Improvement of Oxygen Isotope Analysis in Seawater samples with Stable Isotope Mass Spectrometer

Oxygen isotope has not been used actively in water mass studies because of difficulties on the analysis though it has advantages as a water mass tracer. The most popular method to analysis the oxygen isotope ratio in water samples is equilibration method: isotopic equilibrium of water with $CO_2$ at constant temperature. The precision of oxygen isotope analysis using commercial automatic $H_2O/CO_2$ equilibrator is ${\pm}0.1%o$. This value is not sufficient for studies in open ocean. The object of this study is to improve the analytical precision enough to apply open ocean studies by modification of the instrument. When sample gas is transferred by the pressure difference, the fractionation which is preferential transportation of light isotope can be occurred since the long transportation path between the equilibrator and mass spectrometer. And the The biggest source of error during the analysis is long distance and large volume of the pathway of sample gas between. Therefore, liquid nitrogen trap and high vacuum system are introduced to the system. The precisions of 14 time analysis of same seawater sample are ${\pm}0.081%o$ and ${\pm}0.021%o$ by built-in system and by modified system in this study, respectively.

질량분석기를 이용한 해수 중 산소안정동위원소 분석법의 개선

산소안정동위원소는 추적자로서의 뛰어난 특성에도 불구하고 분석상의 어려움으로 해양수괴 연구에 많이 활용되지 못하고 있다. 물시료에 함유된 산소의 안정동위원소비를 측정하기 위해 가장 많이 사용하는 방법은 $H_2O/CO_2$ 평형기를 이용해 시료인 물을 이산화탄소와 동위원소평형을 이루게 한 뒤, 이산화탄소의 동위원소 비율을 측정하는 것이다. 이러한 자동 $H_2O/CO_2$ 평형기를 이용한 물 시료 분석시의 정밀도는 ${\pm}0.1%o$, 해양에서 이를 적용하기 위해서는 정밀도를 보다 높이는 것이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 분석상의 오차를 감소시킬 수 요인들을 파악하여 분석장치의 보완 및 분석방법의 개선으로 정밀도 최소 0.05%o 향상시킴으로서 산소동안정동위원소의 변화폭이 작은 해양에서도 추적자로서 활발히 응용될 수 있도록 기여하고자 하였다. $H_2O/CO_2$ 평형기를 이용하는 경우 가장 큰 문제점은 시료가스가 전처리 장치로부터 질량분석기까지 이동해야 하는 거리가 멀고 평형가스가 팽창해야 하는 부피가 크다는 것이다. 그러므로 단순히 압력 차를 이용해서 가스를 이동시킬 경우, 가벼운 동위원소종이 선택적으로 이동되는 동위원소 분별작용이 일어날 수 있고, 분석 장치 전체의 부피가 플라스크에 담긴 시료가스의 부피에 비해 크기 때문에 시료가스가 충분히 혼합되지 않을 수가 있다는 점이다. 이러한 점을 보완하기 위해 액체질소 트랩과 고진공 균일도를 향상시켰다. 동일한 해수시료를 기존방법과 보완방법을 이용하여 각각 14번씩 분석한 결과 평균 측정값은 0.023, 0.024%o 서로 거의 동일한 값을 보였으나 표준편차는 각각 ${\pm}0.081$, ${\pm}0.021%o$ 네 배가량 개선된 결과를 보이고 있다. 그 결과 해양에서의 동위원소 분석시 발생할 수 있는 중요한 오차 요인을 현저하게 감소시킴으로서 동위원소 변화폭이 작은 해양수괴 연구에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.