구리는 생지구화학적인 과정에 필수적인 전이금속으로 최근 질량분석기 및 분석기술의 발달로 인해 구리 동위원소를 이용한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있으나, 국내에서는 아직까지 구리 동위원소에 대한 분석 및 이를 이용한 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 $AG^{(R)}$ MP-1M 음이온 교환 수지를 충진한 칼럼을 이용하여 구리 분리법을 정립하고 이에 대한 신뢰성 검증을 위하여 두 종류의 암석표준물질(BHVO-2, BIR-1a)에 대해서 동위원소 분석을 실시하였다. 본 연구에 사용된 두 가지 분리법 모두 95% 이상의 회수율을 보였으나 HCl과 $H_2O_2$의 혼합산을 이용하여 분리된 구리에 대하여 분석된 동위원소 값이 기존 보고 값과 오차범위 내에서 잘 일치하였다. 본 연구에서 개발된 구리 동위원소 분석법은 향후 환경과학 등 다양한 분야에서 중요하게 활용될 것으로 기대된다.
구리는 생지구화학적인 과정에 필수적인 전이금속으로 최근 질량분석기 및 분석기술의 발달로 인해 구리 동위원소를 이용한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있으나, 국내에서는 아직까지 구리 동위원소에 대한 분석 및 이를 이용한 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 $AG^{(R)}$ MP-1M 음이온 교환 수지를 충진한 칼럼을 이용하여 구리 분리법을 정립하고 이에 대한 신뢰성 검증을 위하여 두 종류의 암석표준물질(BHVO-2, BIR-1a)에 대해서 동위원소 분석을 실시하였다. 본 연구에 사용된 두 가지 분리법 모두 95% 이상의 회수율을 보였으나 HCl과 $H_2O_2$의 혼합산을 이용하여 분리된 구리에 대하여 분석된 동위원소 값이 기존 보고 값과 오차범위 내에서 잘 일치하였다. 본 연구에서 개발된 구리 동위원소 분석법은 향후 환경과학 등 다양한 분야에서 중요하게 활용될 것으로 기대된다.
Copper is an essential transition metal involving in various biogeochemical processes. With the recent advances in analytical techniques and mass spectrometry, such as MC-ICP-MS, it is possible to measure Cu isotopes, which allows us to understand various biogeochemical processes in detail. Nonethel...
Copper is an essential transition metal involving in various biogeochemical processes. With the recent advances in analytical techniques and mass spectrometry, such as MC-ICP-MS, it is possible to measure Cu isotopes, which allows us to understand various biogeochemical processes in detail. Nonetheless, few studies have been performed in South Korea. In this study, we compared two purification methods previously reported using an anion exchange resin ($AG^{(R)}$ MP-1M), developed the best method in our lab environment, and then verified it by measuring Cu isotopic compositions in two USGS geological reference materials (BHVO-2 and BIR-1a). Although all matrix cations causing mass bias were effectively removed through both two methods with the yield of better than 95%, the method using the mixture of HCl and $H_2O_2$ only displays Cu isotopic compositions, in excellent agreement with reported values within the error. The method developed in this study is expected to be commonly applied to earth and environmental sciences.
Copper is an essential transition metal involving in various biogeochemical processes. With the recent advances in analytical techniques and mass spectrometry, such as MC-ICP-MS, it is possible to measure Cu isotopes, which allows us to understand various biogeochemical processes in detail. Nonetheless, few studies have been performed in South Korea. In this study, we compared two purification methods previously reported using an anion exchange resin ($AG^{(R)}$ MP-1M), developed the best method in our lab environment, and then verified it by measuring Cu isotopic compositions in two USGS geological reference materials (BHVO-2 and BIR-1a). Although all matrix cations causing mass bias were effectively removed through both two methods with the yield of better than 95%, the method using the mixture of HCl and $H_2O_2$ only displays Cu isotopic compositions, in excellent agreement with reported values within the error. The method developed in this study is expected to be commonly applied to earth and environmental sciences.
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제안 방법
Method A와 B의 방법으로 분리된 Cu 모두 95% 이상의 회수율을 보였으며 한국기초과학지원 연구원 내에 있는 독일 Thermo Scientific사의 Neptune MC-ICP-MS를 이용하여 Cu 동위원소를 분석하였다. 본 연구에서는 분석과정 중 발생할 수 있는 각 동위원소간 질량분별(mass fractionation)을 국제 공인 Cu 동위원소 표준시료인 ERMⓇ-AE647을 이용하여 표준시료-시료-표준시료의 외부 보정법을 사용하여 보정하였다.
간단하면서도 효율적인 Cu 분리법을 정립하기 위하여 최적의 시료 내 Cu 주입량(input)을 판단한 후 기존 보고된 두 가지 방법을 비교하였다(Table 1). 이를 위하여 ICP 표준용액(AccuTraceTM Reference Standard)과 위에서 전처리된 암석 표준시료(BHVO-2, BIR-1a)의 Cu 주입량을 각각 1, 5, 10µg으로 달리하여 분리 실험을 실시하였다.
, 2006) 등이 있다. 본 연구에서는 음이온 교환수지(AGⓇ MP-1M, 100-200 mesh)를 사용하여 다양한 간섭원소를 완벽하게 제거할 수 있는 간단하면서도 효율적인 Cu 분리법을 정립하고, 분리된 Cu에 대하여 다검출기 유도결합 플라즈마 질량분석기(MC-ICP-MS)를 이용하여 동위원소 분석을 실시하였다.
간단하면서도 효율적인 Cu 분리법을 정립하기 위하여 최적의 시료 내 Cu 주입량(input)을 판단한 후 기존 보고된 두 가지 방법을 비교하였다(Table 1). 이를 위하여 ICP 표준용액(AccuTraceTM Reference Standard)과 위에서 전처리된 암석 표준시료(BHVO-2, BIR-1a)의 Cu 주입량을 각각 1, 5, 10µg으로 달리하여 분리 실험을 실시하였다. 시료 내 Cu 분리를 위하여 Bio-rad사의 칼럼(Poly-Prep® chromatography columns, 0.
1 g의 시료를 테플론 용기에 담아 질산과 불산이 3 : 5(v/v) 비율로 섞인 혼합산 8 mL를 넣고 약 180-200℃에서 시료를 완전히 용해시킨 후 6 N 염산 5 mL를 넣어 침전된 4불화 규소(SiF4)를 제거하였다. 이후 시료를 건조시킨 다음 5% 질산으로 희석하여 유도결합 플라즈마 분광분석기(ICP-OES, PerkinElmer Optima 8300)를 이용하여 Cu 농도 분석을 하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 미국지질조사소(USGS; United States Geological Survey)의 암석표준시료 중 비교적 Cu 함량이 높은 현무암 표준시료 BHVO-2 (Cu = 127 ± 7 µg/g)과 BIR-1a (Cu = 125 ± 4µg/g) 시료를 선택하여 실험을 실시하였으며, 실험은 청정실험실(Clean Booth class 1000) 내에서 이차 정제된 산류(질산, 불산, 염산)를 사용하였다. 약 0.
데이터처리
, 2009). A와 B 방법으로 분리하여 분석한 각 시료의 δ 65CuNIST976 값에 대한 두 방법간 차이를 통계분석을 이용하여 확인하기 위하여 독립표본 t-test를 실시하였다. BHVO-2와 BIR-1a 시료 모두 유의수준 0.
2). 이후 두 분리법으로 현무암 표준시료 내 Cu를 분리한 후 분석된 Cu 동위원소값(δ65CuNIST976)을 비교하였다(Fig. 3).
이론/모형
Method A와 B의 방법으로 분리된 Cu 모두 95% 이상의 회수율을 보였으며 한국기초과학지원 연구원 내에 있는 독일 Thermo Scientific사의 Neptune MC-ICP-MS를 이용하여 Cu 동위원소를 분석하였다. 본 연구에서는 분석과정 중 발생할 수 있는 각 동위원소간 질량분별(mass fractionation)을 국제 공인 Cu 동위원소 표준시료인 ERMⓇ-AE647을 이용하여 표준시료-시료-표준시료의 외부 보정법을 사용하여 보정하였다. 분석된 동위원소 비는 천분율(‰)로 나타내고 델타표시법(δ)을 적용하여 다음과 같이 보고하였다.
성능/효과
05보다 작은 p-value를 나타내어 두 실험 방법에 따른 그룹간 평균 차이가 통계적으로 유의한 것으로 판단되었다(Table 2). 기존 논문에서 보고된 값을 비교한 결과를 통해 본 연구에서 비교한 두 분리법 중 A 방법보다는 과산화수소를 첨가한 B 방법이 보고된 값들과 오차 범위 내에서 잘 일치하여 본 실험실 조건에 가장 적합함을 확인하였다. 이는 과산화수소 혼합산을 이용한 경우, 구리 및 철을 산화시켜 분리한다고 알려져 있는데(Marĕchal et al.
두 분리법(Methods A and B)에 대한 효율성을 비교하기 위하여 ICP 혼합표준용액을 사용하여 Cu를 분리한 결과 두 방법 모두 95% 이상의 회수율을 나타냈다. 칼럼 분리 시 Cu의 실험 바닥값(procedure blank)은 검출한계 이하였다(Fig.
본 연구에서는 음이온 교환수지(AGⓇ MP-1M, 100-200 mesh)를 이용한 Cu 분리법과 동위원소 분석법이 기존 논문들에서의 보고된 값들과 오차 범위 내에서 잘 일치하여 성공적임을 확인하였다. Cu 동위원소에 대한 분석이 국내에서도 가능해짐에 따라 분석에 소요되었던 시간과 비용절감 등 경제적인 면 이외에 Cu 동위원소를 이용한 국내 지구과학, 환경과학, 생물학 등 다양한 분야에서 본 분석법이 널리 활용되어 관련 연구발전에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.
후속연구
MP-1M, 100-200 mesh)를 이용한 Cu 분리법과 동위원소 분석법이 기존 논문들에서의 보고된 값들과 오차 범위 내에서 잘 일치하여 성공적임을 확인하였다. Cu 동위원소에 대한 분석이 국내에서도 가능해짐에 따라 분석에 소요되었던 시간과 비용절감 등 경제적인 면 이외에 Cu 동위원소를 이용한 국내 지구과학, 환경과학, 생물학 등 다양한 분야에서 본 분석법이 널리 활용되어 관련 연구발전에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
구리는 무엇인가?
구리(Cu)는 원자번호 29번의 원소로, 주기율표에서 11족(d-블록)에 속하는 전이금속 중 하나이며, 2개의 안정동위원소인 63Cu (69.174%), 65Cu (30.826%)로 구성되어 있다(Shields et al., 1964).
무엇으로 인해 정밀한 Cu 동위원소 분석이 가능해졌는가?
, 1964). 최근 분석기술 및 질량분석기(예 : 다검출기 플라즈마 질량분석기; MC-ICP-MS)의 개발로 인하여 정밀한 Cu 동위원소 분석이 가능해져 이를 활용한 생지화학, 우주화학, 광물학, 지각과 마그마 작용등 다양한 연구가 활발하게 진행되고 있다(Li et al., 2009; Albarĕde, 2004; Marĕchal et al.
Cu를 완벽하게 분리⋅추출하기 위해 원소 분리법이 선행되어야 하는 예는 무엇인가?
현재 MC-ICP-MS를 활용하여 분석하고 있는 다른 안정동위원소(Mg, Li, Sr, Zn 등) 분석과 마찬가지로 Cu 동위원소 분석을 위해서는 분석대상물질 내 Cu를 완벽하게 분리⋅추출할 수 있는 원소 분리법이 선행되어야 한다. 예를 들어, 분리된 Cu용액 내에 나트륨(Na)와 마그네슘(Mg)이 존재하게 되면 분석과정에서 아르곤화합물(23Na40Ar+, 25Mg38Ar+)이형성되어 동위원소 분석 시 간섭을 유발한다(Liu et al, 2014a; Larner et al., 2011; Mason et al.
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