• 한국자기공명학회논문지
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• 제23권4호
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• pp.98-103
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• 2019

SNIF-NMR is one of the analytical methods used to discriminate impurities in food and natural products. To determine the origin of compounds, SNIF-NMR utilizes frequency of deuterium in site specific fractionated sample using nuclear magnetic resonance. Also, SNIF-NMR is currently used to evaluate the authenticity of various foods such as wine, vanillin and oil, and is known to provide more accurate information than other analytical methods. In this review, the basic principles and practical examples of SNIF-NMR is presented.

• 한국해양학회지:바다
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• 제18권1호
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• pp.40-46
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• 2013

안정동위원소 질량분석기를 이용한 탄소와 산소의 동위원소비 측정은, 이산화탄소 표준기체의 동위원소 비에 대하여 그 상대적인 값을 측정함으로써 이루어진다. 따라서 실험실 표준기체는 ${\delta}^{13}C$와 ${\delta}^{18}O$ 값의 국제 표준물질인 PDB와 V-SMOW에 대해 보정된 이산화탄소이여야 하며, 이는 국제적 자료의 비교와 검증을 위해 필수적이다. 그러나 표준기체는 제작 기간이 길며, 가격이 비싼 단점이 있고, 장기간 사용 시 실린더 내부 압력의 변화로 동위원소의 분별이 생길 우려가 크다. 따라서 본 연구는 실험실 표준기체 관리의 효율성을 높이기 위해 장기간 안정적 보관이 가능한 고체 표준물질로부터 동위원소 분별없이 순수한 이산화탄소 기체를 추출하여, 실험실 표준기체로 사용할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 본 논문은 Coplen et al.(1983)에 의하여 제안된 방법을 기초로 한 다량의 이산화탄소 표준 기체 제작에 초점을 두었다. 이산화탄소는 탄산칼슘과 100% 순수 인산의 반응에 의해 생성되는데, 두 물질의 반응에 필요한 실험 장치 및 실험 과정을 상세히 기술하였으며, 최적의 실험 조건 결정을 위한 다양한 분석 결과를 소개하였다. 이어 생성된 이산화탄소 기체의 추출, 정제와 포집은 자체 제작된 진공관에서 이루어졌으며, 각 단계에 대한 자세한 설명이 주어진다. 이산화탄소의 ${\delta}^{13}C$와 ${\delta}^{18}O$ 측정은 서울대학교 기초과학교육연구 공동기기원에서 운영 중인 안정동위원소 질량분석기(VG Isotech, SIRA Series II)를 이용하여 이루어졌다. 탄산칼슘 고체 표준물질로부터 이산화탄소 기체 추출과 추출된 기체의 정제 포집 등 전체 분석과정의 정밀도 검증을 위해 동일한 Solenhofen-ori $CaCO_3$(< $63{\mu}m$) 고체 시료로 부터 15회에 걸쳐 표준기체를 제작하였고, 매회 100 mg $CaCO_3$을 이용하여 총 15개의 표준기체 제작이 8일에 걸쳐 이루어졌다. 이 표준기체들의 분석 표준편차($1{\sigma}$)는 ${\delta}^{13}C$의 경우 ${\pm}0.01$‰, ${\delta}^{18}O$는 ${\pm}0.05$‰로 매우 높은 정밀도를 보여주었다. 이러한 분석 정밀도는 안정동위원소 질량분석기기 자체와 같은 내부 정밀도에 상응하며, 본 연구에서 제시한 실험실 표준기체 제작방법의 높은 신뢰성과 재현성을 입증하는 결과이다. 따라서 본 연구는 표준기체 보유가 어려워 정밀, 정확한 안정동위원소 분석에 어려움이 많았던 연구 분야에 자체 표준기체 제작 기술을 제공하는데 크게 기여할 것으로 생각된다.

• Ocean and Polar Research
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• 제38권3호
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• pp.195-207
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• 2016

Because the high latitude region in the North Pacific is characterized by high primary production in the surface water enriched with nutrients, it is important to understand the variation of surface water productivity and associated nutrient variability in terms of global carbon cycle. Surface water productivity change or its related nutrient utilization rate during the Northern Hemisphere Glaciation (NHG; ca. 2.73 Ma) has been reported, but little is known about such circumstances under gradual climate cooling since the NHG. Bulk nitrogen isotope (${\delta}^{15}N_{bulk}$) of sedimentary organic matter has been used for the reconstruction of nutrient utilization rate in the surface water. However, sedimentary organic matter experiences diagenesis incessantly during sinking through the water column and after burial within the sediments. Thus, in this study we examine the degree of nitrate utilization rate during the early Pleistocene (2.4-1.25 Ma) since the NHG, using the diatom-bound nitrogen isotope (${\delta}^{15}N_{db}$), which is known to be little influenced by diagenesis, from Site U1343 in the Bering slope area. ${\delta}^{15}N_{db}$ values range from ~0.5 to 5.5‰, which is lower than ${\delta}^{15}N_{bulk}$ values, but they vary with larger amplitude. Variation patterns between ${\delta}^{15}N_{db}$ values and biogenic opal concentration are generally consistent, which indicates that the nitrate utilization rate is closely related to opal productivity change in the surface water. A positive correlation between opal productivity and nitrate utilization rate was observed, which is different from the other high latitude regions in the North Pacific. The main reason for this contrasting relationship is that the primary production in the surface water at Site U1343 is influenced mostly by the degree of sea ice formation. Still, although concerns about diagenetic alteration have been avoided by using ${\delta}^{15}N_{db}$, the effects of the preservation state of biogenic opal and the species-dependent isotopic fractionation on ${\delta}^{15}N_{db}$ should be assessed in the future studies.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제24권3호
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• pp.24-35
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• 2019

It is known that ${\delta}^{13}C_{DIC}$ (carbon-13 isotope of dissolved inorganic carbonate (DIC) ions) of water increases when dissolved $CO_2$ degases. However, ${\delta}^{13}C_{DIC}$ could decrease when the pH of water is lower than 5.5 at the early stage of degassing. Laboratory experiments were performed to observe the changes of ${\delta}^{13}C_{DIC}$ as $CO_2$ degassed from three different artificial $CO_2$-rich waters (ACWs) in which the initial pH was 4.9, 5.4, and 6.4, respectively. The pH, alkalinity and ${\delta}^{13}C_{DIC}$ were measured until 240 hours after degassing began and those data were compared with kinetic isotope fractionation calculations. Furthermore, same experiment was conducted with the natural $CO_2$-rich water (pH 4.9) from Daepyeong, Sejong City. As a result of experiments, we could observe the decrease of DIC and increase of pH as the degassing progressed. ACW with an initial pH of 6.4, ${\delta}^{13}C_{DIC}$ kept increasing but, in cases where the initial pH was lower than 5.5, ${\delta}^{13}C_{DIC}$ decreased until 6 hours. After 6 hours ${\delta}^{13}C_{DIC}$ increased within all cases because the $CO_2$ degassing caused pH increase and subsequently the ratio of $HCO_3{^-}$ in solution. In the early stage of $CO_2$ degassing, the laboratory measurements were well matched with the calculations, but after about 48 hours, the experiment results were deviated from the calculations, probably due to the equilibrium interaction with the atmosphere and precipitation of carbonates. The result of this study may be not applicable to all natural environments because the pressure and $CO_2$ concentration in headspace of reaction vessels was not maintained constant as well as the temperature. Nevertheless, this study provides fundamental knowledge on the ${\delta}^{13}C_{DIC}$ evolution during $CO_2$ degassing, and therefore it can be utilized in the studies about carbonated water with low pH and the monitoring of geologic carbon sequestration.

• 한국해양학회지:바다
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• 제13권4호
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• pp.348-353
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• 2008

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.

• Ocean Science Journal
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• 제40권3호
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• pp.167-176
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• 2005

A time-series sediment trap was deployed at 1,034 m water depth in the eastern Bransfield Strait for a complete year from December 25, 1998 to December 24, 1999. About 99% of total mass flux was trapped during an austral summer, showing distinct seasonal variation. Biogenic particles (biogenic opal, particulate organic carbon, and calcium carbonate) account for about two thirds of annual total mass flux $(49.2\;g\;m^{-2})$, among which biogenic opal flux is the most dominant (42% of the total flux). A positive relationship (except January) between biogenic opal and total organic carbon fluxes suggests that these two variables were coupled, due to the surface-water production (mainly diatoms). The relatively low $\delta^{13}C$ values of settling particles result from effects on C-fixation processes at low temperature and the high $CO_2$ availability to phytoplankton. The correspondingly low $\delta^{l5}N$ values are due to intense and steady input of nitrates into surface waters, reflecting an unlikely nitrate isotope fractionation by degree of surface-water production. The $\delta^{l5}N$ and $\delta^{l3}C$ values of sinking particles increased from the beginning to the end of a presumed phytoplankton bloom, except for anomalous $\delta^{l5}N$ values. Krill and the zooplankton fecal pellets, the most important carriers of sinking particles, may have contributed gradually to the increasing $\delta^{l3}C$ values towards the unproductive period through the biomodification of the $\delta^{l3}C$ values in the food web, respiring preferentially and selectively $^{12}C$ atoms. Correspondingly, the increasing $\delta^{l5}N$ values in the intermediate-water trap are likely associated with a switch in source from diatom aggregates to some remains of zooplankton, because organic matter dominated by diatom may be more liable and prone to remineralization, leading to greater isotopic alteration. In particular, the tendency for abnormally high $\delta^{l5}N$ values in February seems to be enigmatic. A specific species dominancy during the production may be suggested as a possible and speculative reason.

• 한국자기공명학회논문지
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• 제23권4호
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• pp.93-97
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• 2019

Black ginger (Kaempferia parviflora) is a short-lived ginger plant with dark purple colored root and is known to be effective in treating diabetes and obesity. To find out the difference in the characteristics of the black ginger according to the variety of production, 1D proton NMR experiments were performed on 4 types of black gingers from different regions. The NMR spectra of all black ginger showed the characteristic peaks of the polymethoxy flavone compounds, and the chemical shifts and intensity of peaks showed slight differences depending of the type of black ginger implying the difference in molecular environment. These initial NMR experiments can be applied to the identification of the diversity of black ginger in physiological function according to the climate of regions using SNIF-NMR (Site-specific Natural Isotope Fractionation studied by NMR).

• Ocean and Polar Research
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• 제41권2호
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• pp.89-97
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• 2019

Long chain plant waxes (n-alkanes, n-alkanoic acids, and n-alcohols) and their carbon isotopic compositions (${\delta}^{13}C$) in geologic archives are valuable tools for paleovegetation reconstruction. However, the sensitivity of different plant wax constituents to vegetation shift is not well understood. This study explores controls on the variation in ${\delta}^{13}C$ values of long-chain n-alkanes ($C_{27}$ to $C_{33}$) and n-alkanoic acids ($C_{26}-C_{30}$) in the Gulf of Mexico core sediments (ODP 625B) near the Mississippi River delta. n-Alkanoic acids' ${\delta}^{13}C$ values were higher than those of n-alkanes by 1-2‰ on average and such a pattern is the opposite from their isotope fractionation observed in living plants: 1-2‰ smaller in n-alkanes than n-alkanoic acids. We attribute this offset to contributions from aquatic plants or microbes that produce high concentrations of $^{13}C-enriched$ long-chain n-alkanoic acids. The sensitivity of n-alkanes and n-alkanoic acids to vegetation and climate varied among chain lengths. The $n-C_{33}$ alkanes were most sensitive to $C_4$ grassland expansion among n-alkane homologues, while no specific trend was observed in n-alkanoic acids. This is due to the similarity in n-alkanoic acid concentrations between $C_3$ and $C_4$ plants by homologues and low terrestrial plant-derived n-alkanoic acid contributions to the sediments. The results of this study suggest that long chain n-alkanoic acids' ${\delta}^{13}C$ values in sediments may be influenced by contributions from different sources such as aquatic plants or microbial inputs and therefore interpretations regarding this matter should be cautiously formulated. We suggest that there is a need for further studies on characterizing long-chain n-alkanoic acids ($C_{26}-C_{34}$) in aquatic plants and microbes from various climates and environments in order to investigate their production and integration into sedimentary archives.

• 광물과 암석
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• 제36권3호
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• pp.199-212
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• 2023

확산은 지구물질은 물론 운석과 같은 우주물질의 원소 및 동위원소 연구에서 매우 유용하게 활용될 수 있다. 고온의 태양계 성운에서 일어난 확산과 상대적으로 저온의 소행성에서 일어난 열수 변질 과정에서의 확산 양상은 다르기 때문에 광물에 기록된 원소 및 동위원소 확산에 대한 모델 수립은 초기 태양계 진화를 이해하는데 있어 특히 중요하다. 광물 입자 경계를 따라 일어나는 빠른 입계 확산은 닫힌계에서 구성 광물간 원소 또는 동위원소의 교환을 수치 모델화하는데 유용하며, 본 연구에서는 유한차분법을 이용하였다. 수립된 빠른 입계 확산 수치 모델은 1) CH 콘드라이트의 아메바 형태 감람석 집합체(amoeboid olivine aggregate; AOA)내 사장석의 마그네슘-26(²⁶Mg) 동위원소 조성 변화와 2) CO 콘드라이트의 콘드률, AOA, 기질 구성 광물간 Fe-Mg 상호 확산에 적용되었다. 빠른 입계 확산을 통해 광물 결정의 표면에서는 평형상태에 도달할 수 있다는 가정에 기반해서 평형상태 동위원소 질량 분배(equilibrium isotopic fractionation)와 평형상태 원소 분배(equilibrium partitioning)도 수치 모델에 포함하였다. 모델을 통해 닫힌계를 구성하는 구성 광물간 원소 또는 동위원소의 교환과 확산으로 실제 운석에서 관찰된 원소 및 동위원소 조성 분포를 설명할 수 있음을 보였다. 또한 암석을 구성하는 광물이 여러 종류일 경우에 폐쇄 온도는 확산이 가장 느린 광물종에 의해서만 결정되는 것이 아니라 전체 광물들의 함량비에도 크게 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제34권4호
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• pp.284-291
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• 2001

유기질비료와 화학비료 시용에 따른 작물체의 질소동위원소비 (${\delta}^{15}N$) 차이 유무를 조사하기 위해 포트 조건에서 돈분 퇴비 (+13.9‰) 와 요소(-2.3‰) 를 시용하여 70일간 재배한 옥수수의 뿌리, 줄기, 잎, 알곡에 대한 ${\delta}^{15}N$ 값을 분석하였고, 동위원소 질량수지 방정식을 이용하여 옥수수 전부위에 대한 ${\delta}^{15}N$ 값을 계산하였다. 옥수수의 ${\delta}^{15}N$값은 토양 질소의 영향과 질소의 형태변환과정에 수반되는 동위원소분할효과에 의해 시용한 퇴비와 요소의 ${\delta}^{15}N$ 값과 차이를 보였다. 옥수수 전부위, 뿌리 및 줄기의 ${\delta}^{15}N$ 값은 요소와 퇴비 시용에 따른 유의성 있는 차이 (p<0.05)를 나타내지 않았지만, 잎과 알곡의 ${\delta}^{15}N$ 값은 각각 퇴비 처리구(+14.3‰, +16.2‰) > 무처리구(+13.2‰, +13.9‰) > 요소-퇴비 혼합처리구(+10.1‰, +12.6‰) 요소 처리구 (+10.1‰, +12.4‰)의 순서로 유의성 있는 차이가 나타났다. 따라서, 본 연구는 시용 질소원의 종류(퇴비 또는 화학비료)를 확인하는데 있어서 작물의 잎 또는 알곡의 ${\delta}^{15}N$ 값 활용 가능성을 제시해주는 것으로 판단되었다. 하지만, 보다 일반적인 결론을 얻기 위해서는 다양한 종류의 토양과 작물에 대한 연구가 요구된다.