용존유기탄소의 δ13C : 분석시 고형화 전처리 방법 비교 알칼린 과황산칼륨산화 탄산침전과 동결건조 Comparison of Solidification Pre-treatment Methods for the Determination of δ13C of Dissolved Organic Carbon: Alkaline Persulfate Oxidation-Carbonate Precipitation vs. Freeze Drying원문보기
DOC의 ${\delta}^{13}C$은 수질 오염원 규명에 활용할 수 있는 매우 유용한 지표이다. 본 연구에서는 안정성동위원소비 질량분석기(EA-SIRMS)를 이용하여 DOC의 ${\delta}^{13}C$을 분석할 때 사용하는 두 가지 전처리방법 (과황산칼륨산화-$SrCO_3$침전법과 동결건조법)의 정확도를 비교 평가하였다. 표준물질로는 글루코스(${\delta}^{13}C$; $-12.0{\pm}0.02$‰)와 돈분퇴비 침출액 건조분말(${\delta}^{13}C$; $-23.3{\pm}0.04$‰)을 사용하였다. 과황산칼륨산화-$SrCO_3$ 침전법에서는 용액의 알칼리성에 의해 DIC 제거가 어렵고 공기 중 $CO_2$의 영향에 의해 시료가 오염되어 분석결과의 정확도가 매우 낮았다. 반면, 동결건조법은 산 첨가에 의해 제거가 가능하였고, 측정값과 이론값의 상관관계가 매우 높아 실험조건별로 표준물질을 이용하여 측정값을 이론값에 근접하게 보정할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, EA-SIRMS를 이용하여 DOC의 ${\delta}^{13}C$ 분석시 동결건조법으로 시료를 전처리하면 분석결과의 정확도를 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.
DOC의 ${\delta}^{13}C$은 수질 오염원 규명에 활용할 수 있는 매우 유용한 지표이다. 본 연구에서는 안정성동위원소비 질량분석기(EA-SIRMS)를 이용하여 DOC의 ${\delta}^{13}C$을 분석할 때 사용하는 두 가지 전처리방법 (과황산칼륨산화-$SrCO_3$침전법과 동결건조법)의 정확도를 비교 평가하였다. 표준물질로는 글루코스(${\delta}^{13}C$; $-12.0{\pm}0.02$‰)와 돈분퇴비 침출액 건조분말(${\delta}^{13}C$; $-23.3{\pm}0.04$‰)을 사용하였다. 과황산칼륨산화-$SrCO_3$ 침전법에서는 용액의 알칼리성에 의해 DIC 제거가 어렵고 공기 중 $CO_2$의 영향에 의해 시료가 오염되어 분석결과의 정확도가 매우 낮았다. 반면, 동결건조법은 산 첨가에 의해 제거가 가능하였고, 측정값과 이론값의 상관관계가 매우 높아 실험조건별로 표준물질을 이용하여 측정값을 이론값에 근접하게 보정할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, EA-SIRMS를 이용하여 DOC의 ${\delta}^{13}C$ 분석시 동결건조법으로 시료를 전처리하면 분석결과의 정확도를 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.
BACKGROUND: The carbon (C) isotope ratio (${\delta}^{13}C$) of dissolved organic C (DOC) is an indicator of water pollution source. In this study, the potential use of two pre-treatments for the ${\delta}^{13}C$ analysis, alkaline persulfate oxidation coupled with carbonate pre...
BACKGROUND: The carbon (C) isotope ratio (${\delta}^{13}C$) of dissolved organic C (DOC) is an indicator of water pollution source. In this study, the potential use of two pre-treatments for the ${\delta}^{13}C$ analysis, alkaline persulfate oxidation coupled with carbonate precipitation (precipitation) and freeze drying (drying), were compared to suggest a more feasible pre-treatment method. METHODS AND RESULTS: Two reference materials with different ${\delta}^{13}C$ values were used for the experiments; chemical grade glucose ($-12.0{\pm}0.02$‰) and pig manure compost extract ($-23.3{\pm}0.04$‰). In the precipitation method, the measured ${\delta}^{13}C$ values were consistently lower than the theoretically calculated values as dissolved $CO_2$ could not be removed due to the alkaline property of the reagents and the dissolution of air $CO_2$ into the alkaline solution. The drying method also resulted in more negative ${\delta}^{13}C$ than the calculated ${\delta}^{13}C$; however, the difference was systematic ($3.9{\pm}0.3$‰) and there was a strong correlation (${\delta}^{13}C_{calculated}=0.87{\times}{\delta}^{13}C_{measured}-0.624$, $r^2=0.98$) between the calculated and measured ${\delta}^{13}C$. Calibration of ${\delta}^{13}C$ using the relationship between the calculated and the measured ${\delta}^{13}C$ values produced reliable and accurate ${\delta}^{13}C$ values. CONCLUSION: Our results suggest that the drying method is more accurate pre-treatment method to minimize the influence of air $CO_2$ compared to the precipitation method for the determination of ${\delta}^{13}C$ of DOC.
BACKGROUND: The carbon (C) isotope ratio (${\delta}^{13}C$) of dissolved organic C (DOC) is an indicator of water pollution source. In this study, the potential use of two pre-treatments for the ${\delta}^{13}C$ analysis, alkaline persulfate oxidation coupled with carbonate precipitation (precipitation) and freeze drying (drying), were compared to suggest a more feasible pre-treatment method. METHODS AND RESULTS: Two reference materials with different ${\delta}^{13}C$ values were used for the experiments; chemical grade glucose ($-12.0{\pm}0.02$‰) and pig manure compost extract ($-23.3{\pm}0.04$‰). In the precipitation method, the measured ${\delta}^{13}C$ values were consistently lower than the theoretically calculated values as dissolved $CO_2$ could not be removed due to the alkaline property of the reagents and the dissolution of air $CO_2$ into the alkaline solution. The drying method also resulted in more negative ${\delta}^{13}C$ than the calculated ${\delta}^{13}C$; however, the difference was systematic ($3.9{\pm}0.3$‰) and there was a strong correlation (${\delta}^{13}C_{calculated}=0.87{\times}{\delta}^{13}C_{measured}-0.624$, $r^2=0.98$) between the calculated and measured ${\delta}^{13}C$. Calibration of ${\delta}^{13}C$ using the relationship between the calculated and the measured ${\delta}^{13}C$ values produced reliable and accurate ${\delta}^{13}C$ values. CONCLUSION: Our results suggest that the drying method is more accurate pre-treatment method to minimize the influence of air $CO_2$ compared to the precipitation method for the determination of ${\delta}^{13}C$ of DOC.
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문제 정의
SrCO3 침전법은 현재 용존무기탄소(DIC, Dissolved Inorganic Carbon) 분석시 사용되고 있지만(Parker et al., 2010; van Geldern et al., 2013), DOC의 δ13C 분석시 사용할 수 있는 2가지 전처리방법인 동결건조법과 과황산칼륨 산화-SrCO3 침전법의 효과를 비교 검토하여 EA-SIRMS를 이용한 DOC의 δ13C 분석 방법을 제안하고자 수행되었다.
제안 방법
2) δ13C이 상이한 글루코스와 퇴비침출액 분말을 6가지 비율로 혼합하여 제조한 용액(10 mg C/L)을 이용하여 DOC의 δ13C이 상이한 조건에서 과황산칼륨 산화-SrCO3 침전법 전처리에 의한 δ13C 분석 정확도를 평가하였다(Table 1).
본 실험에서는 글루코스를 첨가하지 않은 조건에서 측정된 δ13C이 -23.8‰이었는데 (Fig. 1), 이는 앞의 설명과 상응한다.
3 mg C)에 따른 과황산칼륨 산화-SrCO3 침전법 전처리의 δ13C 분석 결과를 검토하였고 2) δ13C이 상이한 글루코스와 퇴비침출액 분말을 6가지 비율로 혼합하여 제조한 용액(10 mg C/L)을 이용하여 DOC의 δ13C이 상이한 조건에서 과황산칼륨 산화-SrCO3 침전법 전처리에 의한 δ13C 분석 정확도를 평가하였다(Table 1). 시료 분해에 사용한 알칼린 과황산칼륨 용액은 0.185 M K2S2O8과 0.42 M NaOH 용액을 혼합하여 제조하였으며(Cabrera and Beare, 1993), DOC 분해에 의해 발생한 CO32- 침전을 위해 2 N SrCl2를 사용하였다(Harris et al., 1997).
표준물질로는 글루코스(δ13C; -12.0±0.02‰)와 돈분퇴비 침출액 건조분말(δ13C; -23.3±0.04‰)을 사용하였다.
데이터처리
δ13C 이론값(또는 계산 값)에 대한 측정 값의 정확성은 두 값 사이에 차이가 없다는 귀무가설에 대한 ANOVA로 평가하였다.
과황산칼륨산화-SrCO3침전법과 동결건조법에 의해 측정된 δ13C 차이는 F-test로 검증하였다.
분석 결과의 등분산성(Homogeneity of variance)과 정규 분포성(Normality of distribution)은 각각 Levene’s test와 Shapiro-Wilk’s test로 검정하였는데, 모든 자료가 통계 분석에 요구되는 등분산성과 정규 분포성을 만족시켰다.
δ13C 이론값(또는 계산 값)에 대한 측정 값의 정확성은 두 값 사이에 차이가 없다는 귀무가설에 대한 ANOVA로 평가하였다. 필요할 경우 이론값과 측정값의 상관관계에 대해 회귀분석을 실시하였다. 과황산칼륨산화-SrCO3침전법과 동결건조법에 의해 측정된 δ13C 차이는 F-test로 검증하였다.
성능/효과
동결건조 후 분석한 δ13C은 -26.7∼-16.1‰로 과황산칼륨 산화-SrCO3 침전법으로 분석한 δ13C (-23.8∼-17.4‰)와 차이가 있었으며, 과황산칼륨 산화-SrCO3 침전법과 유사하게 이론값(-23.3∼-12.0‰)보다 낮았다(Fig. 3).
따라서, EA-SIRMS를 이용하여 DOC의 δ13C 분석시 동결건조법으로 시료를 전처리하면 분석결과의 정확도를 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.
과황산칼륨산화-SrCO3침전법에서는 용액의 알칼리성에 의해 DIC 제거가 어렵고 공기 중 CO2의 영향에 의해 시료가 오염되어 분석결과의 정확도가 매우 낮았다. 반면, 동결건조법은 산 첨가에 의해 DIC 제거가 가능하였고, 측정값과 이론값의 상관관계가 매우 높아 실험조건별로 표준물질을 이용하여 측정값을 이론값에 근접하게 보정할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, EA-SIRMS를 이용하여 DOC의 δ13C 분석시 동결건조법으로 시료를 전처리하면 분석결과의 정확도를 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.
하지만, 측정값과 이론값의 회귀 분석 결과에 의하면 결정계수(r )가 0.98로 매우 높았고(Fig. 4), 측정값과 이론값의 차이가 3.9±0.3‰로 일정한 편이어서 동결건조 방법은 보정이 가능한 계통오차(Systematic error)에 의해 그 값이 이론값과 달라지는 것으로 판단되었다.
후속연구
본 연구 결과는 동결건조에 의해 DOC의 δ13C에 규칙적인 변이가 발생할 수 있으며, δ13C을 정확하게 분석하기 위해서는 표준시료를 활용하여 해당 방법의 정확도를 검정하고 필요할 경우 보정할 필요가 있음을 제시한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탄소동위원소비가 수질 오염원 규명에서 가축분뇨에 의한 오염원지표로 사용될 수 있는 이유는?
, 2017). 다양한 수질 화학 지표 중 탄소동위원소비(13C/12C, δ13C로 표시되며 단위는 ‰)는 수질 오염원 규명에서 가축분뇨에 의한 오염원지표로 사용될 수 있는데 이는 가축 사양시 C4 식물인 옥수수 첨가 사료가 사용되어 가축분뇨 또는 퇴비의 δ13C이 타 오염원과 상이하기 때문이다(Yanagi et al., 2012).
DOC의 δ13C 분석을 위한 전통적인 방법은?
, 2014), 아직까지 대중적으로 활용되고 있지 못하다. DOC의 δ13C 분석을 위한 전통적 방법은 DOC를 강산 또는 알칼리과황산으로 분해시켜 발생한 CO2를 Gas Chromatography (GC)-SIRMS로 분석하는 것인데(van Geldern et al., 2013; Yu et al.
DOC의 δ13C을 분석할 때 동결건조법을 사용할 경우 나타나는 특성은?
과황산칼륨산화-SrCO3침전법에서는 용액의 알칼리성에 의해 DIC 제거가 어렵고 공기 중 CO2의 영향에 의해 시료가 오염되어 분석결과의 정확도가 매우 낮았다. 반면, 동결건조법은 산 첨가에 의해 DIC 제거가 가능하였고, 측정값과 이론값의 상관관계가 매우 높아 실험조건별로 표준물질을 이용하여 측정값을 이론값에 근접하게 보정할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, EA-SIRMS를 이용하여 DOC의 δ13C 분석시 동결건조법으로 시료를 전처리하면 분석결과의 정확도를 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.
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