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Molare Masse von hochangereichertem Silicium mit einer relativen Unsicherheit von weniger als 1*10-8 bestimmt

02.02.2011

Die molare Masse M von in 28Si hochangereicherten Siliciumkristallen wurde erstmals unter Anwendung einer modifizierten Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie- (IDMS) Technik in Kombination mit einem Multikollektor-ICP-Massenspektrometer (MC-ICP-MS) gemessen. Hintergrund dieser Studie ist ein internationales Projekt zur Neubestimmung der Avogadro-Konstante (NA) mit einer relativen Messunsicherheit im
Bereich von 1·10-8.

M wird aus Isotopenverhältnismessungen bestimmt. Auf 28Si bezogene Isotopenverhältnismessungen erfordern einen großen dynamischen Bereich des Detektionssystems des Massenspektrometers  (ca. 6 Größenordnungen). Damit würde die angestrebte Messunsicherheit der molaren Masse urel(M) ≤ 10-8 nicht erreicht werden. In der PTB wurde eine neuartige Methode entwickelt, um dieses Problem zu umgehen. Dabei werden Isotopenverhältnisse um eins mit deutlich kleineren Unsicherheiten gemessen. Das Silicium wird hypothetisch in ein “virtuelles” Element umgewandelt, das nur noch aus den beiden Isotopen mit geringerem Vorkommen (29Si und 30Si) besteht und deren Verhältnis ausschließlich gemessen wird. Der Gehalt dieses virtuellen Elements in der Matrix des tatsächlichen Elements (28Si, 29Si und 30Si) wird nun mit IDMS bestimmt. Mittlerweile konnte die molare Masse des in 28Si hochangereicherten Silicium-Kristalls mit urel(M) ≤ 1·10-8 bestimmt werden.

O. Rienitz, A. Pramann, D. Schiel, Int. J. Mass Spectrometry, 289 (2010) 47
G. Mana, O. Rienitz, A. Pramann, Metrologia, 47 (2010) 460
A. Pramann, O. Rienitz, D. Schiel, B. Güttler, Int. J. Mass Spectrometry
299 (
2011) 78-86

 
Ansprechpartner:

A. Pramann, AG 3.11, 
axel.pramann(at)ptb.de