Accurate and High-Precision Determination of Boron Isotopic Ratios at Low Concentration by MC-ICP-MS (Neptune)

Abstract

We report an approach for the accurate and reproducible measurement of boron isotope ratios in natural waters using an MC-ICP-MS (Neptune) after wet chemistry sample purification. The sample matrix can induce a drastic shift in the isotopic ratio by changing the mass bias. It is shown that, if no purification is carried out, the direct measurement of a seawater diluted one hundred times will induce an offset of −7‰ in the isotopic ratio, and that, for the same concentration, the greater the atomic mass of the matrix element, the greater the bias induced. Whatever the sample, it is thus necessary to remove the matrix. We propose a method adapted to water samples allowing purification of 100 ng of boron with a direct recovery of boron in 2 ml of 3% v/v HNO3, which was our working solution. Boron from the International Atomic Energy Agency IAEA-B1 seawater reference material and from the two groundwater reference materials IAEA-B2 and IAEA-B3, was chemically purified, as well as boron from the certified reference material NIST SRM 951 as a test. The reproducibility of the whole procedure (wet chemistry and MC-ICP-MS measurement) was ± 0.4‰ (2s). Accuracy was verified by comparison with positive-TIMS values and with recommended values. Seawater, being homogeneous for boron isotope ratios, is presently the only natural water material that is commonly analysed for testing accuracy worldwide. We propose that the three IAEA natural waters could be used as reference samples for boron isotopes, allowing a better knowledge of their isotopic ratios, thus contributing to the certification of methods and improving the quality of the boron isotopic ratio measurements for all laboratories. Nous présentons ici une approche permettant la mesure juste et reproductible des rapports isotopiques du bore dans les eaux naturelles par l’utilisation d’un MC-ICP-MS (Neptune) après purification chimique de l’échantillon. Comme nous le démontrons, la matrice de l’échantillon peut induire un fractionnement important des rapports isotopiques. La mesure directe d’une eau de mer non purifiée, simplement diluée cent fois, entraine une différence de −7‰ sur le rapport isotopique. Il est également montré, qu’à teneur identique, plus l’élément est de masse atomique élevée, plus le biais sera important. Quel que soit l’échantillon, il s’avère nécessaire de le purifier. Nous proposons une méthode adaptée aux eaux naturelles permettant la purification de 100 ng de bore avec une récupération directe du bore dans 2 ml de 3% v/v HNO3 qui est la solution utilisée en routine pour la mesure sur notre MC-ICP-MS. La purification chimique du bore a été réalisée sur une eau de mer (IAEA-B1) et deux eaux souterraines (IAEA-B2 et IAEA-B3) ainsi que sur le matériau de référence NIST SRM 951. La reproductibilité de la procédure (purification chimique et analyse au NEPTUNE) est de ± 0.4‰ (2s). La justesse est vérifiée par comparaison avec des valeurs obtenues en P-TIMS ainsi qu’avec les valeurs recommandées. L’eau de mer étant homogène pour les rapports isotopiques du bore, elle est actuellement la seule eau naturelle analysée couramment pour tester la justesse des mesures au sein de différents laboratoires. Nous proposons que les trois eaux naturelles de l’IAEA soient utilisées en tant que solutions de référence pour les isotopes du bore, permettant ainsi une meilleure connaissance de leur rapport isotopique, et par conséquent aidant à la certification des méthodes et améliorant la qualité de la mesure des rapports isotopiques du bore dans les différents laboratoires.