The isobaric effect on the measurement of Gd isotopes by thermal ionization mass spectrometry

A study was performed to investigate the isobaric effects of impurities in isotope measurement of gadolinium by TIMS. Especially, the ratio of $^{155}Gd/^{158}Gd$ showed the higher value than that of natural gadolinium and also decreased as the measuring time increased. This phenomenon is considered to be due to the oxide form of La ($LaO^+$, m/z=155) causing to create a serious bias on the measurement of $^{155}Gd$ abundance by La as an impurity, and due to $LaO^+$ produced more than the $Gd^+$ in the early time which disappears as the time goes on because of lower melting point and ionization potential of La than Gd. Although isobaric effects from Ba($BaO^+$), Ce($CeO^+$), Sm($SmO^+$), La($LaO^+$), and $K_4{^+}$(m/z=156)-cluster were detected even when blank rhenium filaments were used, these could be avoided by preconditioning(baking out) the filament. And we found that the measurement of $GdO^+$ instead of $Gd^+$ is more suitable in avoiding the isobaric effect from impurities such as La, Ce and Ba in the measurement of Gd isotope only in case of absence or extremely low level of Yb, Sm, Dy, Er, Lu.

열이온화 질량분석기를 이용한 Gd 동위원소 측정에서 동중원소 영향

열 이온화 질량분석기를 이용한 가돌리늄 동위원소 비 측정에서 동중원소 영향에 대하여 실험했다. 특히 $^{155}Gd/^{158}Gd$ 측정값은 자연 동위원소 비 보다 높게 측정될 뿐만 아니라 시간에 따라 이 비가 감소하는 현상을 보였다. 이것은 Gd 시료 중 미량의 La 불순물이 산화상태($^{139}La^{16}O^+$, m/z=155)로 존재하여 $^{155}Gd$ 동위원소에 동중원소 영향을 미쳐 이의 측정값이 높게 나오는 현상으로 판단된다. 또한 Gd 보다 La이 용융점과 이온화 에너지가 낮기 때문에 초기에 $LaO^+$가 많이 생성되고 시간에 따라 소멸되므로 $^{155}Gd/^{158}Gd$ 값이 감소하는 것으로 생각된다. 레늄필라멘트 중 Gd 동위원소에 영향을 주는 불순물로 Ba ($BaO^+$), Ce ($CeO^+$), Sm ($SmO^+$), La ($LaO^+$) 그리고 $K_4{^+}$ (m/z=156) 클러스터 등이 있는 것으로 확인되었으나, 이러한 원소들은 필라멘트를 진공 가열시켜 줌으로 동중원소 영향을 없앨 수 있었다. 또한 La, Ce, Ba 등에 의한 동중원소 영향이 매우 크기 때문에 이런 시료는 Yb, Sm, Dy, Er, Lu 등의 방해원소가 없거나 극히 작다면 $Gd^+$ 금속이온을 직접 측정하는 것 보다 산화상태인 $GdO^+$ 이온으로 동위원소 비를 측정하고 산소 동위원소 비를 보정해 주는 방법을 사용함으로 동중원소 영향을 피할 수 있는 방법임을 알 수 있었다.