 t ] s~ec~met~y; 1983 I N~= ~0; ~=S~S; t / N ~ = ~ 0 ; ~ = z ~ I ; / ~ = s ; ~ = 6 ~ ;

6 ~ . Ot~%t~:820;1.244;1.7~ I 6 ~ N ~ = 9;~=2~7;o~ier16;201 61 1~=6;~2=49"1; I x~ x~ | I x~x~ I o ~ : z 4 o 3 ; , ~

2 2

100 180 260 340 1300 1900 2500 3100 400 800 12OO 2000 4000 6000

N~=9; E1 = 741

6 ] i~ i~ I I x~x~ I ~ ~176 L, "i ] I L l ] L _ I==-'""" ~ correspo~ing numbers of lie

2 1 2

=-oo I = o o . . . . . . , o o o . . . . . . , = o i = I , o=o �9 " ' 4 o o o ooo - " "

500 800 1100 "IO T F.tec~a~ais: ~ n ~ t ~ t , ~

1

Vo ri%e

Abb. 8 Vollkosten von Analysenauftrfigen fir unterschiedliche Analysenmethoden in der ZCH. DM-Angaben sind nut Relativwerte, die mit einem jfihrlich yon wechselnden Overhead-Kosten der ZCH abhingenden Faktor zu multiplizieren sind

der 6ft?ntlichen Hand werden gar keine Analysenkosten berechnet, da der Etat des chemischen Analysendienstes voll aus dem jeweiligen Institutsetat abgedeckt wird. Wie bereits erwihnt, sollte jedoch auch in diesem Falle aus ,,erzieheri- schen" Grinden formal eine Analysenberechnung erfolgen. Aul3erdem erfordert es die kaufminnische Bilanziertmg, den Auftraggebern die angefallenen Servicekosten, zumindest formal, anzulasten.

Bei der ZCH genfigt es, den Analysenaufwand je Auftrag durch die Stundenzahlen alleine zu erfassen. Ffir die Arbeits- stunde wird dann ein Kostenbetrag in DM festgelegt, wel- cher sowohl die Personalkosten der beteiligten Mitarbeiter (in drei Gehaltsgruppen gestaffelt), als auch Overhead-Ko- sten der Zentralabteilung umfaBt. Die Anschaffung yon Ge- rfiten ist in letzterem Betrag enthalten. Dieser wird also nicht ffir die jewels benutzte Analysenmethode aufgegliedert. Das hat zur Folge, dab bei diesem System Analysenauftrige mit einfachen Analysenmethoden (Atomabsorptionsspektrome- tile) relativ zu hoch und solche mit komplizierten Apparatu- ren (Funkenmassen-Spektrometrie) zu niedrig bewertet werden.

Mit grol3em Arbeitsaufwand wurde das Gebfihrenver- zeictmis der Gesellschaft Deutscher Chemiker [4] zusam- mengestellt. Es enthilt realistischere Geldbetrfige pro Ana- lyse ,and Bestimmung, die zur Aufrechterhaltung eines kommerziellen Laboratoriums ausreichen. Es sei diesbeziiglich auf eine IVlitteilung von W. Fresenius [1] verwiesen. Es ist bemerkenswert, dab die Analysenkosten der ZCH wegen der erwihnten hohen Overhead-Kosten ffir den groBen Me- thodenpark teihveise fiber denjenigen des GDCH-Leistungs- verzeichnisses aus dem Jahre 1982 liegen.

Im Falle der ZCH zeigt Abb. 8 die ffir die einzetnen Analysenmethoden berechneten Vollkosten ffir die Auftrige

des Jahres t983. Darin wurden die Anzahl der pro Auftrag bestimmten Elemente, die Art der Probenahme, Probenvor- bereitung und -auswertung nicht berficksichtigt. Dement- sprechend schwanken die Werte stark. Die Mediane geben hier jedoch ein einigermaBen realistisches Bild, wenn man nach Abb. 11 noch die durchschnittliche Probenanzahl pro Analysenauftrag ffir die Jahre 1978 bis 1983 verwendet, die bei 6,5 bis 12 Proben pro Analysenauftrag lag. Die angegebenen Kosten sind keine echten DM-Angaben. Sie mfissen vielmehr noch mit einem internen Faktor multipliziert wet- den, in denen u.a. die jihrlich schwankenden Overhead- Kosten eingehen. Von Methode zu Methode sind die Werte innerhalb eines Jahres jedoch vergleichbar.

5.7 Rechenprogramm zur Analysenbegleitung (mit M. Melchers, R. Kurth)

Das fiber ein Terminal des Zentralrechners der KFA in der ZCH abgewickelte Rechenprogramm e/athalt folgende Datenein- und -ausgaben:

1. Laufende Nummer im Jahr, 2. Analysenauftragsnum- mer der ZCH, 3. Probenanzahl, 4. Auftraggeber mit Insti- ruts- und Namensangabe, 5. Datum des Auftrags- und Pro- beneinganges, 6. Analysenbeginn, 7. Datum der Absendung des Analysenberichtes bzw. von Teilberichten an den Auf- traggeber, 8. Wartezeit in der ZCH (Datum vom Eingang des Auftrages bis zur Entscheidung fiber Annahme des Ana- lysenauftrages), 9. Verweilzeit in der ZCH (Datum yon Auf- tragseingang und Absendung des Analysenberichtes), 10. beteiligte Methodengruppen (fiber Zahlenschlfissel), 11. an- gewendete Analysenmethoden (Wortabkfirzung), 12. Name der Bearbeiter, nach Methodengruppen aufgeschlfisselt, 13. pro Auftrag geleistete Anzahl Arbeitsstunden, nach Mitar-

593

Lee%~res

beitern aufgeschliisselt, 14. daraus berechnete Analysenko- sten (jeweils in DM), sowohl Vollkosten, als auch reine Per- sonalkosten ohne ZCH-Overheadbetrag, 15. Aufwand pro Auftrag in Arbeitsstunden, Vollkosten und reine Personal- kosten, 16. Aufwand pro Probe in Arbeitsstunden, Vollko- sten und Personalkosten.

Aus diesen Angaben werden halbjfihrlich und j/ihrlich folgende Zahlenangaben fiber den Analysendienst berechnet und ausgedruckt:

- Gesamtzahl der Analysenauftr/ige, - Anzahl analysierte Einzelproben, - Aufwand ffir die Summe der Zahl der Auftr/ige sowie

Einzelproben, ausgedrfickt in Analysenstunden, Voll- kosten und Personalkosten,

- mittlerer Aufwand pro Auftrag (Analysenstunden, Vollkosten, Personalkosten),

- m i t t l e r e r Aufwand pro Probe (Analysenstunden, Vollkosten, Personalkosten),

- mittlere Wartezeit pro Auftrag (Arbeitstage zu jeweils 8 Arbeitsstunden),

- mittlere Verweilzeit pro Auftrag (in Tagen), - Median der Wartezeiten (in Tagen), - Median der Verweilzeiten (in Tagen), - Verteilung der Analysenleistung auf die Methoden-

gruppen: - - Methodengruppen nach abnehmender Analy-

senleistung geordnet (Analysenstunden; Vollko- sten, Personalkosten, Anzahl Auftr/ige, Anzahl Proben),

- - Methodengruppen nach abnehmenden erwirt- schafteten Analysenkosten (wie vorher) geordnet,

- - - mittlere Analysenleistung pro Bearbeiter einer Methodengruppe, mit absteigender Sortierfolge fiir die einzelnen Methodengruppen (Mittelwert der Methodengruppe),

- Verteilung der erbrachten Analysenleistung der ZCH ffir die verschiedenen Auftraggeber: - - Auftraggeber, nach abnehmenden aufgewende-

ten Analysenstunden geordnet (Analysenstun- den; Vollkosten, Personalkosten, Auftragszahl, Probenzahl),

- - Analysenkosten, in absteigender Sortierfolge ffir die einzelnen Auftraggeber (Analysenstunden, Vollkosten, Personalkosten, Anzahl Auftrfige, Anzahl Proben).

Diese Angaben bilden eine der Grundlagen zur Beurtei- lung der Leistung des Analysendienstes fiir die einzelnen Auftraggeber, die Kostensituation und die Auslastung der einzelnen Methodengruppen. Neben diesen quantitativen Angaben spielt die qualitative Bewertung der Bedeutung der erbrachten Analysenleistung ffir den Betrieb und Fortschritt der Forschungseinrichtung eine Rolle.

6 . E r g e b n i s s e d e s A n a l y s e n d i e n s t e s

Wie bereits ausffihrlich dargelegt, ist der Analysendienst der ZCH vor allem charakterisiert durch die

- Analyse praktisch aller stabilen Elemente des Perio- densystems, vieler Radionuklide und Phasen,

- Analyse nahezu aller Materialklassen.

594

Tabeile 3. Analysendienst der ZCH (1976-1983): Zahl der j/ihrli- chen Auftr/ige, Proben und Einzelbestimmungen

Jahr Anzahl

Auflrgge a Proben Bestimmungen b

1976 - 2672 10500 1977 - 4132 16654 1978 369 3489 19582 1979 405 2679 20755

:1980 323 3177 16430 1981 430 5225 20757 1982 559 5424 29993 1983 508 5341 26723 1984 416 6311 20987

Summen 3080 38450 182381

a Wegen anderer Registrierung von Dauerauftr/igen ist Abnahme yon 1983 auf 1984 nur scheinbar

b Probenzahl mit Anzahl darin bestimmter Elemente, Radionu- klide, Isotope oder kristalliner Phasen multipliziert. Bei Molek/il- spektrometrie Anzahl aufgenommene IR-Spektren

Es handelt sich dabei ganz ausgesprochen um - einen fortgeschrittenen Analysendienst, fiberwiegend

ffir Forschung, aber auch technische Entwicklung, Infra- struktur und Betriebsfiberwachung (Reaktorlabor);

- h/iufig extrem kleine Probenzahlen mit extrem hohem Aufwand ffir Verfahrensentwicklung und demnach oft relativ niedrige Probenzahlen im Vergleich zu reinen Routine- analysendiensten.

Die Bearbeitung yon Auftr/igen mit kleiner Probenzahl, h/iufig nur Einzelproben, jedoch mit sehr hohem Schwierig- keitsgrad ist eines der Hauptprobleme dieses Analysendien- stes. Dadurch kommen vollautomatisierte Analysenmetho- den weniger gut zum Tragen wie bei reinen Routineanalysen- diensten, zum Beispiel eines klinischen Laboratoriums. Aber trotzdem lohnt sich ihr Einsatz, da man auch bei kleinen Serien von 20 bis 30 Proben durchaus Gewinn aus einem vollautomatisierten Analysenger/it ziehen kann. Als Folge davon wird der Analytiker den Anwender darfiber aufkl/iren miissen, dab dieser durchaus auch gr6Bere Probenserien bei nur unverh/iltnism/iBig wenig erh6hten Kosten liefern kann, sofern diese jeweils fihnliche Element- und Matrixzusam- mensetzungen haben und die h6here Probenzahl ffir die jeweilige Aufgabenstellung sinnvoll ist. Es herrscht bisher noch die Meinung vor, so wenig Analysen wie m6glich in den Analysendienst zu geben, um Kosten zu sparen. Der dutch Vollautomation insbesondere von instrumentellen Multielementanalysemethoden bewirkte Umbruch in der Forschungsstrategie geht in der entgegengesetzten Richtung [9, 10].

Im folgenden soll nun der Analysendienst der ZCH auf- grund des vorliegenden Datenmaterials kurz charakterisiert werden.

6.1 Zahl der Analysenauftriige

Die Zahl der Analysenauftrfige ist in Tabelle 3 numerisch und in Abb. 9 graphisch wiedergegeben. Danach hat die Zahl der Analysenauftrfige von 1978 bis 1982 kontinuierlich zu und von da an leicht abgenommen.

6.2 Probenzahlen

Charakteristischer als die Anzahl der Auftr/ige ist die Anzahl der Analysenproben pro Jahr. Diese hat ebenfalls von 1976 his 1982 von 2672 auf 5424 analysierte Proben pro Jahr zugenommen (Tabelle 3, Abb. 9).

6.3 Zahl der Einzelbestimmungen

Diese ist ein noch besseres MaB f/Jr den geleisteten Arbeits- aufwand des Analysendienstes als Auftrags- und Probenzahl alleine. Hier sind jeweils die Probenzahlen mit der darin bestimmten Anzahl von Elementen, sonstigen Komponen- ten oder gleichwertigen physikalisch-chemischen Messun- gen multipliziert. Tabelle 3 und Abb. 9 zeigen jeweils wiederum eine stetige Zunahme der erbrachten Analysenlei-

J

500 -

p 400-

"5 300-

200-

100 -

0 , , , , 1 , I

1976 1983

5.000. 30.000-

c~ 4.000 _o _ 25.0oo-

3.0oo

"6 "6 20.000-

2.000 S

Z z

1.000 s.ooo- i[l ll 10.000 ~ . . . . . .

1976 1983 0 "

1976 1983

Yeor

Abb. 9. Jfihrliche Zahl der Auftrfige, Proben und Einzelbestimmun- gen (1978/1983)

stung von 10 500 im Jahre 1976 auf 29 993 Einzelbestimmun- gen 1982.

6.4 Bearbeitungsdauer

Die Bearbeitungsdauer der Analysenauftr/ige ist wegen des sehr unterschiedlichen Schwierigkeitsgrades im vorliegenden Falle stark unterschiedlich. Neben Auftr/igen, die bereits nach einem oder wenigen Tagen erledigt sind, stehen solche mit ausgesprochenen Entwicklungsarbeiten gegenfiber, die mehrere Mannmonate erfordern, bevor mit der eigentlichen Analyse begonnen werden kann.

Durch diese beiden Extremf/ille ergibt sich eine H/iufigkeitsverteilung der Bearbeitungszeiten pro Auftrag, die sich nicht einer symmetrischen Gaul3schen, sondern einer schie- fen Lognormalverteilung annfihert. Abbildung 10 zeigt den ausgesprochen logarithmischen Charakter dieser Verteilung, der fiber drei Jahre hinweg bemerkenswert konstant war.

Dem logarithmischen Verteilungscharakter entsprechend sind die als Median ausgedrfickten mittleren Bearbei- tungsdauern entsprechend lfinger. Die im langen, logarith- misch auslaufenden Ast der Verteilungskurve liegenden langen Auftragszeiten stellen ffir jeden Auftragsdienst immer ein besonderes Problem dar.

Von Auftraggebern in der Forschung k6nnen Analysen- zeiten in schwierigen F/illen von bis zu mehreren Wochen und auch Monaten h/iufig noch toleriert werden. In beson- deren Eilf/illen ist ein verst~indnisvolles Eingehen der Lei- tung des Analysendienstes auf die Anforderungen des Auf- traggebers erforderlich.

Trotzdem ist die Dauer der Bearbeitung der Analyse- nauftrfige ein Problem, das in vertrauensvoller und partner- schaftlicher Zusammenarbeit bei gutem Willen yon beiden Seiten gel6st werden mug und kann. Insbesondere mug die Leitung des Analysendienstes daffir Sorge tragen, dab die laufenden, in Bearbeitung befindlichen Analysenauftr/ige auf ihre Dauer fiberwacht und ,,Ladenhfiter" m6glichst ver- mieden werden. Die Magnet-Organisationstafel nach 5.3. erweist sich hierbei als hilfreich.

,4o f 1201

lOO

�9 8 0

40

20

0 i , J

v,.,~llA 1980 i i 1981 ~-,-\\,,~ 1982

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Verweilzeit, Wochen Abb. 10. H~iufigkeitsverteilung der Laufzeit von Analysenauftr/igen in der ZCH 1980-1982

595

Z+r

15-

1981

~ 10 1978 1982

t 3 -

0 Abb. 11. Mittlere Probenzahl pro Analysenauftrag, 1978-1983

Um besonders lange und daher st6rende Bearbeitungs- zeiten zu vermeiden, gibt es allgemein folgende M6glichkei- ten:

- Einsatz yon zus/itzlichem Personal aus dem Analysen- dienst; falls dies unm6glich ist

- Mitbeteiligung von Personal des Auftraggebers in den Laboratorien des Anatysendienstes ffir den betreffenden Auftrag.

- Ausweichen auf andere, einfachere oder derzeit nicht voll ausgelastete Analysenmethoden des Analysendienstes.

- Externe Vergabe des Auftrages oder Teilen davon, sofern das m6glich ist und finanzietle Belastung des Auftrag- gebers mit den zus/itzlichen Kosten.

- Eine einfache und naheliegende L6sung f/Jr den Ana- lysendienst w/ire es, derartige Auftr/ige, bei denen extrem lange und die Personalkapazitgt des Analysendienstes fiber- steigende Bearbeitungszeiten abzusehen sind, gar nicht erst zu iibernehmen.

6.5 Probenzahlen pro Analysenauftrag

Die mittlere Probenanzahl pro Analysenauftrag von 1978 bis 1983 zeigt Abb. 11. Sie lag danach zwischen 6,5 und 12,0 Proben, im Mittel bei 9,1. Diese Zahlen geben jedoch kein richtiges Bild von den tats/ichlichen Verh/iltnissen, da einzelne wenige groBe Probenserien yon 150 bis 200 Proben pro Auftrag die mittleren Probenzahten wesentlich zu hoch erscheinen lassen. Eine Vielzahl yon Analysenauftr/igen ent- h/ilt wesentlich weniger Proben pro Auftrag.

6.6 Monatsgang yon Auftrags- und Probenzahlen

Die Entwicklung der monatlichen Auftrfige und der zugeh6- l"enden Probenzahlen w/ihrend des Ablaufes eines Jahres zeigen Abb. 12 und 13 fiir die Jahre 1978 bis 1984.

Bei einem Vergleich der beiden Diagramme ffillt auf, dab die Zahl der Auftr/ige und zugeh6renden Proben nahezu parallel geht. Das bedeutet, dab jeweils im Monatsmittel angen/ihert gleiche Probenzahlen pro Auftrag vorliegen.

Die h6chsten Auftrags- und Probenzahlen fanden sich jeweils im Januar, M/irz, Mai, Juli, September/Oktober, die mit Abstand geringsten im Februar, April und Dezember. Es ist interessan t, dab dieser Gang nicht zuf/illig ist, sondern

596

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Abb. 12. Zahl der Analysenauftr/ige pro Monat, 1978-1983

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Abb. 13. Zahl der Analysenproben pro Monat, 1978-1983

sichjedes Jahr zu wiederholen scheint. Im Januar beginnt die Tfitigkeit der Auftraggeber mit neuem Schwung, imFebruar sinkt die Aktivit/it wegen des Karnevals ab, nimmt im April stark zu wegen der Ende April/Mai sich h/iufenden Tagun- gen, im Juli starker Anstieg wegen der bevorstehenden Fe- rien, deshalb Abfatl im August, starker Wiederanstieg im September/Oktober wegen der zahh'eichen bevorstehenden Tagungen und absolutes Minimum im Dezember wegen der bevorstehenden und stattfindenden Weihnachtsferien.

6.7 Analysenleistung und Auslastung der Methodengruppen

Eine Ubersicht der Analysenleistung der einzelnen Metho- dengruppen und deren Beitrag zur Gesamtzahl von Proben und Einzelbestimmungen sowie deren Ver/inderung im Laufe der Jahre ist fiir die Leitung des Analysendienstes wichtig. Ein Beispiel gibt Tabelle 4 ffir die Jahre 1982 bis 1985, Eine derartige Obersicht ist eines der Kriterien ffir einen eventuell notwendigen Ausbau oder Abbau einzelner Methoden oder Ver/inderungen der betreffenden apparati- yen Ausrfistung sowie Personalstfirke. Es ist selbstverst/indlich, dab man dabei die Absolutzahlen der verschiedenen Methodengruppen mcht kntlklos unteremander verglelclaen kann. So wird eine ausgesprochene Multielementmethode

Tabelle 4. Verteilung der j/ihrlich analysierten Proben und Einzelbe- stimmungen auf die verschiedenen Analysenmethodengruppen

Methodengruppe Anzahl Proben Anzahl Bestimmungen

1984 1983 1982 1984 1983 1982

Radioanalytik 706 150 345 988" 260 762 Massenspektro-

metrie 99 206 173 1136 2744 2295 R6ntgenmethoden 400 394 465 475 904 904 Atomemission 1046 1079 771 5528 6843 4991 Atomabsorption,

Atomfluorescenz 193 290 355 2050 2250 2042 Molekiilspektro-

skopie 112 119 80 112 468 115 Klassisch-chemische

Verfahren 485 209 272 820 375 541 Elektroanalytik 86 92 46 127 107 92 Elementaranalyse 1100 1032 1162 1668 1305 2062 Spurenanalyse von

Radionukliden 864 274 274 1843 1763 3978 Reaktorbetriebs-

labor 1220 1496 1481 6240 ~ 9704 10211

Summe 6311 5341 5 4 2 4 20987 26743 27993

Hierin werden 682 Tritium- und andere Radionuklidbestimmun- gen in beiden gez/ihlt

wie die ICP-Atomemissionsspektrometrie oder vor allem die Funkenmassenspektrometrie bei vergleichbarem Zeitbedarf ein Vielfaches an Einzelelementbestimmungen erbringen k6nnen gegentiber einer Monoelementmethode wie der Atomabsorptionsspektrometrie, Titration oder gravimetri- schen Bestimmung. Auch ist die Bedeutung der analysierten Proben f/Jr die Forschungs- und Entwicktungsarbeit oder die Infrastmktur des Forschungszentrums oder Betriebes ganz unterschiedlich. Dadurch kann eine Analysenmethode auch bei geringerer Auslastung gerechtfertigt bleiben. So lassen sich Multielementspurenanalysen nahezu aller Ele- mente des Periodensystems in bestimmten Reinstmetallen und -legierungen eben nur mit der Funkenmassenspektro- metrie sinnvoll ausf/ihren. )khnliches gilt fiir bestimmte Ele- mentkombinationen der Neutronenaktivierungsanalyse.

Sollte jedoch die Gesamtzahl der analysierten Proben und Einzelbestimmungen bei einer Methode unter eine kriti- sche Mindestzahl absinken, so wird man fiber Konsequen- zen nachdenken miissen. Man wird iiberlegen, ob die wenigen verbleibenden Analysenproben nicht besser nach aus- w/irts vergeben werden, sofern sich ein externes Servicelabor hierf/ir findet. Wenn sich zum Beispiel bei einer Analysenme- thode innerhatb von f/inf Jahren eine stetige Abnahme der analysierten Proben von mehreren hundert auf nur einzelne wenige Proben pro Jahr zeigt, so gibt es fiir die Leitung des Analysendienstes drei M6glichkeiten: (a) die Methode auslaufen lassen, (b) zusammen mit Leiter und Mitarbeitern der Methodengruppen verstfirkt nach sinnvollen zusfitzli- chen Analysenauftr/igen intern und extern zu suchen und (c) potentielle Auftraggeber auf diese M6glichkeiten hinzuwei- sen. Sollte sich bei einer anderen Methode herausstellen, dab bei ihr die Zahl tier analysierten Proben und Einzelbestim- mungen extrem stark zugenommen hat, so wird dies nicht ohne Konseqnenzen bleiben hinsichtlich einer verst/irkten Ausr/.istung an Ger~it und wenn m6gtich auch Personal.

Diese Beispiele sollen die Bedeutung von Zahlenunterlagen fill" die Verfolgung des internen Betriebsablaufes zeigen. Es sei allerdings nochmals darauf hingewiesen, dab nicht die Quantit/it alleine, sondern auch die qualitative Bedeutung der einzelnen Analysen mit zu beriicksichtigen ist.

In der Arbeitsstundenaufschreibung der einzelnen Bear- beiter werden nur die unmittelbar ffir die Ausffihrung von Auftragsanalysen aufgebrachten Arbeitsstunden gesondert ausgewiesen. Der Rest beinhaltet Zeiten ffir Planung und Einrichtung neuer Analysenmethoden, Wartung, Reparatu- ren, Kalibrierung, Teilnahme an Vergleichsanalysenpro- grammen sowie s~mtliche anderen Verrichtungen.

Im allgemeinen ergeben sich ftir die verschiedenen Me- thodengruppen unterschiedliche Auslastungen pro Mitar- beiter fiir reine Analysendienstaufgaben. Auch dieser Ober- blick ist fiir die Leitung des Analysendienstes wichtig. Er- scheint die Auslastung formal zu gering, so mfissen die Ursa- chen hierfiir festgestellt werden. Solche k6nnen unter anderem sein: zunehmende Ausfalls- und Reparaturzeiten iiberalteter Analysenger/ite (z.B. Vierkanalanalysatoren, Massenspektrometer, R6ntgendiffraktometer), zunehmende Beschfiftigung mit Entwicklungsarbeiten oder abnehmen- de Nachfrage durch die Auftraggeber. Letzteres bedarf be- sonderer Beachttmg.

6.8 Anatysenleistung fiir die einzelnen Auftraggeber

Ftir die Stellung der zentralen Analytikeinrichtung ist die fiir die einzelnen Auftraggeber in der Forschungseinrichtung oder im Betrieb erbrachte quantitative und qualitative Ana- lysenleistung wesentlich. Ein wichtiger Grundsatz dabei ist, ffir alle wichtigen Forschungs- und Entwicklungsvorhaben sowie Organisationseinheiten m6glichst wertvoUe Analysen- leistungen zu erbringen. Nur dadurch kann die Stellung und der Rang als zentrale Analytikeinrichtung gefestigt und erhalten bleiben. Sinkt die Analysenleistung fiir einzelne Bereiche ab und konzentriert sie sich nur mehr auf wenige Organisationseinheiten, so besteht die Gefahr des Entglei- tens des Anspruches auf zentraten Analysendienst. Die Ausfiihrung nurmehr von Analysen fiir diejenigen Organisationseinheiten, die selbst keine eigene Analytik haben oder aufbauen wollen, wiirde hierzu geh6ren. Mit abnehmender Bedeutung ffir die Forschungseinrichtung ist die Gefahr von Personal- und Geldmittelkfirzungen gegeben. Sinken aber Personalstand und apparative Einrichtung weiter, so stehen weniger M6glichkeiten ffir die Entwicklung neuartiger Probleme oder die Aufrechterhaltung vorhande- her Analysenmethoden zur Verf/igung, es sinkt die Anzahl der ausgef/ihrten Analysen weiter ab und steigt die Bearbei- tungsdauer an. Deshatb werden wiederum die zentralen Dienste weniger beansprucht, es kann zu weiteren K/irzun- gen kommen usw. bis bei diesem Teufelskreis ein unterkriti- scher Personalstand erreicht ist, von dem ab nur mehr Zuar- beit zu wenigen Bereichen mit einzelnen wenigen Methoden m6glich wird. Von einer zentralen, kompetenten und poten- ten Analytikeinrichtung kann dann nicht mehr gesprochen werden.

Deshalb muB es Ziel der Leitung des Analysendienstes sein, fiir m6glichst viele und wichtige Forschungsbereiche einen optimalen Analysendienst zu liefern. Abbildung 14 vergleicht den Umfang der wichtigsten KFA-Projekte des Jahres 1977 hinsichtlich des Aufwandes an Mannjahren mit der daffir aufgewendeten Analysenteistung der ZCH in %. Wie man sieht, ergibt sich eine relativ gute und gleichm/il3ige

597

500.

400-

Vergleich des Umfanges der KFA-Projekte mit der daf0r aufgewendeten

Analysenleistung der ZCH, Jahr 1977

587 Projektumfang in Mannjahren 1977, Analysenleistung

der ZCH in Relativprozenten ,5 N

300-

200-

100.

Abb. 14. Vergleich des Umfanges einzelner KFA-Projekte mit der daf/ir aufgewendeten AnalyseNeistung der ZCH, 1977. KFA-Pro- jekte in Mannjahren, Analysenleistung der ZCH in rel%

T[ I( tE

tCH ZA1

ICH3

INE

HBK

IRE

IGV

ICH

IC E

Abb. 15. Segmentdarstellung der Verteilung der Analysenleistung der ZCH auf die Auftraggeber (nach H. Beske 1985)

Auslas tung ffir die unterschiedlichen Forschungs- und Ent- wicklungsprojekte sowie die Infrastruktur . Eine detailliertere Aufstel lung ftir die Jahre 1978 bis 1983 br ingt Tabelle 5. Eine andere i ibersichtliche Ar t der Darste l lung der Analy- senleistung f/Jr die auf t raggebenden Organisat ionseinhei ten ist das Kre issegment -Diagramm fiir den Arbei tss tundenauf- wand nach Abb. 15.

598

Tabelle 5. Verteilung der Analyserdeistung der ZCH auf die Auftrag- geber, 1978-- 1983

Auftraggeber Anteil am Gesamtaufwand an Arbeitsstunden (%)

1983 1982 1981 1980 1979 1978

1. IFF(mi tSNQ) 29,79 23,81 30,48 33,55 25,15 18,78 2. HBK 13,57 12,60 9,29 5,69 4,90 1,11 3. IRW(mit SNQ) 13,17 13,65 12,82 9,05 0,07 9,26 4. IBT 9,56 10,04 6,38 2,56 4,78 3,70 5. ICH 8,69 3,68 5,30 9,08 9,70 11,51 6. Externe ~ 5,14 5,87 4,18 13,90 14,92 19,84

Externe ~ 2,89 6,29 6,45 7. IGV 3,81 2 , 3 1 0,58 0,43 -- 0,70 8. ICT 3,81 10,74 5 , 3 1 3,89 3,04 6,22 9. IRB 2,57 1,28 0 , 2 1 2,96 0,71 1,85

10. ZCH 2,42 4,28 0,38 2,87 5,44 3,11 II . NFE 1,77 0,32 3 ,31 2,44 1,79 1,84 12. TD 1,15 2,34 1,44 0,37 1 , 2 3 3,17 13. IPP 0,40 0,60 0,33 0,13 0,03 - 14. IRE 0,38 0,73 2,69 3,90 6,56 0,50 15. ASS 0,34 0,36 0,81 -- 0,85 0,01 16. VS 0,25 . . . . . 17. ZAT 0,11 0,18 1,06 1,92 1,16 0,04 18. ZBB 0,05 0,14 4,04 1,39 1,79 0,05 19. AVR 0,04 0,13 0,18 0,53 -- 1,34 20. ZEL 0,04 0,09 -- -- 0,24 0,12 21. IME 0,04 -- 0,23 -- -- -- 22. IKP 0,03 -- -- 4,35 1,47 0,26 23. EM - 0,26 -- 0,28 -- - 24. HHV - 0,18 0,18 0,25 2,63 10,85 25. ISF -- 0,13 0,14 -- 0,15 0,30 26. HRB -- -- 1,05 -- 0,24 0,33 27. INB -- -- 0,14 - 0,28 0,09 28. IRA - - - 0,16 4,07 1,42

Sonstige

Auftr~ge von Industrie, Handel usw. b Auftr/ige von Hochschulen, Forschungsinstituten, ~ffentlichkeit

usw. im Rahmen wissenschaftlicher Zusammenarbeit

7. Ausblick

Ftir eine so umfassende Aufgabenstel lung wie der eingangs geschilderten erforder t das bier vorgestellte Model l eines chemischen Analysendienstes nach den Gegebenhei ten und Erfahrungen der Z C H insgesamt 45 bis 48 Mitarbei terstel- len. Dabei ist jedoch zu berticksichtigen, dab in der K F A zusfitzliche Unterst t i tzung durch Infrastruktureinhei ten ffir Angewandte Mathemat ik , Elektronik, Technische Dienste und Hauptwerks ta t t , Personalverwal tung sowie E inkauf gegeben ist. Die genannten Mitarbei terzahlen sollten etwa zehn Wissenschaft ler und 25 Ingenieure einschlieBen. Das Team sollte vorwiegend aus analytischen Chemikern und analytischen Physikern bestehen, die Infras t rukturabte i lung auBerdem jeweils einen Mikroelektroniker , Informatiker , Systemanalytiker, mindestens zwei Programmierer und gegebenenfalls einen Betriebswirt fiir die Abwicklung des Ana- !ysenauftragsdienstes umfassen.

In der Z C H waren nicht alle diese Voraussetzungen er- fiillt. Der Personals tand betrug in der Berichtszeit etwa 40, die Differenz muBte durch Gfiste, Prakt ikanten oder fertige Auszubi ldende i iberbrt ickt werden.

Nicht immer sind alle Methoden gleichmfigig durch Ana- lysendienstaufgaben ausgelastet. In der verbleibenden Zeit werden Entwicklungsarbei ten durchgefiihrt .

Vo r Ne

Bei einem Mitarbeiterstand von unter 40 wird die kriti- sche Gr613e unterschritten. Dann sind bei gleichbleibenden Anforderungen einschneidende Kfirzungen des Methoden- spektrums unvermeidlich. Dies bewirkt einerseits eine Ver- ringerung der Leistungsf/ihigkeit, daraus entstehen 1/ingere Wartezeiten oder unzuverlfissigere Analysenergebnisse, wo- durch dann der erw/ihnte Teufelskreis in Gang gesetzt wird. Es bleibt aul3erdem kein Spielraum mehr, kurzfristig einige Mitarbeiter auf aktuell werdende Schwerpunktprobleme an- zusetzen.

Die in den letzten zehn Jahren vollzogene Vollautoma- tion und Computerisierung werden zusammen mit Multiele- mentmethoden den an anderer Stelle [9, 10] geschilderten Umbruch in der Strategie des Einsatzes analytischer Metho- den und des Analysendienstes nach sich ziehen. Die Chemie wird yon Nachweis- und Bestimmungsmethoden auf chemische Probenvorbereitung und Trennung verlagert. Der Che- miker ist jedoch weiterhin wegen seines breiten l~lberblickes fiber die Komponenten- und Materialvielfalt, fiber Wechsel- wirkungen dieser untereinander und mit der Umwelt als Leiter eines derartigen Analysendienstes gefordert. Der Phy- siker hingegen dfirfte h/iufig der bessere Spezialist ffir instrumentelle Analysenmethoden sein.

Mit der Zeit k6nnen sich Ziele von Forschungsprojekten verlagern und damit andere Materialarten und Komponen- ten als vorher wichtig werden. Es sei hier nur an die Informa- tionstechnologie mit ihren Anforderungen an die Analytik yon Elementspuren in hochreinen Materialien und Dfinn- schichten erinnert. W/ihrend der geschilderte Analysen- dienst nach dem Baukastensystem der Analysenteilschritte ohne grSl3ere und langwierige Vorbereitungen in der Lage ist, die Spurenelementanalytik der Reinststofforschung kurzfristig abzudecken, benStigt die Dfinnschichtanalytik als Oberfl/ichenanalyse grundsMzlich andere Methoden, ffir die eine zusfitzliche Einrichtung notwendig wird.

Das dargestellte Baukastensystem der Analysenteil- schritte hat seine Bew/ihrungsprobe inzwischen bestanden. Zweimal innerhalb von nur drei Jahren hintereinander haben grunds/itzliche Schwerpunkt/inderungen des For- schungszentrums stattgefunden. Diese konnten ohne zeit- raubende Neueinrichtungen und organisatorische Ande- rungen kurzfristig aufgefangen werden.

Das vorliegende Analysensystem hat inzwischen ver- schiedentlich Interesse bei anderen Forschungseinrichtun- gen, insbesondere im Ausland, gefunden. Hier kann es sich als Grundlage ffir ein zu errichtendes Nationales Laborato- rium ffir Angewandte Chemische Analyse in L/indern der Dritten Welt gut eignen. Denn es erlaubt, alle unvorhergese- henen und denkbaren Analysenprobleme, zumindest grund- s/itzlich, zu bearbeiten. Ffir besondere Schwerpunktpro- gramme des Landes sind jeweils nur apparative und personelle Erweiterungen erforderlich. In diesen Lfindern bereitet schon die einmalige Anschaffung eines modernen GroBger/i- tes, zum Beispiel Funkenmassenspektrometer oder Ionenmi- krosonde, seines Betriebes durch erfahrenes Fachpersonal und seine Wartung, grol3e Probleme. Eine Mehrfachanschaf- fung im Lande verbietet sich meist von selbst. Ffir ein derar- tiges Nationales Analytiklaboratorium wird man jedoch zu- s/itzlich noch die Analytik von Verbindungen (,,organische" Analyse) und vielleicht auch Oberflfichen mit berficksichtigen mfissen.

Jeder konkrete Einzelfall wird Modifikationen des beschriebenen Modelles erfordern. Wie diese aber auch ausse- hen m6gen: der Weg zurfick zur Materialorientierung ver-

gangener Jahrzehnte ist wegen der Eigendynamik der modernen chemischen Materialanalyse nicht mehr sinnvoll. Wenn er trotzdem begangen werden sollte, dann aus anderen Grfinden als aus Sicht der chemischen Materialanalyse des Jahres 1985.

Dank. Der Analysendienst der Zentralabteilung fiir chemische Ana- lysen wurde yon 1977 bis 1983 vom Leiter der ZCH geleitet, Stellver- treter war Dr. G. Wolff. Die Analysenannahme, Begleitung und Computerbegleitung lag bis 1982 in den Hfinden von Frau R. Kurth und danach von Herrn Dr. H. Heckner. An den t~iglichen bzw. bei Bedarf stattfindenden Analysenbesprechungen nahm als Abtei- lungsleiter auBerdem Herr Dr. G. Erdtmann teil. Ihnen sei ffir die fachkundige Ubernahme der damit verbundenen umfangreiehen Mehrarbeit vielmals gedankt. Die Textverarbeitung hat Frau A. Schorn besorgt.

Fiir eingehende Beratung und Diskussionen wS.hrend und nach den Studienreisen, die der Konzeptfindung dienten, danke ich den Leitern der betreffenden zentralen Einrichtungen. Vor allem den Herren Dr. K.-H. Schmitz, Mannesmann R6hrenwerke, Duisburg; Dr. H. Spitzer, Duisburger Kupferhfitte, Duisburg; Dr. G. Koch, Hoesch Hiittenwerke AG, Dortmund; Prof. Dr. H. Kelker, Hoechst AG, Frankfurt; Dr. Faug, Dr. Thiel3 und Dr. H. Walz, Bayer AG, Leverkusen; Prof. Dr. E. Fahr, Institut ftir organische Chemic der Universitfit, Mainz; Prof. Dr. G. T61g, Max-Planck-Institut fiir Metallforsehung, Stuttgart und Schwfibisch Gm/ind; Prof. Dr. W. Fresenius, Wiesbaden und Taunusstein; Dr. F. R. Knippenberg und Mitarbeiter, Philips Research Laboratories, Eindhoven. Fiir verschiedene Anregungen w/ihrend friiherer Besuche danke ich au- Berdem den Herren Dr. A. Smales, Nuclear Research Establishment, Harwell; Dr. M. W. Carter, EPA Western Environmental Research Laboratory, Las Vegas; Dr. Stewart, Ass. Dir., Argonne National Laboratories, Argonne; Ass. Dir. Dr. G. E. Boyd, Dr. White und Dr. Lion, Oak Ridge National Laboratories, Oak Ridge, sowie Prof. Dr. I. P. Alimarin, Lomonossov Universitfit, Moskau.

Der Inhalt vorliegender Arbeit oder von Teilen daraus wurde auf verschiedenen Veranstaltungen vorgetragen. Plenarvortr/ige: IAEA-Postgraduate Symposium on Future Trends in Chemistry, Kyoto (12.9.77); Indo-German Seminar on Trace Element Analysis and Characterization, Maria Laach (15. 10. 78); IUPAC Sympo- sium on Trace Element Analysis and Technological Development, Bombay (2. 81); XV. Jornadas Chilenas de Quimica, Valparaiso (11. 1. 84). Kolloquiums- und Seminarvortr/ige: CDTN (Nucle- bras), Belo Horizonte (26. 4. 79); ISAS, Dortmund (26. 6. 79); BARC, Bombay; Hyderabad, Bangalore (2. 80); IIT Madras und Reactor Research Centre, Kalpakkam (2. 81); Bulgarische Akade- mie der Wissenschaften, Sofia (10.11.82); VDEH, Diisseldorf (22. 9. 83); Ames Laboratories, Iowa State University, Ames (19. 11. 84); National Radiation Research Centre, Nassr City und Atomic Energy Research Centre, Inshas, Agypten (12.84).

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2. Koch OG, Koch-Dedic GA (1974) Handbuch der Spurenana- lyse, Die Anreicherung und Bestimmung yon Spurenelementen unter Anwendung chemischer, physikalischer und mikrobiolo- gischer Verfahren, 2. Auflage, Teil 1. Springer, Berlin Heidelberg New York

3. Lange E (1974) Die Elementarteilchen und hSheren Baustufen der Materie und ihre wissenschaftstheoretische Bedeutung. In: Die Erlauger Universit/it, Halbmonatsblfitter der Dozenten und Studenten der Friedrich Alexander Universitfit zu Erlangen, 1 353--357; 378-381. Lange E, G6hr H (1962) Thermodynami- sche Elektrochemie. Dr. Alfred Hiithig Verlag GmbH Heidel- berg, S 21-27

4. N. N. (1982) Leistungsverzeichnis fiir chemische Arbeiten. Ge- sellschaft Deutscher Chemiker (Hrsg), 11. Auflage. Verlag Chemie Weinheim, 145 S

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5. Sansoni B (1973, 1974) Allgemeine und Anorganische Chemie (Experimentalchemie I), Vorlesung in der Fakult/it ffir Land- wirtschaft und Gartenbau, Technische Universit~it Miinchen, Weihenstephan bei Freising. Als Manuskript gedruckt, D-8042 Neuherberg bei Miinchen. Teil I, Einffihrung in die Allgemeine Chemie, 2. Aufl., Oktober 1973, 138 S.; Tell II, Anorganische Chemie, April 1974, 205 S

6. Sansoui B, Iyengar GV (1978) Sampling and sample preparation methods tbr the analysis of trace element analysis, Speziel. ler Bericht der Kernforschungsanlage Jiilich, Nr. 13, 79 S

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Anal Chem 323: 541 - 547 13. Fereira M, Sansoni B, Improvement, Extension and Method-

Oriented Organization of the Chemistry Division, Centro de Desenvolvimento da Technologia Nuclear (CDTN), Nuclebras, Belo Horizonte, Brazil; Interner Bericht KFA-IB-I/86, KFA, January 1986

Eingegangen am 9. Januar 1986

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Documents

Fortgeschrittener Chemischer Analysendienst für Elemente, Radionuklide und Phasen