Analiza składu pierwiastkowego mikrookruchów szkła metodą LA-ICP-MS. Część 2 : Warstwy przypowierzchniowe w szkle opakowaniowym

Spektrometria mas z jonizacją w plazmie indukcyjnie sprzężonej po ablacji laserowej (LA-ICP-MS) jest stosowana w bezpośrednich pomiarach składu pierwiastkowego mikrookruchów szkła. Metoda charakteryzuje się dobrą rozdzielczością przestrzenną, co pozwala na prowadzenie pomiarów dla poszczególnych warstw badanego obiektu. Szkło opakowaniowe nie jest materiałem jednorodnym, a warstwy przypowierzchniowe mogą zawierać pierwiastki charakterystyczne dla procesów technologicznych (np. uszlachetnianie), jak również mogą ulegać zmianom korozyjnym przy dostępie do wilgoci. Celem badań było określenie zmienności wewnątrz- i między-obiektowej szkła opakowaniowego w odniesieniu do składu chemicznego warstw przypowierzchniowych. Sprawdzono przy tym częstość występowania charakterystycznych warstw przypowierzchniowych w populacji szkła opakowaniowego oraz trwałość takich warstw w obiektach przechowywanych w różnych warunkach otoczenia. Wyniki badań wykazały, że informacje o składzie pierwiastkowym warstw przypowierzchniowych może być przydatną cechą w analizie porównawczej. Zmienność między-obiektowa takich warstw dotyczy zawartości kilku składników: SnO2, ZrO2, HfO2, Fe2O3 i CuO. Natomiast zmienność wewnątrz-obiektowa obiektów szklanych dotyczy głównie różnic pomiędzy warstwami wewnętrznymi i przypowierzchniowymi. Wilgoć, woda, a szczególnie środowisko kwasowe prowadzą do zmian w składzie pierwiastkowym warstw przypowierzchniowych i zmiany korozyjne mogą generować błędy typu I. Stwierdzono, że zmiany korozyjne wpływają przede wszystkim na zawartość składników alkalicznych. Niemniej jednak nawet po długotrwałym działaniu czynników korozyjnych możliwe jest wykrycie charakterystycznych składników warstw przypowierzchniowych metodą LA-ICP-MS. Film SnO2 w warstwach przypowierzchniowych występuje w większości bezbarwnych opakowań szklanych, natomiast jest cechą rzadką w zielonych i brązowych butelkach. Z kolei podwyższona zawartość ZrO2 w warstwach przypowierzchniowych jest cechą rzadką i jest bardziej istotna z punktu widzenia interpretacji wyników analiz.

Laser ablation inductively coupled plasma with mass spectrometry (LA-ICP-MS) is versatile method for direct analysis of elemental composition of glass fragments. Good spatial and depth resolutions of the method allow for mapping and depth profiling of layers within the sample. Container glass is not homogenous material and subsurface layers can be enriched in elements introduced during manufacture (i.a. hot-end coatings) and leached due to corrosion processes in moisture conditions. The research was focused on intra- and inter-object variability of container glass, especially in relation to elemental composition of subsurface layers. Durability of subsurface layers in container glass was checked during exposition to different environment. The research shows that information about elemental composition of subsurface layers can be additional and useful feature in comparative analysis of glass fragments. Inter-object variability of subsurface layers is connected with content of several oxides (SnO2, ZrO2, HfO2, Fe2O3 and CuO). Whereas, intra-object variability of glass objects is connected especially with differences in composition of external and internal subsurface layers in glass containers. Moisture, water, and acidic environment lead to changes in elemental composition of subsurface layers. Corrosion changes in glass can generate type I errors. It has been found that corrosion changes primarily affect the content of alkaline components. Nevertheless, it is possible to detect the characteristic components in subsurface layers using the LA-ICP-MS method even after prolonged exposure to corrosive agents. SnO2 film in subsurface layers can be found in the majority of colorless container glasses, while it is a rare feature in green and brown bottles. The increased content of ZrO2 in subsurface layers is a rare feature and it is more important feature during interpretation of physiochemical data.