초록 ▼

Ⅳ. 연구 결과
Cr 동위원소 분석법을 정립하기 위하여 시료 전처리 (Cr 정제 및 불순물 분리) 및 기기 측정방법에 관한 실험을 하였다. 시료 전처리는 3가 Cr을 양이온 수지에 두 번 통과하는 방법으로 시행하였는데, Cr의 정제와 불순물 (Fe, Ti, V 등)을 확실하게 분리할 수 있었으며, 이를 실제 퇴적물 표준시료에 적용해본 결과 Cr 회수율이 90-95% 범위를 보여 비교적 높은 회수율을 획득하였다. 기기 측정은 중간 분해능 (분해능 4,000)에서 이루어졌으며 NIST 979와 타 표준물질을 측정하여 시료-표준용액

Ⅳ. 연구 결과
Cr 동위원소 분석법을 정립하기 위하여 시료 전처리 (Cr 정제 및 불순물 분리) 및 기기 측정방법에 관한 실험을 하였다. 시료 전처리는 3가 Cr을 양이온 수지에 두 번 통과하는 방법으로 시행하였는데, Cr의 정제와 불순물 (Fe, Ti, V 등)을 확실하게 분리할 수 있었으며, 이를 실제 퇴적물 표준시료에 적용해본 결과 Cr 회수율이 90-95% 범위를 보여 비교적 높은 회수율을 획득하였다. 기기 측정은 중간 분해능 (분해능 4,000)에서 이루어졌으며 NIST 979와 타 표준물질을 측정하여 시료-표준용액-교차 측정을 통해 약 0.05‰의 재현성을 얻을 수 있었다.
다만, 실제 퇴적물 시료에서 Cr의 정제는 우수하였는데 시료 중에 매우 높은 함량으로 포함된 Fe의 분리가 충분하지 않아 컬럼 과정을 반복해야하는 필요가 있다. 또한, 기기 측정 시 δ⁵⁴Cr은 간섭물질 보정에 문제점이 발견되어 추가적으로 간섭물질을 감소시키는 노력이 필요하였다.

이중 스파이크 (Double spike) 법에 의한 질량 변이 보정 계산을 할 수 있도록 Excel spreadsheet (CNUDSversion1.01)에 프로그램을 작성하였다. 앞으로 실제 적용을 위해서 농축동위원소를 준비하고 검정하는 작업이 필요하다. 또한, Zn, Cd, Fe 같은 타 금속에 대해서도 제작이 가능하다.

Zn 동위원소 기기 분석법을 위해 zero-delta 물질인 IRMM3702를 이용하여 측정한 장시간 재현성은 0.1‰이었다. 이는 다른 문헌에서와 유사한 수준이었다. 정확도를 파악하기 위하여 가벼운 동위원소 조성을 갖는 표준물질인 NIST 682를 이용하여 측정한 결과 -1.7 ‰을 얻었는데, 이 값은 다른 문헌의 -2.7 ‰보다는 -1 ‰이 달랐다. 질량 의존 분별 (mass dependent fractionation)을 확인하기 위하여 IRMM3702, NIST682, 시료의 δ⁶⁶Zn과 δ⁶⁸Zn의 관계를 살펴보았는데 이 들 모두에서 기울기가 2.003 (r²=0.995)으로 이론적인 값과 거의 일치하여 분석동안의 간섭물질 보정, 질량변이 보정이 잘 되었음을 나타내주었다.

토양 및 퇴적물시료의 금속 동위원소 분석을 위해 분리정제시 높고 일정한 회수율을 획득하기 위해서는 1) 550℃ 2시간의 태우는 과정 (혹은 Calcination)이 필요하며 2) 산 분해시 HF+왕수 시약이 효율적이고 3) 대량시료의 경우 시료 대 혼합산의 비율도 중요하며 4)고속 및 저속 원심분리는 차이가 없으며 5) 컬럼 주입 전 1.2N 염산 용액에서 발생하는 침전물은 KCl 혹은 KClO₂이며 6)이 침전물에는 금속이 거의 없으며 7)AGMP-1 컬럼에 많은 부피 (5mL까지)를 한꺼번에 주입하여도 금속의 회수율 및 불순물 제거율은 변함없음을 실험으로 확인하였다.

호수에서 획득한 약 50cm의 주상 퇴적물에서 Zn, Cd, Pb 농도는 266~2,247ppm,2.6~18.8ppm, 43.9~178ppm 으로 매우 높았으며 1978년 최하부에서 최대값이었고 그후 감소하여 2000년에 최소값을 보였고 그 후 Pb 농도는 일정한 반면 Zn와 Cd은 계속 증가하였다. 농도의 변화 양상은 채광과 제련 제품 생산량의 연도별 변화와 유사하였다. 그러나 2000년 전에는 세 금속 모두 채광 생산량 변화와 함께 변화하였지만 그 이후에는 Pb:Zn:Cd 비율이<5:10:20 정도로 변화하여 호수에 금속이 공급되는 방법이 채광에 의한 영향 시와는 다른 양상을 보였다고 판단된다.

Zn 동위원소는 제련소 부근 퇴적물에서 1.3~1.6‰이고 다른 하천퇴적물에서 1‰ 정도의 값이며, 호수 퇴적물에서 1990년 전에 1.4‰, 배경농도에서 0.8‰ 그리고 현재 1.4~1.6‰의 값을보였다. 동위원소 비율과 농도의 역수 사이의 혼합 관계에서 무겁고 높은 농도의 퇴적물과 가볍고 낮은 농도의 이성분 혼합 관계를 확인할 수 있어 채광과 제련 사이의 동위원소 구분은 어려웠다.

Cd 동위원소는 제련소 부근 퇴적물에서 강한 음의 값 (ε¹¹⁴Cd이 -6~-12 범위)을 보여 광석제련 과정동안 Cd 증발에 의해 발생하는 동위원소 분별작용이 영향을 준 것으로 판단된다.
즉, 증발에 의해 가벼워진 Cd이 대기를 통해 토양에 침적된 후 하천 퇴적물에 유입된 결과로 가벼운 동위원소 조성을 보이게 되었다. 그러나 하류의 하상 퇴적물에서는 호수까지 약 4의 무거운 값을 보였다. 호수에서는 1990년 전에는 0~4 범위, 배경농도 구간에는 6 그리고 2000년 이후에는 8~15의 무거운 값을 보였다. 호수 퇴적물에서 대기 침적 영향을 보였던 제련소부근 퇴적물의 직접적인 영향은 보이지 않았으나 Cd/Zn 비율과의 관계에서 Cd이 주로 용존상으로 이동되고 용존 Cd의 동위원소가 무거워져 호수에 유입된 후 주변에 풍부한 유기물과 결합하여 퇴적물과 함께 퇴적되어 호수 퇴적물에는 무거운 동위원소의 Cd이 현재 퇴적되고 있다고 판단된다. 즉, Cd은 Zn와 달리 용존상과 입자상 사이의 반응에 의해 호수 퇴적물에 퇴적되었다는 것을 Cd 동위원소를 이용하여 추정할 수 있었다.

Pb 동위원소는 제련소 부근 퇴적물에서 농도는 높지만 하류 퇴적물과 유사하였고, 호수 퇴적물에서는 1990년대 전에 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb이 2.03으로 일정하다가 2000년 이후에는 2~2.04까지 비교적 큰 변화를 보였다. 채광 활동 및 배경 시료에서의 Pb 동위원소는 YH 광산의 광석과 거의 유사하였으며 최근에는 다른 하천퇴적물과 유사한 값을 보여 주변 광산의 영향으로 추정되었다.

( 출처 : 요약문 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 7
• 표목차 ... 8
• 그림목차 ... 9
• I. 서론 ... 11
• II. 연구 내용 및 방법 ... 13
• 1. 연구 내용 ... 13
• 2. 연구추진체계 ... 14
• 3. 조사 및 분석 방법 ... 14
• 가. Cr 안정 동위원소 분석을 위한 시료 처리 및 기기 분석법 정립 ... 14
• 나. 안정 동위원소 분석의 자료 처리 스프레드시트 제작 ... 15
• 다. 중금속 동위원소 분석을 위한 시료 전처리 최적화 ... 15
• 라. Zn, Cd, Pb의 안정동위원소를 활용한 오염원 추적기법 마련 ... 20
• 4. 2013 EMI 학회 참석 ... 30
• III. 연구 결과 및 고찰 ... 31
• 1. Cr 안정 동위원소 분석을 위한 시료 처리 및 기기 분석법 정립 ... 31
• 가. Cr 동위원소 분별 작용 ... 31
• 나. Cr 동위원소 분석 ... 32
• 2. 금속 안정 동위원소 분석의 자료 처리 스프레드시트 제작 ... 38
• 3. 중금속 동위원소 분석을 위한 시료 전처리 최적화 ... 46
• 4. Zn, Cd, Pb의 안정동위원소를 활용한 오염원 추적기법 마련 ... 53
• 가. 하천 및 호수 퇴적물에서의 중금속 농도 ... 53
• 나. 하상 및 호수 퇴적물에서 Zn, Cd 및 Pb 동위원소 ... 68
• 5. 2013 EMI 워크숍 참석 ... 81
• IV. 결론 ... 84
• V. 기대성과(활용방안) ... 86
• VI. 참고문헌 ... 87
• VII. 부록 (EMI2013 스위스 워크숍 요약집) ... 90
• 끝페이지 ... 97