Oxygen three isotope analysis in silicates using a laser fluorination method and the VSMOW-SLAP normalization

Abstract

레이저 불화방식(laser fluorination) 산소동위원소 분석시스템은 규산염 광물·암석의 산소동위원소비를 정밀하게 측정할 수 있다. 시료의 산소동위원소비는 전통적으로 표준평균해수(VSMOW, Vienna Standard Mean Ocean Water)에 대한 시료의 상대적인 값을 측정하여 델타(δ)로 표현한다; δxO(‰) = [{(xO/16O)sample/(xO/16O)VSMOW} 1], x = 17 또는 18. 하지만 매번 불화방식으로 표준물질에서 산소를 추출하여 시료와 상대적인 비율을 측정하기에는 기술적인 어려움이 따른다. 따라서 산소동위원소 실험실에서는 자체 표준산소가스(laboratory standard O2)를 사용하며 이 표준산소가스는 표준평균해수를 이용한 보정이 필수적이다. 그리고 VSMOW에 대해 동위원소비의 차이가 큰 국제표준물시료(SLAP, Standard Light Antarctic Precipitation, δ18O = 55.5‰)를 분석하여 동위원소 비율척도(Isotope ratio scale)를 보정하는 표준화 과정을 적용하는 것 또한 산소동위원소비 측정의 정확도(accuracy)를 향상시키기 위해 수행되어야 한다. 높은 재현성을 확보하기 위해 자동화된 레이저 불화방식(automated lasing technique)을 적용하여 표준고체시료(UWG2 garnet, NBS28 quartz, San Carlos olivine, MORB glass and obsidian)를 분석하였고, VSMOW-SLAP 표준화를 위해 두 표준물시료를 니켈 반응용기를 이용한 불화방식으로 산소를 추출하여 동일한 정제라인에서 산소동위원소를 분석하였다. 얻어진 산소동위원소 결과 값은 로그눈금(logarithmic scale) 하에서 VSMOW-SLAP 표준화를 적용하여 보정하였다. 분석된 표준고체시료들의 δ18O 값은 0.1‰보다 높은 수준의 재현성을 나타내었고, 산소동위원소의 질량분별선(mass fractionation line)으로부터 17O/16O 비의 차이를 나타내는 Δ17O 값의 재현성은 약 0.01‰ 수준을 나타내었다. 확보된 레이저 불화방식 산소동위원소 분석시스템에서 유크라이트(ecurite) 운석을 분석하여 타 연구실의 결과와 비교하였다. 유크라이트는 분화된 소행성에서 기원한 현무암질 암석으로 이루어진 운석으로 산소동위원소비가 다른 운석 종류에 비해 일정한 값을 나타내며, Δ17O 값이 지구질량분별선과 뚜렷한 차이를 보이는 것으로 알려져 있다. 분석된 유크라이트(n=14)의 δ18O과 Δ17O 값은 각각 3.88 ± 0.14‰(1σ), 0.23 ± 0.02‰(1σ)로 나타났으며 이는 타 연구실에서 보고한 유크라이트의 산소동위원소비와 매우 유사한 범위를 가진다. 위 결과를 통해 극지연구소의 레이저 불화방식 산소동위원소 분석시스템은 지구 물질뿐만 아니라 우주 물질의 산소동위원소비를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있음을 확인하였다.