[논문]집속이온빔으로 제작한 황사 입자 시편의 투과전자현미경 분석

정기영

doi:10.9727/jmsk.2013.26.4.325

집속이온빔으로 제작한 황사 입자 시편의 투과전자현미경 분석
Transmission Electron Microscopy of Asian Dust Particle Specimens Prepared by Focused Ion Beam 원문보기

韓國鑛物學會誌 = Journal of the Mineralogical Society of Korea, v.26 no.4, 2013년, pp.325 - 330

정기영 (안동대학교 지구환경과학과)

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문제 정의

저자가 집속이온빔을 지질시료에 적용한 예로서 제주도 화산유리의 변질과정(Jeong and Sohn, 2009; 2011) 및 중국 황사 퇴적물인 뢰스(loess) 입자에 대한 연구 (Jeong and Lee, 2010)가 있다. 이 단보에서는 FIB 를 이용하여 제작한 우리나라 황사 입자 단면 시편의 조직과 광물구성에 대한 TEM 분석결과를 소개하고자 한다.

제안 방법

SEM 관찰을 바탕으로 내부구조 관찰을 위한 입자를 선정하였으며, SMI 3050TB FIB 장비로 TEM 관찰을 위한 시편을 제작하였다. 시편 제작은 우선 탄소를 입자에 증착하여 고정시킨 후, Ga 이온빔으로 표면에 수직 방향으로 두께 ∼50 nm, 면적 20 µm² 정도인 박편을 제작하였다.
시편 제작은 우선 탄소를 입자에 증착하여 고정시킨 후, Ga 이온빔으로 표면에 수직 방향으로 두께 ∼50 nm, 면적 20 µm² 정도인 박편을 제작하였다. TEM 관찰은 JEOL JEM 2100F 장비를 이용하여 시행하였으며, EDS로 관심부위의 화학조성을 분석하였다.
황사 입자의 SEM 관찰을 위하여 황동판에 전도성 탄소 양면테이프를 붙힌 후, 필터에 가볍게 접촉하여 황사 입자들을 테이프에 옮기고 백금 코팅을 하였다. 황사 입자들의 대략적인 광물 특성, 형태, 집합상태 분석을 위하여 JEOL JSM 6300 SEM 및 JEOL JSM 6700F 전계방출형 SEM으로 황사 입자들을 관찰하는 동시에 에너지분산X선분광기(EDS)로 정성적 화학조성을 분석하였다(Jeong, 2008).
, 2013). 황사 입자의 SEM 관찰을 위하여 황동판에 전도성 탄소 양면테이프를 붙힌 후, 필터에 가볍게 접촉하여 황사 입자들을 테이프에 옮기고 백금 코팅을 하였다. 황사 입자들의 대략적인 광물 특성, 형태, 집합상태 분석을 위하여 JEOL JSM 6300 SEM 및 JEOL JSM 6700F 전계방출형 SEM으로 황사 입자들을 관찰하는 동시에 에너지분산X선분광기(EDS)로 정성적 화학조성을 분석하였다(Jeong, 2008).

대상 데이터

시편 제작은 우선 탄소를 입자에 증착하여 고정시킨 후, Ga 이온빔으로 표면에 수직 방향으로 두께 ∼50 nm, 면적 20 µm2 정도인 박편을 제작하였다.
황사 시료는 2012년 3월 31일에서 4월 1일 사이에 인천특별시 옹진군 덕적도 정상에 설치된 황사 측정소에서 총분진측정기(TSP sampler)로 테플론 코팅 유리섬유 필터에 채집하였다. 이 시기 황사는 중국 북부와 몽골 사이의 고비사막에서 발생하여 하루 만에 경기도 서해안에 도달하였는데, 연구에 의하면 예년에 비하여 입자 직경이 큰 특성을 갖고 있다(Jeong et al.

성능/효과

FIB 시편의 TEM 관찰 결과, 0.5∼1 µm 정도 두께의 점토 광물층이 요철 있는 앨바이트 표면을 피복하고 있으며, 앨바이트와 점토 광물 피복 사이에 미세한 공극이 형성되어 있다.
이 연구에서 FIB 시편준비와 TEM 분석법을 황사 개별 입자의 광물학적 특성 분석에 복합적으로 적용한 결과, 황사 입자들의 복잡한 내부구조와 다양한 광물분포를 확인할 수 있었다. FIB를 이용한 먼지 입자 단면 시료 제작과 TEM 내부 구조 및 광물분석은 개별 광물먼지 입자의 내부 특성 연구에 매우 효과적임을 알 수 있었다. 향후 대표적인 광물먼지 입자들에 대한 체계적인 분석을 통하여 그 내부 구조와 광물조성을 유형화하는 후속연구가 필요하다.
이와 같은 모델의 적용성을 향상시키기 위해서는 광물먼지 입자들의 크기나 형태 등의 물성 외에도, 개별 입자의 조성이나 구조에 대한 광물학적 자료가 필요하다. 이 연구에서 FIB 시편준비와 TEM 분석법을 황사 개별 입자의 광물학적 특성 분석에 복합적으로 적용한 결과, 황사 입자들의 복잡한 내부구조와 다양한 광물분포를 확인할 수 있었다. FIB를 이용한 먼지 입자 단면 시료 제작과 TEM 내부 구조 및 광물분석은 개별 광물먼지 입자의 내부 특성 연구에 매우 효과적임을 알 수 있었다.

후속연구

이와 같은 광물먼지 개별 입자의 광물학적 특성은 이전에는 SEM을 이용한 입자의 EDS 패턴으로 부터 추론할 수밖에 없었으나(Jeong, 2008), 최근의 FIB 장비의 보급으로 본격적인 연구가 가능하게 되었다. 이와 같은 종류의 분석은 SEM 분석과 비교하여 아직 시료준비와 분석 비용이 많이 들고, 절차가 훨씬 복잡하지만, 광물먼지-빛 상호작용의 보다 실제적인 광학모델 수립에 기여할 것으로 보인다.
FIB를 이용한 먼지 입자 단면 시료 제작과 TEM 내부 구조 및 광물분석은 개별 광물먼지 입자의 내부 특성 연구에 매우 효과적임을 알 수 있었다. 향후 대표적인 광물먼지 입자들에 대한 체계적인 분석을 통하여 그 내부 구조와 광물조성을 유형화하는 후속연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	먼지 입자의 내부적 특징을 알아내는 것이 중요한 이유는 무엇인가?	먼지 입자가 단일 광물이거나 단일 입자인 경우는 거의 없으며, 대부분 여러 광물이나 입자의 집합체임이 이전 연구들에서 밝혀진 바 있다(Jeong, 2008). 광물먼지의 대기에너지수지 기여도 규명 및 원격탐사자료 처리 알고리듬의 개선을 위해서는 광물먼지 입자와 전자기파의 상호작용 광학모델의 수립이 가장 중요하다. 지금까지는 이러한 광학모델에 광물먼지의 외부 형태나 광물 조성만이 고려되었으나, 입자 내부의 광물배열상태, 공극의 크기 및 분포, 광물종 분포 등의 입자 내부적 특징이 함께 고려되어야 한다(Nousiainen, 2009). 먼지 입자의 내부적 특징은 사실 이전까지는 기술적 한계 때문에 연구가 거의 불가능하였으나, 최근의 집속이온빔(FIB) 장비의 빠른 보급으로 가능하게 되었다.
	광물먼지의 물성을 얻는 방법은?	광물먼지의 물성은 리다(lidar), 태양광도계(sun photometer)나 인공위성 등의 원격탐사를 이용하거나, 에어로졸 필터에 수집된 시료를 분석하여 얻어진다. 필터 시료의 전반적 화학조성이나 광물조성을 알아보기 위한 X선형광분석이나 X선회절분석을 적용하기도 하지만, 흔히 필터에 채집된 시료량이 수 mg 정도로 매우 작기 때문에 신뢰도가 높지 않다.
	광물먼지가 지구 환경에 미치는 영향은 무엇인가?	광물먼지(mineral dust)는 태양광 및 지구 복사를 반사 및 흡수하거나 구름 응결핵이 되어 지구대기의 에너지 수지에 직간접적인 영향을 미친다(Tegen and Lacis, 1996; Formenti et al., 2011).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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