An Isotope Dilution ICP-MS Method for the Determination of Mg/Ca and Sr/Ca Ratios in Calcium Carbonate

Authors


 Corresponding author. e-mail: diego.fernandez@utah.edu

Abstract

Mg/Ca and Sr/Ca ratios in calcium carbonate are important components of many palaeoclimate studies. We present an isotope dilution method relying on a single mixed spike containing 25Mg, 43Ca and 87Sr. Dozens of samples per day, as small as 10 μg of carbonate, could be dissolved, spiked and run in an ICP-MS with a precision of 0.8% (2 RSD). Two instruments types, a sector field and a quadrupole ICP-MS, were compared. The best long term precision found was 0.4% (2 RSD), although this increased by up to a factor of two when samples of very different Mg or Sr content were run together in the same sequence. Long term averages for the two instruments concurred. No matrix effects were detected for a range of Ca concentrations between 0.2 and 2 mmol l-1. Accuracy, tested by measuring synthetic standard solutions, was 0.8% with some systematic trends. We demonstrate the strength of this isotope dilution method for (a) obtaining accurate results for sample sets that present a broad Mg and Sr range and (b) testing solid carbonates as candidate reference materials for interlaboratory consistency. Mg/Ca and Sr/Ca results for reference materials were in good agreement with values from the literature.

Abstract

Les rapports Mg/Ca et Sr/Ca des carbonates de calcium sont importants pour de nombreuses études paléoclimatiques. Nous présentons une méthode de dilution isotopique s’appuyant sur un simple ajout (« spike ») constitué d’un mélange contenant 25Mg, 43Ca et 87Sr. Des dizaines d’échantillons par jour, aussi petit que 10 μg of carbonate, pourraient être dissous, enrichis (« spiked ») et analysés dans un ICP-MS avec une précision de 0.8% (2 RSD). Deux types d’instruments, ICP-MS à secteur magnétique et ICP-MS quadripolaire, ont été comparés. La meilleure précision à long terme constatéétait de 0.4% (2 RSD), bien que cette valeur ait augmenté jusqu’à un facteur deux lorsque des échantillons caractérisés par des teneurs en Mg ou Sr très différentes ont été analysés ensemble dans une même séquence. Les moyennes à long terme pour les deux instruments sont du même ordre. Aucun effet de matrice n’a été détecté pour une gamme de concentrations de Ca comprise entre 0.2 et 2 mmol l-1. La précision, testée par la mesure de solutions standards de synthèse, était de 0.8%, avec certaines tendances systématiques. Nous démontrons la robustesse de cette méthode de dilution isotopique pour: (1) l’obtention de résultats précis pour des ensembles d’échantillons qui présentent une large gamme de teneurs en Mg et Sr, et (2) tester des carbonates solides comme matériaux de référence candidats à des études de cohérence entre laboratoires. Les rapports Mg/Ca et Sr/Ca obtenus pour les matériaux de référence sont en bon accord avec les valeurs de la littérature.

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