표층토, 해저토

• 1
  회화용 사기접시에 건조토양 100g을 취하여 450℃ 의 전기로에서 3~4시간 이상 가열한다. (유기물을 제거)
• 산추출
• 2
  방냉시킨 다음 2L 또는 3L비커에 옮기고, Sr 담체용액(Sr2+: 10mg/mL) 10mL을 첨가한다.
• 3
  Conc. 염산 1L를 잘 저으면서 조금씩 첨가한다. 증발접시로 덮은 다음 가열판 위에서 3시간 동안 magnetic stirrer로 교반하면서 가열시킨다. 염산을 넣을 때 거품이 일어날 수 있으므로 서서히 첨가한다. 거품이 심하게 일어나면 초순수 물을 약간 넣어준다.
• 4
  비커를 가열판에서 내린 후 일반 여과지(5C, 11cm) 와 유리섬유 여과지(GF/C, 18.5cm)를 2겹으로 하여 Bühner 여과기에 넣고, 흡인여과 한다. 잔사를 뜨거운 물 500mL로 세척한다. 여과액과 세척액은 3L 비커에 옮기고, 증류수를 가하여 2.2L가 되게 한다.
• 수산염 침전
• 5
  Ca carrier 용액 (Ca2+ : 50mg/mL) 5mL을 첨가한다. magnetic stirrer로 교반하면서 NaOH(수산화나트륨)을 천천히 가하여 pH을 11 이상이 되게 한다. 이때 NaOH가 들어가면서 용액이 뜨거워진다. NaOH를 한꺼번에 많이 넣으면 격렬히 반응하므로 NaOH를 서서히 넣어 주어야한다.
• 탄산염 침전
• 6
  magnetic stirrer로 교반하면서 Na2CO3(탄산나트륨) 50g을 첨가한다. 증발접시를 덮은 후 가열판에서 끓을 때까지 가열한다. 비커를 가열판에서 내려, 침전을 침강시킨 후, 포화 탄산나트륨을 몇 방울 떨어 뜨려 백색의 침전이 생기지 않는 것을 확인한다. 증발접시로 덮은 다음 하룻밤 방치한다.
• 7
  상등액은 경사법으로 버리고, 남은 침전을 750mL 원심관에 옮긴다. 비커는 암모니아수(1+100)로 세척하여 원액과 합친다. 원심관을 3000rpm으로 10~15분간 원심분리한후, 상등액은 버린다.
• 8
  원심관내 침전을 앞에서 사용한 3L 비커에 옮기고, 원심관에 HCl(염산,1+2)을 넣어 남아 있는 침전을 녹여 3L 비커에 옮긴다. 원심관을 증류수로 세척하고, 그 용액도 3L 비커에 옮긴다.
• 옥살염 침전
• 9
  증발접시를 덮은 후, 가열판에서 가열하여 침전을 용해시킨다. 용해되지 않을 경우, Conc. 염산을 더 가하여 용해시킨다.
• 10
  증류수을 가하여 전체 용액이 약 1.5L가 되게 한다.
• 11
  증발접시를 덮은 후, 가열판에서 끓을 때까지 가열하고 난 뒤, 가열판에서 비커를 내린다. 가열판에서 끓을 때까지 가열하는 것은 CO2를 제거하기위함.
• 12
  옥살산 50g을 조금씩 첨가하고, magnetic stirrer로 교반하여 용해시킨다. BCG 용액 1mL을 첨가한다. magnetic stirrer로 교반하면서 용액의 색깔이 청녹색이 될 때까지 암모니아수를 천천히 첨가하여 옥살산염의 침전을 완성시킨다. (용액의 색깔이 청녹색으로 변할 때 pH 는 4.2정도이다. 토양 중에 존재하는 철 때문에 색깔확인이 잘 안되므로 pH paper로 확인하는 것이 좋다. 백열등불 아래에서 보다는 형광등불 아래에서 작업하는 것이 pH 변화를 쉽게 알 수 있게 해준다.)
• 13
  증발접시를 덮은 후, 다시 한 번 가열판에서 끓도록 가열하여 침전을 숙성시킨다. 비커를 가열판에서 내린다. 끓기 전에 침전이 뻥뻥 튀는 소리가 나므로 주의할 것. 비커가 깨지는 수가 있음.
• 14
  침전이 침강한 후, 상등액에 포화 ammonium oxalate 용액을 몇방울 떨어뜨려, 백색의 침전이 생기지 않는 것을 확인한 후 방냉시킨다. (너무 오랜 동안 방치하면 실리카가 석출되거나 옥살산이 석출된다, 특히 급냉하거나 겨울철에)
• 15
  침전이 모두 침강하면 상등액을 경사법으로 다른 2L 비커에 옮긴다. 침전에 증류수를 넣고 잘 섞은 다음 방치하고 침전이 모두 가라앉으면 상등액은 2L 비커와 합친다.
• 16
  2L 비커의 상등액에 Ca 용액 (Ca2+ : 50mg/mL) 5mL을 첨가하고, 가열판에서 가열한다. Conc. 염산 약 50mL을 첨가한다.
• 17
  끓을 때까지 가열시킨 뒤 비커를 가열판에서 내린다. 옥살산 5g를 조금씩 가하고, magnetic stirrer로 충분히 교반하면서, 용액의 색깔이 청록색으로 될 때까지 암모니아수를 첨가하여 침전을 생성시킨다. 다시 한 번 가스버너에서 가열하여 침전을 숙성시킨다. (2차 옥살산침전 제조 과정)
• 18
  끓으면 비커를 가열판에서 내리고, 상등액에 포화 옥살산암모니아 용액 몇 방울 떨어뜨려, 백색의 침전이 생기지 않는 것을 확인한다. 증발접시로 비커를 덮은 다음, 방냉 시킨다.
• 19
  상등액은 경사법으로 버리고, 침전에 증류수를 넣고 잘 섞은 후 방치하였다가 침전이 모두 침강하면 상등액은 버리고 침전은 1차 옥살염 침전과 합친다.
• 발연질산을 이용한 Sr과 Ca분리
• 20
  침전에 증류수를 첨가하여 200mL가 되게 하고 magnetic bar를 넣는다. 발연질산 두병을 준비하고 magnetic stirrer로 교반하면서 발연질산(비중 1.50)을 조금씩 가하면서 침전을 녹인다. 그 다음 남아있는 발연질산을 전부 가하면 Sr(NO3)2 침전이 형성된다. 이때 침전 형성이 잘 안되면 발연질산 1병을 더 넣는다. - 1차 발연질산 처리. 발연질산이 들어가면서 옥살산 침전은 녹기 시작한다. 그러나 발연질산이 들어가면 용액이 뜨거워지므로 필요에 따라 냉각수조에 넣어 냉각시켜 주어야한다. 침전 형성이 잘 안되는 현상은 calcium이 적은 토양시료나 생물시료 등에서 일어날 수 있다. 1차 발연질산처리는 보통 오후에 처리한 다음 하룻밤 방치 시키고(1차에는 양이 많아서 침강하는데 시간이 좀 걸림) 다음날 아침에 filtering 하고 2차 발연질산 처리함. 다시 오후에 filtering 하고 3차 발연질산 처리. 다음날 아침 filtering 후 증발 건고. 증발 건고된 시료 중에서 calcium 제거가 덜 된 시료는 저녁때 4차 발연질산 처리. 다음날 아침 filtering, 다시 증발 건고. calcium 제거가 덜 된 시료는 반복해서 발연질산 처리한다.
• 21
  Magnetic bar를 빼내고 증발접시로 덮은 다음 냉각수조 안에서 하룻밤 방치한다.
• 22
  비커를 기울여 상등액을 조심스럽게 버린다. rinsing용 발연질산(약 72%, 비중1.5)으로 잔액과 침전물을 glass filter(1G-4형)로 옮겨 흡입여과하고 rinsing용 발연질산으로 침전을 세척한다. 발연질산을 매우 반응성이 크기 때문에 그냥 하수구에 버리면 배관에 구멍이 생기는 수가 있다. NaOH로 중화를 시키거나 수돗물로 충분히 희석해야함. 가능하면 폐수처리 업자를 이용. rinsing용 발연 질산 = 2L의 conc. 질산(70%) + 발연질산 1병
  rinsing용 발연 질산은 미리 많이 만들어 유리병이나 플라스틱병에 넣어 둔다. 사용할 때는 teflon으로 된 washing bottle에 넣어 사용한다.
• 23
  여과장치 안에 250mL 비커를 넣고, G-4 glass filter에 모인 침전에 따뜻한 증류수를 넣어 녹인 후 여과하여 250mL 비커에 받는다. G-4 glass filter는 증류수로 세척한다.
• 24
  250mL 비커에 증류수를 넣어 용액 양이 약 50mL정도가 되도록 한다. 만약에 50mL가 넘을 경우는 증발시켜 약 50mL로 맞춘다.
• 25
  magnetic bar를 넣고 교반하면서 발연질산(비중1.50) 117mL(175g)를 천천히 넣어 Sr(NO3)2 침전을 형성시킨다. - 2차 발연질산 처리. 냉각수조에서 냉각시킨다.
• 26
  침전이 모두 가라앉으면 절차 22처럼 경사법으로 상등액을 조심스럽게 버리고 침전은 glass filter(1-G4 도가니형)를 이용하여 흡입 여과한다.
• 27
  Ca이 완전히 제거될 때까지 절차 24에서 26을 반복한다.
• 28
  발연질산 처리를 3회 이상 하였으면 Ca이 제거되었는가를 확인하기 위하여 흡입 여과한 용액을 증발건고 시킨다. 방냉시켰을 때 비커 바닥의 Sr(NO3)2 결정이 설탕결정처럼 보이면 Ca이 제거 된 것으로 본다. 결정모양이 지저분하거나 또는 밀가루와 같거나 냉각후 물을 흡수하면 Ca이 덜 제거 된 것으로 본다. 건고 : 3차나 4차 발연질산 처리하여 filtering한 후의 용액에 질산을 1~3mL 정도 넣은 후 건고한다. 건고된 결정 모양을 보고 발연질산처리를 더할 것인가를 판단한다. 질산을 넣지 않을 경우는 침전모양이 지저분하여 침전 모양을 보고 판단하기가 어려워짐. 용액이 건고될 때 약간의 질산이 있어야지만 Sr이 모두 Sr(NO)2 결정으로 존재하게 되어 침전이 예쁘다. 건고할 때 hot plate의 온도를 세게 하면 용액이 쫄면서 Sr(NO3)2 결정이 생성되면서 튄다.
• Ra 제거
• 29
  증발건고한 Sr(NO3)2 결정에 50mL의 증류수를 넣어 결정을 녹인다.
• 30
  초산 (7+13) 1mL, 초산암모늄(46w/v%) 2mL 및 Ba 담체용액 [10mg/mL] 1mL를 첨가한다.
• 31
  가열판에서 끓을 때까지 가열한 후 크롬산칼륨 용액(30w/v%) 1mL를 넣고 다시 한 번 2분 동안 가열한다.
• 32
  생성된 침전을 여과지(5C)를 이용하여 자연 여과하여(GF/C filter 2장을 겹쳐 흡입여과해도 됨) 분리하고 여과지와 침전을 따뜻한 뜨거운 초산암모늄 용액(0.1W/V%) 2mL로 세척한다. 여과액과 세척액을 250mL 비커에 받는다.
• 33
  암모니아수 1mL를 첨가하여 용액의 색깔이 황색으로 변하도록 한 다음 포화 ammonium carbonate 용액 5mL를 가하여 strontium carbonate 침전을 생성시킨다. 끓을 때까지 가열하여 침전을 완성시킨다.
• 34
  Ammonia water(1+100)를 이용하여 침전을 Glass filter(1G-4)로 옮기고 흡입여과 한다. 여과액은 버린다.
• 35
  strontium carbonate 침전을 만들 때 사용한 비커를 여과장치 안에 넣고 소량의 HCl (1+2)으로 침전을 용해시키고 흡입여과 한다. Glass filter를 소량의 물로 세정한 다음 여과액과 세정액은 합한다. (여과액과 세정액이 약 50mL 가 되게 한다.) 흡입여과 시 침전이 녹으면서 튀게 되므로 주의한다. glass filter에 소량의 물을 먼저 넣은 다음 HCl (1+2)을 한 방울씩 서서히 넣어 침전을 녹인다.
• Scavenging(Fe(OH)3 침전) Sr과 함께 존재하는 Y을 분리해 내는 과정으로 Fe(OH)3 공침전 형태로 Y를 제거한다. 이 시각부터 90Y 생성 시점으로 한다.
• 36
  Fe carrier(Fe3+: 5mg/mL) 1mL를 첨가하고 염화암모늄 약 1g을 넣어 녹인다. 끓을 때까지 가열한다. 암모니아수를 소량씩 가하여 수산화 제2철 침전을 생성시킨다. 2~3 분간 끓여준다. 침전이 형성된 시각을 scavenging time으로 한다(기록한다).
• 37
  방냉후 암모니아수(1+100)으로 여과장치로 옮긴 다음 GF/C filter로 흡입여과하고 침전을 암모니아수(1+100)으로 세정한다. 침전은 버린다. 방냉시간이 너무 길면 공기중의 이산화탄소가 녹아들어가 SrCO3 침전이 생겨 유기 기벽에 들러붙으므로, 손으로 만질 정도로 식으면 바로 filtering 하고 포화 ammonium carbonate 용액을 넣어 SrCO3 침전을 만든다. 철침전을 제조부터 SrCO3 침전 제조 까지 걸리는 시간을 하루안에 끝내는 것이 좋다.
• 38
  포화 탄산암모늄 용액 5mL를 첨가한 후 가열하여 strontium carbonate 침전을 생성시킨다. 끓을 때까지 가열한다.
• 회수율 측정
• 39
  중량을 미리 측정한 glass filter(G-4)을 이용하여 흡입여과한 후 침전을 암모니아수(1+100)와 에탄올로 침전을 세정한다. 여과액과 세정액은 버린다. 침전을 105℃에서 1시간 동안 건조시킨 후 데시케이터에서 1시간 정도 방냉시키고 중량을 측정하여 Sr의 화학적 회수율을 계산한다. glass filter 중량 측정 시 105℃ oven에서 1 시간 동안 건조시킨 후 데시케이터에서 1시간 동안 방냉하고 무게를 잰다.

  

  • W1 : SrCO3 무게
  • F1 : filter 와 SrCO3의 합한 무게
  • F0 : filter만의 무게
  • Sr% : SrCO3중의 Sr의 무게비 = 0.5935
  • W0 : Sr carrier 사용량 (100mg)/li>
  • WICP : ICP 농도(mg/kg) ×시료량(kg)

  시료속에 포함된 안정 Sr의 양을 알아야 정확한 회수율이 계산됨. ICP-MS 장비가 있는 공인된 기관에 의뢰하여 농도 계산
• 40
  Glass filter 상의 SrCO3 침전을 소량의 염산(1+2)으로 용해한 후 흡입 여과한다. 250mL 비커에 받는다. glass filter를 물로 세정하고 세정액을 여과액과 합한다. 여과액을 2주 동안 방치한다. 이하는 milking 조작법에 따라 실험한다. 염산으로 녹일 때 튀지 않게 최대한 주의한다. 이때부터의 손실은 보정할 수 없으므로 주의할 것.
• • Y 담체를 이용한 Milking 법
  • 41
    2주간 보관한 용액에 이트륨 담체용액(Y3+:1mg/mL) 10mL와 염화암모늄 1g을 첨가한 뒤 가열판 위에서 끓을 때까지 가열한다.
  • 42
    가열 후 암모니아수(A급)로 pH를 8로 조절하여 수산화이트륨 침전을 형성시키고 5~7분간 비등 가열시킨다.(침전이 만들어진 시각을 milking time로 한다.)
  • 43
    G-4 glass filter를 이용하여 여과한 다음 침전을 암모니아수(1+100)으로 세척한다. 여과액은 14일 후 다시 milking 하여 계측할 수 있으므로 염산(1+2)을 소량 첨가하여 보관한다.
  • 44
    침전을 소량의 염산(1+2)으로 완전히 용해시키고 소량의 뜨거운 증류수로 여러 번 세척하여 여과액과 합한다.
  • 45
    이 용액에 옥살산 2g을 첨가하고 가열한다. 끓으면 암모니아수를 서서히 첨가하면서 pH 1.0 ~ 1.5(약 pH 1.2)에서 이트륨옥살산염 침전을 만든다. 다시 끓인 뒤 약 1분간 방냉한다.
  • 철침전을 이용한 Milking 법
  • 41
    14일간 보관한 용액에 제2철 용액(Fe3+:5mg/mL) 1mL와 염화암모늄 1g을 첨가한 뒤 가열판 위에서 끓을 때까지 가열한다.
  • 42
    가열 후 암모니아수(A급)로 pH를 8로 조절하여 수산화제이철 침전을 형성시키고 5~7 분간 비등 가열시킨다. (침전이 만들어진 시각을 milking time로 한다.)
  • 43
    자연여과(5A, 11cm)시킨 후, 침전은 따뜻한 암모니아수(1+500)로 3회에 걸쳐 세척하고 여과액과 세척액은 한데 모아 보관한다.
  • 44
    절차 40)에서의 비커를 깔때기 밑에 놓고 여과지에 남은 철 침전을 염산(1+2)으로 녹여 받고, 따뜻한 증류수 40mL로 세척하여 여과액과 합한다.
  • 45
    염화암모늄 1g을 첨가한 뒤 가열판 위에서 끓을 때까지 가열한다. 암모니아수(A급)로 pH를 8로 조절하여 수산화제이철침전을 만든 뒤 5~7 분간 비등 가열시킨다.
• 계측
• 46
  분리형 여과기에 여과지(5C, 47mmΦ)를 붙여 침전을 여과하고, 침전은 암모니아수(1+100)로 세척한다.
• 47
  침전 여과지를 측정용 스테인레스판위에 붙이고 적외선램프 아래에서 건조시킨 다음 collodion(collodion : ethanol = 1:20)용액 2~3 방울을 떨어뜨려 건조시킨 후 저준위 알파/베타계수기(S5XLB)로 측정한다.