튀빙겐 대학교의 동위원소 지구화학
튀빙겐 대학교 지구·환경 센터의 동위원소 지구화학 연구팀은 태양계와 지구의 형성, 지구 내부와 지표 저장소에서 일어나는 과정, 과거의 기후 변동, 인위적 오염을 심층적으로 이해하기 위해 광물, 암석, 운석, 퇴적물, 토양, 물, 대기 물질 등 다양한 지질 시료를 연구합니다.
연구팀은 이러한 연구 과제를 해결하기 위해 첨단 질량분석법을 이용하여 주원소와 미량 원소의 조성 및 동위원소 존재비를 측정합니다. 이를 위해 분석에 앞서 시료를 완전하고 안정적으로 분해해야 합니다.
지질 시료 분해의 어려움
광물과 암석은 분해하기가 까다롭습니다. 연구팀은 지르콘, 금홍석, 티탄철석, 스피넬, 석류석과 같은 난분해성 광물을 250 °C가 넘는 온도와 50 bar를 초과하는 압력에서 산으로 분해해야 하는 경우가 많습니다. 이러한 광물은 특정 미량 원소를 고농도로 함유할 수 있으므로 시료를 완전히 분해해야 합니다.
시료를 완전히 용해하는 것만큼 대표성 있는 시료를 채취하는 것도 중요합니다. 희귀 광물이 초래하는 “너깃 효과”를 방지하고 대표성 있는 원소 및 동위원소 데이터를 얻으려면 충분한 양의 시료가 필요합니다. 동시에 연구팀은 특히 미량 원소 동위원소를 분석할 때 분해 시스템에서 유래하는 오염을 최소화해야 합니다.
Multiwave 7501을 활용한 고압 마이크로파 분해
Anton Paar의 Multiwave 7501은 가압 분해 캐비티 원리를 적용해 이러한 과제를 해결합니다. 연구팀은 경제적인 PTFE-TFM 바이알을 사용해 여러 시료를 일반적으로 약 270 °C(최대 300 °C)에서 2시간 미만에 동시에 분해할 수 있습니다.
연구팀은 가열 전에 시료 바이알을 질소로 60 bar에서 100 bar 사이로 예비 가압해 분해용 산의 비등을 방지합니다. 그 결과 연구팀은 휘발성 성분을 용액 상태로 유지하고 더 높은 온도에서 난분해성 광물을 완전히 용해할 수 있습니다.
오염을 줄이는 효율적인 분해
Multiwave 7501은 기존 고압 분해 용기보다 분해 시간을 단축하고 처리량을 높이며 분해 조건을 더 정밀하게 제어합니다. 기존 시스템은 분해에 보통 며칠이 걸리고 한 번에 처리하는 시료 수도 적으며, 가열된 스테인리스강 부품이 시료를 오염시킬 수 있습니다.
Multiwave 7501은 분해 과정에서 가압 캐비티를 둘러싼 강철 외피를 수랭 방식으로 냉각합니다. 이러한 냉각 방식은 금속 성분의 확산으로 인한 오염을 방지하고 동위원소 지구화학 분석에 필요한 청정한 시료 전처리를 지원합니다.
