Trace element analysis in the iron meteorites by ICP-MS

Abstract

운석(meteorites)은 태양계의 생성과 진화 과정을 이해할 수 있는 중요한 연구 시료이며, 이 중 철운석(iron meteorites)은 소행성의 핵형성 및 진화 과정에 대한 중요한 정보를 간직하고 있다(Buchwald, 1975

Benedix et al., 2000

Wasson et al., 2007). 철운석은 화학적으로 Ni 함량에 대한 Ge, Ga, Ir 등의 미량원소 함량에 따라 IAB, IC, IIAB, IIC, IID, IIE, IIIAB, IIICD, IIIE, IIIF, IVA, IVB 12개의 group으로 분류할 수 있다(Scott and Wasson, 1975). 철운석에 대한 미량원소 분석 및 화학적 분류는 중성자 방사화 분석(INAA)을 통한 연구가 주를 이루었으나, 범용성과 접근성이 유리한 유도결합 플라즈마 질량분석기(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)를 이용한 분석 또한 시도한 바 있다(Duan and Regelous, 2014). 본 연구에서는 남극에서 발견한 철운석(EET 15060) 내의 미량원소를 분석해 이에 대한 화학적 분류를 하고자 한다. 철운석에 대한 분석은 극지연구소에 설치되어 있는 He collision cell이 장착되어 있는 ICP-MS(Thermo, iCAP Q model)을 이용하였다. 시료는 다이아 커팅 절단기와 니퍼로 작게 조각을 내어 약 100 mg 정도를 사용하며 습식 분석을 위한 전처리로 묽은 산과 증류수를 이용하여 시료를 가볍게 세척 후 바로 건조시킨다. 시료의 정확한 무게를 측정한 뒤 7 N HNO3를 천천히 넣어주어 약한 온도에서 완전히 용해시킨 후 증류수와 2 % HNO3를 이용하여 용액을 희석하였다. 내부표준물로는 Be, Bi를 선택하였고 Quartz 재질의 chamber와 nebulizer, Ni cone을 사용하였다. Argon gas flow는 Nebulizer 1.01 L/min , CeO/Ce 비는 1.8 %, dwell time 10 ms의 조건으로, 53Cr, 59Co, 60Ni, 63Cu, 69Ga, 74Ge, 75As, 182W, 185Re, 193Ir, 195Pt, 197Au 총 12개의 원소에 대하여 분석하였다. 분석의 신뢰도를 판단하기 위해 미량원소 데이터가 보고되어 있는 North Chile(IIAB)와 Needles(IID)를 함께 분석하였다. 두 운석의 분석 결과는 INAA로 분석한 참고 값과 Cr, As, W, Au를 제외하고 평균 5% 이내의 오차 범위 내에서 일치하였다. 참고 값과 20% 이상 차이나는 4개의 원소에 대해서는 분석방법에 관한 문제일 가능성이 있으므로, 앞으로 추가 분석을 통해 개선해야 한다. 본 연구에서 철운석 EET 15060을 ICP-MS로 분석한 결과, Ni 8.35 wt%, Cr 3.39 ppm, Co 0.643 wt%, Cu 113 ppm, Ga 21.7 ppm, Ge 18.0 ppm, As 23.3 ppm, W 1.05 ppm, Re 0.01 ppm, Ir 0.22 ppm, Pt 10.93 ppm, Au 0.46 ppm의 값을 얻었다. Ni-Ge, Ni-Ir에 대한 철운석의 화학적 분류 그래프에 분석 값을 도시하면 EET 15060은 IIIE 그룹에 해당하는 것을 확인할 수 있다(Scott and Wasson, 1975).