Ion Chromatographic Determination of Fluorine and Chlorine in Silicate Rocks Following Alkaline Fusion

Abstract

A simple and accurate method to determine fluorine and chlorine contents in small amounts (∼ 30 mg) in rock has been developed using ion chromatography after extraction by alkaline fusion. Powdered sample was mixed with sodium carbonate and zinc oxide at a mass ratio of 1:3:1, and was fused in an electric furnace at 900 °C for 30-40 minutes. An aqueous solution obtained by dissolving the fused silicate rock was diluted to the appropriate concentration of sodium carbonate (< ∼ 24 mmol l-1) to minimise the tailing effect on F- during ion chromatography caused by the large amount of carbonate species originating from the flux. Fluorine and chlorine contents were then determined by a standard additions method. Based on the relative standard deviation of the backgrounds, detection limits of both fluorine and chlorine were ∼ 4 μg g-1, when 30 mg test portions were fused and diluted by a factor of 1200. We also report new fluorine and chlorine contents in nine GSJ (Geological Survey of Japan) reference materials, including peridotite (JP-1), granite (JG-1a), basalts (JB-1b, 2 and 3), andesites (JA-1 and 2) and rhyolites (JR-1 and 2). Fluorine and chlorine contents in the reference materials in this study were consistent with previously reported values. Reproducibilities were < 10 % for samples with F and Cl concentrations of > 20 μg g-1 and < 20 % with F and Cl < 20 μg g-1. Une méthode simple et précise de détermination des concentrations en chlore et fluore dans des petits échantillons (∼ 30 mg) de roches a été développée, basée sur l'utilisation de la chromatographie ionique après extraction par fusion alcaline. l'échantillon en poudre est mélangé avec du carbonate de sodium et de l'oxyde de zinc dans un rapport massique de 1 :3 :1 et est fondu dans un four électrique à 900 °C pendant 30-40 minutes. La solution aqueuse obtenue par dissolution du verre de fusion est diluée à une concentration de carbonate de sodium qui permette de minimiser les effets de queue sur F durant la chromatographie ionique, effet causé par la grande quantité d'espèces de carbonates provenant du fondant. Les teneurs en fluore et chlore sont alors déterminées par la méthode de l'addition de standards. A partir des écarts types relatives des bruits de fond, les limites de détection pour le fluor et le chlore ont été estimées à∼ 4 μg g-1, pour un échantillon test de 30 mg fondu puis dilué d'un facteur 1200. Nous présentons aussi de nouvelles mesures de concentrations en chlore et fluor dans neuf matériaux de référence du GSJ (Service Géologique du Japon): la péridotite (JP-1), le granite (JG-1a), les basaltes (JB-1b, 2 et 3), les andésites (JA-1 et 2), les rhyolites (JR-1 et 2). Les teneurs en fluor et en chlore de ces matériaux se sont révélées être en accord avec les valeurs reportées précédemment. Les reproductibilités sont < 10% pour des échantillons ayant des concentrations supérieures à 20 μg g-1 et < 20% pour des teneurs de F et Cl < 20 μg g-1.