Analysis of the elemental composition of glass fragments by LA-ICP-MS method. Part I : Optimal conditions for micro-sampling of container glass for forensic purposes

Laser ablation inductively coupled plasma with mass spectrometry (LA-ICP-MS) allows for elemental analysis of the glass. LA-ICP-MS measurements are capable for providing reliable information about main and trace elements content, when optimal laser ablation conditions are applied and heterogeneity of evidence and control samples is taken into account during micro-sampling. The aim of the research was to set optimum conditions and proper methodology of micro-sampling for elemental analysis of glass fragments, particularly of samples taken from brown and green containers. The studies were focused on heterogeneous layers of container glass, which were created during manufacture processes (hot-end coatings) and corrosion processes. The research shows that laser ablation in point mode with 20 Hz repetition rate allows for micro-sampling of representative part of the material, i.e. bulk analysis, without preparation of the sample. Many important elements for discrimination purposes (Fe2O3, Cr2O3, K2O), including traces, can be determined in small glass fragments during LA-ICP-MS analysis with 20 Hz repetition rate. Applicability and suitability of CRM NIST 610 and CRM NIST 612 in analysis of container glass samples was confirmed within studies. It was also confirmed that elemental analysis of container glass can be performed with the use of 213 and 266 nm laser wavelength. Nevertheless lower fractionation effect, especially during measurements of colorless glass, was observed with 213 nm laser wavelength.

Metoda spektrometrii mas z jonizacją w plazmie indukcyjnie sprzężonej po ablacji laserowej (LA-ICP-MS) umożliwia analizę składu pierwiastkowego mikrookruchów szkła. Pomiary metodą LA-ICP-MS dostarczają wiarygodnych informacji o zawartości pierwiastków, jeżeli warunki pomiarowe są zoptymalizowane, a mikropróbkowanie uwzględnia niejednorodność materiału dowodowego i porównawczego. Celem badań było określenie optymalnych warunków pomiarowych i sposobu wyznaczenia składu pierwiastkowego mikrookruchów szkła, ze szczególnym uwzględnieniem szkła opakowaniowego o barwie brązowej i zielonej. Badania objęły analizy niejednorodnych warstw szkła opakowaniowego powstałych w trakcie procesów uszlachetniania oraz będących efektem zmian korozyjnych. Badania wykazały, że ablacja punktowa z częstotliwością impulsów promieniowania laserowego wynoszącą 20 Hz pozwala wyznaczyć skład pierwiastkowy reprezentatywny dla próbek szkła (analiza składu chemicznego w objętości próbki, z ang. bulk analysis) bez konieczności przeprowadzania jakichkolwiek czynności przygotowania próbki. W pomiarach okruchów szkła o niewielkich rozmiarach, dla których konieczne jest mikropróbkowanie z obszaru o małej średnicy (50 µm), wskazane jest stosowanie większej częstotliwości impulsów promieniowania laserowego (20 Hz) w celu oznaczenia większej liczby składników śladowych, jak i ważnych pierwiastków do dyskryminacji (Fe2O3, Cr2O3 oraz K2O). Potwierdzono przy tym możliwość stosowania materiałów odniesienia NIST 610 i NIST 612 do prowadzenia analiz szkła opakowaniowego. Ponadto ustalono, że w analizach szkła opakowaniowego wskazane jest korzystanie z systemu do ablacji wyposażonego w laser emitujący promieniowanie o mniejszej długości fali (213 nm), co jest związane z mniejszym efektem frakcjonowania. Niemniej jednak ablacja laserem o długości fali 266 nm również pozwala na prowadzenie analiz ilościowych szkła opakowaniowego, w szczególności szkła barwnego.