오존의 형성과 분해시 나타나는 동위원소 분할효과에 관한 연구

Abstract

Isotopic fractionation effect was studied in the formation by electric discharge of oxygen gas and in the thermal decomposition of ozone. Ozone was formed by electric discharge using tesla coil at liquid nitrogen temperature. Initial oxygen gas pressure of reaction tube, the amount of ozone produced, and geometry of reaction were the parameters which were changed in the experiments. Isotopic compositions of product ozone and residual oxygen were measured using a stable isotope ratio mass spectrometer. The heavy isotope enrichments observed in the formation of ozone appeared to be due to wall effect and selective decomposition of metastable ozone. Thermal decomposition of ozone was performed. Initial oxygen gas was converted to ozone completely. The ozone was then decomposed to oxygen at 110℃. The enrichments of heavy oxygen isotopes were observed as increasing decomposition time. This study may play an important role in the study of ozone formation mechanism. It can be applied to explain isotopic enrichment of stratospheric ozone and mass-independent fractionation patterns found in meteorites.;산소가스의 전기방전에 의해 생성된 오존의 동위원소 분할효과(isotopic fractionation effect)와 생성된 오존의 분해 시 나타나는 동위원소 분할효과를 관찰했다. 첫째, 산소가스를 77K의 온도에서 테슬라 코일을 사용해 외부에서 전기 방전시킴으로써 오존을 형성했다. 이 때 반응관의 초기 산소가스의 압력, 오존의 생성비율과 반응관의 반응조건을 달리해서 시행했다. 생성된 오존과 오존 생성 후 남은 산소가스의 동위원소 조성을 안정동위원소 질량분석기(stable isotope ratio mass spectrometer)를 통해서 분석했다. 오존 형성 시 벽의 효과(wall effect)와 불안정한(metastable) 오존의 선택적인 분해가 무거운 동위원소 과다현상을 일으키는 원인이 된다는 것이 증명되었다. 둘째, 오존을 열분해에서 분해 시 생성된 산소가스와 반응 후 남은 오존의 동위원소 조성을 분석했다. 즉, 반응관의 산소를 완전히 오존으로 만든 후 110℃의 온도에서 열분해 했다. 분해 시간의 증가에 따른 산소의 무거운 동위원소 과다현상이 관측되었다. 이 실험에서 관측된 사실은 완전히 정립되지 않은 오존의 생성 메커니즘을 이해하는데 도움을 주었다. 또한, 성층권에서 관측된 오존의 무거운 동위원소 과다현상, 운석에서 관측된 산소 동위원소의 질량 의존적이지 않은 현상의 이해 등에 중요한 역할을 할 것이다.