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한반도 하부 고생대 퇴적암에서의 리튬과 붕소 분리 및 동위원소 분석법 개발
정제나(Jena Jeong),이승수(Seungsoo Lee),방선화(Sunhwa Bang),허영숙(Youngsook Huh) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
리튬과 붕소 동위원소는 고기후/고환경 연구에서 활용되고 있는 비전통 안정 동위원소 지시자이다. 리튬 동위원소 비는 과거 대륙 풍화 작용의 변화를 나타내며, 붕소 동위원소 비는 과거 해양의 pH 변화를 복원하는데 이용할 수 있다. 이러한 연구들은 주로 신생대 퇴적물을 대상으로 이루어져왔으나, 최근에는 이러한 연구방법론을 중생대와 고생대, 원생대 퇴적물 분석에 적용해보는 연구들이 시도되고 있다(Pogge von Strandmann et al ., 2013; Clarkson et al ., 2015). 따라서 본 연구에서도 이러한 시도의 연장선에서 한반도 하부 고생대 퇴적암을 대상으로 리튬과 붕소 동위원소 분석법을 적용해보고자 한다. 또한 연구 과정에서 시료의 주원소 및 동위원소 분석을 위한 적절한 시료 전처리의 필요성이 제기되어 이를 개발하고 검증하는 과정을 거쳤다. 연구 대상 시료는 전처리후 화학 조성을 분석하여 변질 과정이 진행된 것으로 보이는 시료를 선별했다. 주원소 분석은 ICP-AES와 ICP-MS를 활용하였고, MC-ICP-MS를 이용해 동위원소 분석을 진행했다. 리튬의 경우, 퇴적암으로부터 과거 해수의 리튬 동위원소 비를 복원하기 위해서는 상이한 동위원소 조성을 가지는 규산염질 광물을 제외하고 당시 해수의 조성을 반영하는 탄산염질 퇴적물만을 선택적으로 용해시켜야 한다. 효과적으로 시료 용해법을 시험하기 위해 석회암 시료 분쇄물과 다양한 농도의 산(0.05–0.1 M)을 서로 다른 시간 동안(1-3 시간) 반응시킨 후 그 분석 결과를 정리했다. 이후 동위원소 분석을 위해 단일 컬럼법(Choi et al ., 2013)을 이용하였고, 탄산염질 매질로부터 리튬을 99% 이상의 회수율로 분리했다. 붕소 동위원소 실험법 개발에서는 탄산염 외 물질(insoluble residue)을 제거하기 위한 전처리와 탄산염 용해 방법을 시험하며, 매질과 실험환경에 의한 붕소 오염을 통제하는데 특히 중점을 두었다. 석회암 시료에 적용할만한 붕소 분리 컬럼법을 개발하기 위해 McCulloch et al . (2014)의 방법에서 전반적인 부피를 수정하여 재설계 및 검증과정을 거쳤다. 수정 설계된 컬럼법을 이용하여 표준 물질과 대상 시료에 대해 95-100% 수율에 해당하는 최적의 용리액 수집 구간을 확보했다.
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