Measurement of sulfur isotope ratios in trace amounts of dissolved sulfate by MC-ICP-MS

문종한; 주영지; 강정옥; 심민섭

doi:10.14770/jgsk.2021.57.1.99

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자료유형: 학술저널

저자정보: 문종한 (서울대학교) 주영지 (부경대학교) 강정옥 (서울대학교) 심민섭 (서울대학교)

저널정보: 대한지질학회 지질학회지 지질학회지 제57권 제1호

발행연도: 2021.2

수록면: 99 - 108 (10page)

DOI: 10.14770/jgsk.2021.57.1.99

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황은 다양한 생지구화학 반응에 전자 수용체 혹은 공여체로 참여하며, 그 과정에서 발생하는 안정 동위원소 비의 변화는 지구물질 순환을 이해하기 위한 도구로 폭넓게 이용된다. 황 동위원소 분석에는 기체 시료를 이용한 측정이 주류를 이뤄왔으나 최근 다검출기 유도결합 플라즈마 질량분석기(MC-ICP-MS)가 액상 혹은 고체상 미량시료 분석을 중심으로 주목받고 있는데, 현재까지 국내에서 관련 분석 사례는 보고되지 않았다. 이번 연구에서는 서울대학교 공동기기원에 운영 중인 MC-ICP-MS를 이용해 황 동위원소 분석을 수행하였다. 시료 내 황산이온은 음이온 교환수지를 이용해 분리하였으며, 분자이온의 교란효과를 줄이고자 탈용매화장치를 통해 MC-ICP-MS에 주입하였다. 황 동위원소는 질량간섭의 영향을 받지 않는 S+ 피크의 가벼운 질량 말단부에서 측정되었으며, 표준물질과 시료의 교차분석을 통한 보정이 이루어졌다. 자체 표준물질의 동위원소 조성은 IAEA-SO-5와 비교를 통해 결정하였고, 이를 이용해 측정한 IAEA-SO-6와 NBS-127의 동위원소 조성은 보고된 값과 오차범위 내에서 일치하였다. 이번 연구를 통해 확인한 δ34S와 Δ33S 분석의 재현성은 각각 0.44‰과 0.52‰ 이하였으며, 최소 14 nmol의 황을 함유하고 있는 시료에서 안정적인 결과를 획득할 수 있었다. 미량시료의 황 동위원소 분석이 국내에서 가능해짐에 따라, 전통적인 분석을 위한 시료 확보에 어려움이 있었던 빙하나 미세먼지 등에 대한 국내 황 동위원소 연구가 활발해질 것으로 기대된다.

Sulfur is a versatile element with valance states ranging from +6 to -2 and thereby involved in diverse geochemical and biological processes as an electron donor or acceptor. Since these reactions are often accompanied by fractionation of its four stable isotopes (32S, 33S, 34S, 36S), their relative abundance has been used to trace the sulfur cycle at a range of temporal and spatial scales. While the use of Multi Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (MC-ICP-MS) has emerged as a promising approach for measuring the triple sulfur isotope ratios of samples with small amounts of sulfate, MC-ICP-MS has never been used for sulfur isotope analysis in South Korea. Here we first present the results of triple sulfur isotope analysis using a MC-ICP-MS installed in the Inter-university Research Facilities at Seoul National University. To minimize isobaric interferences, sulfate is separated from matrix cations by anion exchange resin and introduced into MC-ICP-MS via desolvator, and sulfur isotopes are measured as S+ ions on the low-mass shoulder of the aligned peaks in medium resolution mode (M/ΔM* ~ 8000). Standard-sample bracketing is used to correct instrumental mass bias, and the sulfur isotope ratio of the in-house bracketing standard is evaluated by comparing it with the international reference material IAEA-SO-5. Typical reproducibility (2σ) for δ34S and Δ33S analyses is better than 0.44‰ and 0.57‰, respectively, and the sulfur isotope ratios of the reference materials IAEA-SO-6 and NBS-127, determined against the in-house bracketing standard, agree well with the reported values within errors. Although purification and isotope analysis of the samples containing down to 14 nmol sulfate achieves consistent results, great care to avoid contamination is needed when the sample contains only a few nmols of sulfate. With the new methodology being available, sulfur isotope studies in South Korea could be further extended to samples with lower sulfur contents, such as meteoric water, ice cores, and aerosols.

#황 동위원소 #황산이온 #다검출기 유도결합 플라즈마 질량분석기 #동위원소 분별작용 #sulfur isotope #sulfate #MC-ICP-MS #isotope fractionation

참고문헌 (43)

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Albalat, E. / 2016 / Sulfur isotope analysis by MC-ICP-MS and application to small medical samples / Journal of Analytical Atomic Spectrometry 31:1002~1011

Böttcher, M. E. / 2007 / The isotopic composition of modern seawater sulfate:I. Coastal waters with special regard to the North Sea / Journal of Marine Systems 67:73~82

Breit, G. N. / 1985 / Dissolution of barite for the analysis of strontium isotopes and other chemical and isotopic variations using aqueous sodium carbonate / Chemical Geology 52:333~336

Burke, A. / 2019 / Stratospheric eruptions from tropical and extra-tropical volcanoes constrained using high-resolution sulfur isotopes in ice cores / Earth and planetary science letters 521:113~119

최혜빈 / 2018 / 다검출기 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용한 납 동위원소 분석법 / 지질학회지 54(3):311~318

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