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

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 (N_A) 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 u_rel(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 u_rel(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