Summary
이 프로토콜은 퇴적물의 발광 연대 측정을 위해 크기별로 석영 입자를 분리하기위한 것입니다. 석영 입자를 분리하기 위해 H 2 O2, HCl, HF 및 HCl에 순차적으로 다시 담가 물리적 정화 및 화학적 소화가 요약되어 있습니다. 석영 순도는 현미경 평가, 라만 분광법 및 IR 고갈 비율로 정량화됩니다.
Abstract
광학 자극 발광(OSL) 연대 측정은 광물 입자가 증착되고 추가 빛이나 열 노출로부터 차폐된 이후의 시간을 정량화하여 발광 시계를 효과적으로 재설정합니다. OSL 연대 측정의 체계는 석영 및 장석과 같은 일반적인 광물의 선량 측정 특성을 기반으로합니다. 매장 후 자연 전리 방사선에 노출 된 획득 된 발광은 과거 0.5 Ma에 걸친 많은 4 차 퇴적 시스템에 대한 퇴적 연령을 제공합니다. 이 기여는 작은 입자 또는 단일 입자 분취량으로 발광 분석을 용이하게 하기 위해 알려진 입자 크기 범위의 순수 석영 입자를 분리하는 절차를 자세히 설명합니다. 특히, 노출로부터 육상 퇴적물 코어 또는 샘플 튜브의 효과적인 OSL 연대 측정을 위해 필요한 데이터 및 해석에 대한 프로토콜이 제공됩니다. 1.2m 섹션에서 길이가 5-20m인 이 코어는 세로로 분할되고 크라운 절단되어 코어 부피의 80%가 방해받지 않고 코어 깊숙이 연대 측정되는 OSL을 위한 빛 보호 퇴적물의 샘플링을 용이하게 합니다. 그런 다음 침전물 샘플은 특정 입자 크기 간격 (예 : 150-250 μm)을 얻기 위해 일련의 물리적 분리를 거칩니다. 자성 광물은 자석을 사용하여 습식 및 건식 상태로 제거됩니다. 일련의 화학 분해는 유기물을 제거하기 위해 H 2 O2에 담근 다음 HCl 노출로 시작하여 탄산염 광물을 제거한 다음 밀도 분리를 수행합니다. 그 후, 곡물을 HF에 80 분 동안 담근 후 HCl에 담가 석영 곡물만을 렌더링합니다. 석영 추출물의 광물학적 순도(>99%)는 곡물 암석학적 평가 및 라만 분광법으로 정량화됩니다. 이 석영 분리 절차를 반복하는 것은 <15 % 석영 입자를 포함하는 퇴적물에 필요할 수 있습니다. LED 유래 청색광 및 IR 광에 의한 정제된 석영 입자의 여기는 석영에서 발광 방출의 우세를 평가하기 위한 메트릭인 고속 및 IR 공핍 비율을 계산할 수 있습니다.
Introduction
광학적으로 자극 된 발광 (OSL) 지질 연대기 (geochronology)는 퇴적물 침식, 퇴적 및 매장 후 마지막 빛 또는 열 노출로부터의 시간을 산출한다; 빛이나 열에 더 노출됩니다. 따라서, 자연 퇴적 과정 또는 가열 이벤트 (>300 °C)는 이전에 상속 된 발광 신호를 일관되게 낮은 수준으로 감소시킨다. 지난 20 년 동안 단일 부분 표본 및 석영과 같은 특정 광물 입자의 입자 분석과 같은 발광 연대 측정에 상당한 발전이있었습니다. 청색 또는 녹색 다이오드를 사용한 이러한 실험 기반 연대 측정 프로토콜은 실험실에서 유도 된 감도 변화를 효과적으로 보상하여 과거 약 500 ka 1,2,3의 OSL 연령을 렌더링 할 수 있습니다.
석영 및 칼륨 장석과 같은 규산염 광물은 다양한 결정 격자 전하 결함을 가지고 있습니다. 일부는 광물 결정화시 형성되고 다른 일부는 전리 방사선에 대한 후속 노출로 인해 형성되어 지구 연대기 전위를 초래합니다. 이러한 결함은 ~ 1.3-3 eV의 트랩 깊이 에너지를 갖는 전자 저장의 가능한 위치입니다. 석영 입자의 격자 전하 결함에 포함 된 전자의 하위 집단은 청색광에 의한 여기와 함께 시간 진단 발광 방출의 원천입니다. 따라서, 이러한 발광 방출은 매설 기간 동안 전리 방사선에 노출됨에 따라 태양 또는 열 재설정 수준 이상으로 시간이 지남에 따라 증가합니다. 이 신호는 퇴적물 침식, 수송 및 퇴적과 함께 햇빛에 노출되면 낮고 정의 가능한 수준 ( "영점")으로 감소합니다. 이 발광 "주기"는 지구와 다른 행성의 대부분의 퇴적 환경에서 발생합니다. 따라서 퇴적 석영 입자의 OSL 연대 측정은 퇴적 및 매설과 함께 마지막 광 노출 이후 경과된 시간을 반영하는 퇴적 연대를 제공합니다(그림 1).
발광 연대 측정은 지형학, 지각, 고생물학, 고생물학 및 고고학 연구 2,4,5,6,7에 대한 열거 가능한 컨텍스트와 관련된 에올리안, 하천, 수질, 해양 및 콜루비 퇴적물에서 석영과 같은 선택된 광물 입자에 대한 연령 추정치를 산출하는 선량 측정 기반 기술입니다. OSL 연대 측정은 또한 다른 행성, 특히 화성 8,9의 표면 과정을 제한하기 위해 평가되고 있습니다. 종종 지구상의 OSL 연대 측정에서 가장 많이 사용되는 광물은 석영으로, 자연의 풍부함, 지오크로노미터로서의 고유한 감도, 신호 안정성 및 햇빛 노출(초에서 분)에 따른 빠른 재설정을 반영합니다.4,10,11,12. 그러나 석영 추출물이 불순한 경우, 특히 칼륨 및 기타 장석에 의해 오염 된 경우 OSL 연대 측정의 정확성이 손상되며, 이는 석영보다 100 배에서100 배 더 밝은 발광 방출을 가질 수 있으며 연령을 과소 평가할 수 있습니다 13. 따라서 침전물에서 석영 입자 추출물의 절대적(>99%) 순도는 정확한 OSL 연대 측정을 위해 매우 중요합니다. 따라서, 이 기여의 초점은 다양한 폴리미네랄 퇴적물로부터 분리된 고순도 석영 입자를 분리하기 위한 상세한 절차를 제공하는 것이다. 이를 위해서는 광물학, 결정 화학 지식의 통합이 필요합니다. 광학 및 라만 이미징은 실험실 프로토콜을 효과적으로 적용하여 회수된 퇴적물 코어에서 신중하게 샘플링된 지층의 석영 입자에서 OSL 연대를 렌더링합니다. 퇴적물 코어는 푸시 및 타악기 코어 링 방법으로 수집되어 손상되지 않은 퇴적물을 20-25m 깊이까지 회수했습니다.
OSL 시간에 민감한 신호는 몇 분에서 몇 시간의 햇빛 노출로 비교적 빠르게 재설정됩니다. 지질 OSL 신호는이 태양 재설정 수준에서 누적됩니다. 석영의 OSL 방출은 원래의 결정 구조, 격자 불순물, 발광 재설정 사이클14로 인한 민감성을 반영하여 상당히 가변적입니다 (그림 1). 따라서 석영의 선량 민감도에는 고유 한 가변성이 있으며 특정 광물 학적 및 퇴적 출처에 대한 연대 측정 프로토콜을 고안해야합니다. 다행스럽게도 석영 1,2에 대한 단일 부분 표본 재생(SAR) 용량 프로토콜의 출현으로 OSL 방출의 변동성을 시정하는 체계와 명백한 OSL 민감도의 실험실 변화를 평가하기 위한 메트릭이 생성되었습니다. 퇴적물 입자는 추가 광 노출로부터 은폐 될 때 장기 방사선 선량계로 기능하며, 발광 신호는 매장 기간 동안 방사선 노출의 척도 역할을합니다. 분리된 석영 입자의 자연 발광 방출과 동등한 방사선량은 OSL 연령 방정식(방정식 1)의 분자인 등가량(De: 회색, Gy)이라고 합니다. 분모는 선량률(Dr: Grays/yr.)으로, 235 U, 238U, 232Th 붕괴 시리즈, 40K에서 딸 동위원소의 방사성 붕괴에서 비롯된 α, β 및 γ 방사선에 기여하여 정의되며 85Rb 및 우주 및 은하 소스의 붕괴로 인한 기여도가 적습니다.
OSL 연령(년) = 
(수학식 1)
여기서, Dα = 알파 용량 Dβ = 베타 용량 Dγ = 감마 용량 Dc = 우주 용량 및 w = 물 감쇠 인자.
실험실 또는 현장에서 U 및 Th 측정을 위한 또 다른 방법은 감마 분광법이며, 게르마늄 변이체는 선량률에 대한 적절한 조정으로 U 및 Th 동위원소 불균형을 정량화할 수 있습니다. 환경 선량률의 베타 및 감마 성분은 질량 감쇠(15)에 대해 수정될 필요가 있다. 그러나, >50 μm의 곡물에 대해서는 효과적으로 중요하지 않은 알파 용량이 있으며, 준비 중에 희석되지 않은 HF로 처리하여 제거 된 곡물의 외부 10-20 μm가 있습니다. 선량률 평가에서 중요한 구성 요소는 매장 기간 동안 우주 및 은하 선량의 정량화이며, 이는 경도, 위도, 고도, 매장 깊이 및 위에 놓인 퇴적물16,17의 밀도를 조정하여 지구상의 특정 지점에 대해 계산됩니다.
>15 % 석영을 포함하는 퇴적물은 일반적으로 고순도 석영 분획을 분리하는 데 비교적 간단합니다. 그러나 <15 % 석영을 가진 퇴적물은 OSL 연대 측정에 필요한 광물 학적 순도를 보장하기 위해 종종 추가 시간이 필요합니다. 이 분석에는 약 500-1000개의 석영 입자가 필요하지만 중복 분석, 교정 라이브러리 확장을 위한 보관 및 향후 발전을 위해 수천 개의 입자가 분리되는 경우가 많습니다. 퇴적물 샘플의 광물 학적 조성은 처음에는 쌍안 현미경 (10-20x) 및 관련 상상 분석을 통한 암석 학적 분석에 의해 곡물별로 평가됩니다. 개별 입자의 광물학은 여기 레이저(455nm, 532nm, 633nm 또는 785nm)를 사용하여 입자 스펙트럼을 측정하고 RRUFF 시스템 데이터베이스(18)의 알려진 광물 스펙트럼과 입자 방출을 통계적으로 비교하기 위해 라만 분광법에 의해 추가로 테스트됩니다.
육안 및 스펙트럼 검사가 만족스러우면 자동 발광 판독기 시스템을 사용하여 OSL 신호의 순도를 추가로 확인합니다. 샘플의 3-5 개의 분취량은 적외선 여기 (845 nm ± 4 nm에서 IR = 1.08 와트)에 노출되어 장석 광물을 우선적으로 자극하며,이 방출은 석영을 우선적으로 자극하는 청색광 여기 (Bl = 470 nm ± 20 nm)에 의한 방출과 비교됩니다. IR / Bl 비율이 5 %≥ 경우 테스트는 장석 오염 및 산 분해가 반복됨을 나타냅니다. 비율 IR/Bl <5%인 경우, 샘플은 연대 측정에 대해 만족스럽게 석영 분율로 간주됩니다.
석영 입자에 대한 단일 부분 표본 재생(SAR) 프로토콜은 특정 샘플, 연구 장소 또는 지역에 맞게 조정된 절차를 통해 OSL 연대 측정 퇴적물에서 자주 사용되는 접근 방식입니다. 이러한 프로토콜의 재현성은 석영 입자에 알려진 베타 용량(예: 30Gy)을 제공하고 이 알려진 용량을 회수하는 열 전처리를 평가하여 결정됩니다(그림 2). 실제로, SAR 프로토콜로 De를 결정하는 것은 자연 발광과 알려진 시험 선량으로부터의 발광 사이의 비율 (Ln /Tn ratio)의 계산을 포함하며, 이는 동일한 시험 선량 (Lx / Tx)으로부터의 발광으로 나눈 재생 선량에 대한 발광 방출과 비교된다 (그림 2 ). SAR 사이클을 통한 측정에 따른 석영 입자 감도 변화를 보상하기 위해 일관되게 적용되는 테스트 선량(예: 5Gy)인 보정이 고안되었습니다. 종종 OSL 배출량은 동일한 용량(예: 5Gy)이 주어졌지만 각 연속 SAR 주기마다 >5%씩 증가합니다.7.
TL / OSL 리더 시스템으로 최소 40 개의 석영 분취량 또는 500 개의 곡물을 청색광 여기와 함께 분석합니다. 생성된 발광 데이터는 Risø TL/OSL-DA-20 리더 시스템과 관련된 소프트웨어에 의해 분석됩니다. D e 및Dr 값 및 연령 추정치는 발광 선량 및 연령 계산기 (LDAC)17를 사용하여 계산됩니다. 이 플랫폼은 통계 모델을 적용하여 등가 선량(De) 값을 결정하고 제한된 오류로 해당 OSL 연령을 렌더링합니다.
코어로부터 추출된 차광 샘플은 두 가지 이유로 제조된다: 1) 순도가 >99%인 석영 입자의 광물학적 분획을 수득하기 위해, 및 2) OSL 연대 측정에 대한 환경 D17의 평가를 위해 특정 크기 분율, 예를 들어, 150-250 μm의 그레인을 분리하기 위해. 많은 퇴적 환경에서 석영 입자가 일반적입니다. 그러나 다른 규산염 및 비 규산염 광물, 암석 조각 및 유기물과 혼합됩니다. 이전에는 OSL 연대 측정 13,19,20,21,22,23의 맥락에서 순수 석영 입자를 분리하는 데 필요한 몇 가지 특정 단계와 시약을 나타내는 절차가 간략하게 설명되었습니다. 이 기여는 이러한 이전 접근 방식에서 큰 이점을 얻었습니다. 이 백서에서는 암석학 이미징 및 라만 기술을 사용하여 곡물 광물학을 모니터링하고 발광 연대 측정을 위해 고순도(>99%) 석영 추출물을 렌더링하는 수정된 보다 자세한 프로토콜을 간략하게 설명합니다. 이러한 석영 분리 프로토콜은 30 년 이상의 분석 경험을 반영하여 Baylor Geoluminescence Dating Research Laboratory의 미주, 유라시아, 중국 및 아프리카의 다양한 지질 환경에서 수백 개의 샘플을 준비한 후 개발되었으며 다른 실험실에서 사용되는 적절한 변형이있는 결정적인 방법은 아닙니다. 이는 정적 프로토콜이 아니며 개선을 위한 수정 및 추가를 환영합니다.
Protocol
참고 :이 섹션에서는 긴 (15-20m) 퇴적물 코어에서 채취 한 폴리 미네랄 퇴적물에서 거의 순수 (>99 %) 석영 분획을 분리하는 절차를 제시하며 노두23에서 수집 된 개별 튜브와 같은 샘플에도 동일하게 적용됩니다. 이 방법론은 세 가지 구성 요소로 나뉩니다 : (1) 퇴적물 코어 개방, 설명 및 결과 OSL 연대를 고 환경 적 맥락에 배치하기위한 퇴적 환경의 해석, (2) 주변 광에 노출되지 않고 코어에서 작은 OSL 퇴적물 샘플 검색, (3) 특정 크기의 분획에서 단일 광물 석영 추출물의 분리 (예 : 150-250 μm). 첫 번째 단계는 주변 조명 조건에서 수행됩니다. 두 번째 및 세 번째 구성 요소는 나트륨 증기 전구, 동등한 LED 또는 빨간색에서 주황색 필터가있는 전구에 의해 조명으로 수행됩니다. 테스트에 따르면 벤치 표면에 약 1-0.5W/m2 의 589nm를 중심으로 방출되는 이러한 안전한 조명 조건은 곡물 준비 중에 부주의한 재설정을 일으키지 않습니다.
1. 퇴적물 코어를 열고, 설명하고, 해석합니다(그림 3).
알림: 코어 둘레의 약 1/4 직경(0.5라디안 위치)에 전기 톱을 사용하여 세로로 엽니다. 절반 절단 대신 이 "크라운" 코어 절단을 수행하여 OSL 연대 측정 및 기타 분석을 위해 조명되지 않은 노출 퇴적물을 더 많이 보존하는 것은 코어에 대한 신중한 육안 검사, 샘플링 및 설명을 손상시키지 않습니다.
- 코어의 퇴적 학적 및 pedologic 특징을 기록하고 평가합니다.
- 입자 크기 변화, 퇴적 및 이유전 구조, 보이는 경우 침구, Munsell 색상24, 단위 경계25 의 기초 및 지층의 식별 시퀀스와 같은 퇴적 특징의 변화를 평가합니다.
- 탄산염, argillic 및 cummlic 형태를 포함한 거시적 인 특징을 확인하십시오. 루비 화 및 관련 지평선 지정; 그리고 흔적 화석.
- 주걱으로 침전물 1-2g을 취해 50mL 내산성 비커에 넣어 탄산염 함량을 기체 측정법으로 평가합니다.
- 비커를 통풍이 잘되는 상자 오븐 (40 ° C)에 최소 8 시간 동안 두어 샘플을 건조시킨 다음 정밀 저울로 무게를 측정하고 실험실 책의 각 샘플에 대한 무게에 주석을 달아줍니다.
- 시료에 15% HCl 30mL를 넣고 뚜껑을 덮지 않은 상태로 흄 후드 안에 넣고 최소 30분 동안 반응시킵니다. 반응이 완료 될 때까지 산을 첨가하십시오.
주의 : HCl 산은 항상 흄 후드 내부에서 사용해야하며 새시는 1/4 이상 열리지 않아야합니다. HCl을 취급할 때는 실험실 코트, 내화학성 장갑, 안전 고글 및 실드가 필요합니다. 이 혼합물을 왁스 종이 밀봉제로 덮인 흄 후드에 8시간 동안 두십시오. HCl과 Ca/MgCO3 의 반응은 발열성이다. 따라서 비커를 차가운 수돗물 100mL로 채워진 300mL 세라믹 보울에 넣어 반응을 식히고 반응 유출을 포착합니다. - 100mL의 탈이온수(DIW)로 샘플을 세척하고 침전물을 잃지 않고 가라앉히도록 상청액을 조심스럽게 기울입니다.
- 건조 될 때까지 최소 24 시간 동안 샘플을 오븐 (40 ° C)으로 되돌립니다. 값을 계량하고 기록하십시오.
- 탄산염 함량(%)을 평가하기 위해 15% HCl에 담그기 전과 후의 오븐 건조 샘플 간의 질량 차이를 정량화합니다.
- 코어 아래 5-10cm마다 입자 크기 분석을 위해 0.5-1.0g의 침전물을 제거합니다. 각 침전물 샘플을 100mL 내산성 비커에 넣습니다. 그에 따라 비커에 샘플에 라벨을 붙입니다.
- 2000 μm 메쉬를 통해 침전물을 체질하십시오. >2000 μm (모래보다 큼)의 침전물을 버립니다. 나머지 침전물 <2000 μm로 공정을 계속하십시오.
- 15% HCl 30mL를 추가하여 샘플에서 탄산염을 제거합니다. 1.1.3.1-1.1.3.5단계를 반복합니다.
- 12 % H 2 O230 mL를 사용하여 유기물을 제거하고 > 12 시간 동안 그대로 두십시오. 가열하지 마십시오.
주의 : H 2O2는 빠른 산화를 촉진하고 부식성이며 눈, 피부 및 호흡기에 매우 해로울 수 있습니다. 시약 등급 H 2 O2를 취급 할 때는 실험실 코트, 내 화학성 장갑, 안전 고글 및 실드가 필요합니다. 유기물을 포함하는 침전물에H2O2를 첨가하는 것은 발열 반응이다. 온도의 급격한 증가는 샘플에 전파되는 유기물의 풍부함에 비례합니다. 반응 온도를 <40°C로 유지하기 위해 DIW의 첨가가 필요할 수 있다. 계속해서H2O2를 첨가하고 반응 온도를 동시에 모니터링한다. 혼합물을 왁스 종이 밀봉 제로 덮인 흄 후드 내부에 8 시간 동안 그대로 두십시오. 비커를 차가운 수돗물 100mL로 채워진 300mL 세라믹 보울에 넣어 반응을 식히고 반응 유출을 포착합니다. - 레이저 회절 입도 분석기로 각 시료의 입자 크기를 결정하고 Wentworth 척도26,27에 따라 입자 크기 범위를 분류합니다.
- 데이터를 평가하고 더 미세한 간격(2-5cm)을 사용하여 반복적으로 재샘플링하여 장치 접점 또는 소아 발생의 흔적을 더 잘 특성화합니다( 그림 4 참조).
- 퇴적물 및 층서 섹션을 해석하십시오.
- 퇴적학, 층서학, 소아과, 입도 측정 및 탄산염 백분율의 결과 로그를 사용하여 코어에서 관찰되는 퇴적 단위 및 peddosedimentary facies를 정의합니다.
- 각 코어에 대한 각각의 퇴적 단면을 작성합니다(그림 4).
- 물리적 코어 설명 및 입도계, 탄산염 함량, 미세 형태학 및 외관 분석에 대한 통합 평가를 기반으로 퇴적물 및 환경 정보를 해석합니다. 연구 그룹의 다른 사람들과 퇴적 환경의 해석에 대해 토론하십시오.
- 증착 이벤트7을 해독하기 위해 OSL 연대 측정을 위해 샘플링할 코어의 특정 깊이 수준을 결정합니다.
2. OSL 샘플 수집(그림 5)
참고: 코어 섹션은 발광 실험실로 옮겨져 안전한 조명 조건에서 OSL 연대 측정을 위한 샘플을 채취합니다.
- 침전물 응집력을 보장하기 위해 스퀴즈 병을 사용하여 DIW로 코어 표면을 적십니다.
- 코어 면의 중심점에서 직경 2cm의 원을 주걱으로 채점하여 샘플링 영역을 정의합니다.
- 다용도 칼로 빛에 노출 된 침전물의 상단 1cm를 긁어냅니다. 이 침전물을 라벨링된 세라믹 증발 접시에 넣고 40°C의 박스 오븐에서 적어도 8시간 동안 건조시킨다. 선량률 계산을 위해 U, Th, K 및 Rb 함량에 대해 이 건조된 침전물 샘플을 분쇄하고 균질화합니다.
참고: 예를 들어, 샘플에 연속적인 실험실 번호(예: BG4966)를 할당하여 원래 샘플의 파생물이 있는 각 용기에 라벨을 부착합니다(예: BG4966<200μm). 이 BG 번호를 샘플 필드 또는 제출 번호와 공동 등록된 전자 실험실 로그에 연결합니다. 코어 번호, 수집된 연도, 드라이브 지정(예: B 드라이브) 및 깊이와 같은 기타 정보를 포함합니다. 실험실에서 하위 샘플에 라벨을 붙이는 것은 중요한 작업이며 샘플 보관 체인을 유지하기 위해 정확하게 수행되어야 합니다. - 차광된 침전물(10-30 g)을 원형으로부터 주걱으로 조심스럽게 추출하고, 코어의 중앙 영역을 채점하였다. 추출물을 라벨이 붙은 250mL 폴리에틸렌 비커에 넣습니다. 이 샘플을 물리적 및 화학적으로 세척하여 발광 연대 측정을 위해 석영 분획을 분리합니다.
알림: 코어 샘플링을 한 방향(일반적으로 위에서 아래로)으로 수행하고 한 번에 하나씩 수행하여 샘플링 오류 및 오염을 방지합니다. 관리 체인을 유지하기 위해 샘플을 개별적으로 번호 순서로 처리합니다. - 코어의 나머지 샘플 캐비티를 알루미늄 호일 볼로 채워 샘플 위치를 지정하고 분할 코어의 측벽 붕괴를 방지합니다. 스프레이 병을 사용하여 DIW로 코어면을 적시고 플라스틱으로 싸서 보관을 위해 코어를 밀봉합니다.
3. 단광물 석영 추출(그림 6)
알림: 실험실에서 절차를 시작하기 전에 모든 직원은 무겁고 불침투성 실험실 코트, 니트릴 일회용 장갑 및 고글, 방진 마스크가 포함된 개인 보호 장비(PPE)를 착용해야 합니다. 이 PPE는 무거운 PVC 장갑과 몸통 앞치마, 아크릴 안면 보호대 및 소화를 위해 최대 강도의 용매를 사용할 때 재사용 가능한 실리콘 방수 신발 커버로 보완됩니다.
- 유기물 제거: 250mL 폴리에틸렌 비커에 침전물 30-60g에 25%H2O230mL를 천천히 첨가하여 유기물을 제거합니다. 반응을 촉진하기 위해 유리 막대로 잘 저어줍니다. CO2의 방출과 함께 가시적인 발포가 없을 때까지H2O2를 첨가하고; 흄 후드 내부에 최소 12시간 동안 그대로 두십시오.
주의: 흄 후드 아래에서 이 절차를 수행하십시오. H2O2는 빠른 산화를 촉진하고 부식성이며 눈, 피부 및 호흡기에 매우 해로울 수 있습니다. 시약 등급 H 2 O2를 취급 할 때는 실험실 코트, 내 화학성 장갑, 안전 고글 및 실드가 필요합니다. 유기물을 포함하는 침전물에H2O2를 첨가하는 것은 발열 반응이다. 온도의 급격한 증가는 샘플에 전파되는 유기물의 풍부함에 비례합니다. 반응 온도를 <40°C로 유지하기 위해 DIW의 첨가가 필요할 수 있다.H2O2를 계속 첨가하고 반응 온도를 동시에 모니터링한다. 혼합물을 왁스 밀봉 제로 덮인 12 시간 동안 흄 후드 아래에 두십시오. 비커를 차가운 수돗물 100mL로 채워진 300mL 세라믹 보울에 넣어 반응을 식히고 반응 유출을 포착합니다.
참고 : 유기물 함량이 > % 인 경우 샘플은 유기 탄소와 완전히 반응하기 위해 H 2 O2에 1-3 일 동안 담가야 할 수 있습니다. 발열 열을 모니터링하고 DIW를 추가하여 40°C 미만으로 유지합니다. 샘플을 40 ° C 이상으로 가열하지 마십시오. 온도가 높을수록 발광 신호가 부분적으로 재설정되고 감도 변화가 선량 측정에 해로울 수 있습니다. - 100mL의 DIW로 샘플을 5회 세척하여 침전물에 존재하는 나머지H2O2및 할로겐화물을 제거합니다. 30-60 분 동안 정착 한 후 물이 흐르는 상태에서 상청액을 싱크대에 디캔트합니다. 디캔팅하는 동안 비커 바닥의 침전물을 보존하도록 주의하십시오.
- 250mL 비커에 침전물 5g 당 15 % HCl 30mL를 천천히 첨가하여 샘플에 전파 된 Ca/MgCO3 와 반응시킵니다. 처음에는 발포성을 평가하기 위해 ≤ 1mL를 추가하고 더 나은 반응을 제어하기 위해 추가 HCl 첨가를 조절합니다. 반응의 완료를 촉진하기 위해 유리 막대로 잘 저어줍니다. 필요한 경우 CO2 방출과 함께 가시적 인 발포가 없을 때까지 HCl을 더 첨가하십시오.
주의 : 흄 후드 내부에 HCl을 사용하고 새시가 1/4 이상 열리지 않도록하십시오. 실험실 코트, 내 화학성 장갑, 안전 고글 및 실드는이 산과 다른 산을 취급 할 때 필요합니다. HCl과 Ca/MgCO3 의 반응은 발열성이다. 반응 온도를 <40°C로 유지하기 위해 DIW의 첨가가 필요할 수 있다. HCl을 계속 첨가하고 동시에 반응 온도를 모니터링합니다. 혼합물을 왁스 종이로 덮인 흄 후드 안에 8시간 동안 그대로 두십시오. 비커를 차가운 수돗물 100mL로 채워진 300mL 세라믹 보울에 넣어 반응을 식히고 반응 유출을 포착합니다.- 100mL의 DIW로 샘플을 5회 세척하고 조심스럽게 디캔트하여 물이 흐르는 싱크대에 과량(희석된) HCl을 제거합니다.
- 침전물을 40°C의 박스 오븐에서 밤새 건조시킨다.
- 자성, 상자성 및 반자성 광물을 제거합니다.
참고 : 대부분의 퇴적물에는 <10 %의 자성 광물이 포함되어 있습니다. 네오디뮴 자석을 사용하여 건조 상태 또는 분산제 Na- 피로 인산염 (Na4P 2 O7·10H2O) 용액 (0.3 %)을 사용하여 습윤 상태에서 침전물의 자성 광물 제거를 수행하십시오. 자성 및 관련 광물의 제거는 이러한 구성 요소가 석영의 HF 에칭 및 다른 규산염 광물의 용해와 경쟁하기 때문에 필요합니다.- 자성 광물의 건조 침전물 제거를 위해 ~2.5cm 길이의 네오디뮴 자석을 38μm 나일론 메쉬 슬리브로 감쌉니다.
- 감싼 자석을 비커의 외벽에 놓고 원을 그리며 움직여 자성 광물을 끌어 당깁니다.
- 자석을 비커 상단으로 천천히 이동하여 미네랄을 추출하여 20mL 세라믹 접시에 넣습니다. 자석을 제거하고 나일론 슬리브에 부착 된 자성 광물을 분리하십시오.
- 자성 입자가 완전히 제거 될 때까지 3.4.1-3.4.3 단계를 반복하십시오. 보통 5-6 회 반복.
- 수성 용액에서 자성 입자를 제거하려면 침전물을 ~100mL의 0.3% Na-피로인산 용액이 포함된 250mL 유리 비커에 넣고 침전물이 잘 분해될 때까지 완전히 저어줍니다.
- 자기 교반기가 내장 된 핫 플레이트에 비커를 놓습니다. 주변 실험실 온도에서 교반 속도를 800RPM으로 설정합니다. 자석 막대를 담그고 침전물을 5 분 동안 저어줍니다.
- 자석을 용액으로 되돌리기 전에 막대를 제거하여 천이나 다른 자석으로 문질러 끌어 당기는 자성 입자를 청소하십시오. 자성 광물이 회수되지 않을 때까지 반복하십시오. 최대 5회까지 반복해야 할 수 있습니다.
알림: 자성 광물 제거 상태를 평가하기 위해 샘플의 양안 현미경 검사를 권장합니다. 건식 및 습식 자성 미네랄 제거는 일반적으로 >95 % 효과적입니다.
- 특정 입자 크기 분수를 분리하십시오.
알림: 분리할 석영 입자의 입자 크기 범위는 각 샘플에 대해 이전에 결정된 입자 크기 분포를 기반으로 합니다(1.1.5단계 참조). 석영 입자를 분리하는 일반적인 입자 크기 범위는 중간 모래의 경우 500-450 μm, 450-355 μm 및 355-250 μm, 고운 모래의 경우 250-150 μm 및 150-100 μm, 매우 미세한 모래의 경우 100-63 μm입니다.- 일회용 메쉬로 습식 체질을 사용하여 입자 크기 분리를 위해 두 가지 크기(예: 150μm 및 250μm)의 나일론 메쉬 롤에서 15cm x 15cm 정사각형을 자릅니다.
- 절단된 메쉬를 내경 10cm의 원형 플라스틱 가이드로 프레임합니다. 예를 들어, 150-250 μm의 미세한 모래 분획을 대상으로 하려면 먼저 250μm, 두 번째로 150μm의 두 개의 프레임 메시를 순차적으로 사용합니다.
- 실험실 샘플 번호 (BGXXXX)와 체질 한계가있는 3 개의 비커에 라벨을 붙입니다. >150 >250 μm 및 250-150 μm (삽입 그림 6A).
- 원형 체질 가이드를 프레임 메쉬로 단단히 고정합니다(예: 먼저 1L 비커 림(직경 10.5cm) 위에 250μm(거친 입자 크기)를 사용합니다.
- 샘플을 표적 입자 크기 범위, 예를 들어 250-150 μm로 체질한다. 상단에 1μm 메쉬 가이드가 있는 250L 비커를 설치합니다. 체질 할 준비가되었습니다.
- 100 단계에서 얻은 비자 성 침전물이 포함 된 250mL 비커에 3.4.7 % Na- 피로 인산염 용액 ~ 3.4.7mL를 추가하고 입자 분산을 용이하게하기 위해 유리로 완전히 저어줍니다.
- 분산 된 침전물 혼합물을 수동으로 계속 소용돌이 치고 250 μm 메쉬를 통해 천천히 붓습니다. <250 μm 크기의 입자 침전물은 메쉬를 통과하여 아래 비커로 들어가 추가 크기 분리의 대상이됩니다. 향후 분석을 위해 메쉬 (>250 μm)에 남아있는 침전물을 보관하십시오.
- 새 건식 1-L 비커 위에 150μm 메쉬를 설치합니다. 단계 3.5.7의 분산된 침전물 혼합물을 취하여 손에 계속 소용돌이치고 150μm 메쉬를 통해 천천히 붓습니다. 150 μm 크기의 입자< 침전물은 메쉬를 통과하여 아래 비커로 들어갑니다. 향후 분석을 위해 퇴적물을 보관하십시오. 150 메쉬에 남아있는 퇴적물은 OSL 연대 측정을위한 목표 크기 분율 인 150-250 μm입니다.
- 침전물을 상자 오븐에서 40°C에서 밤새 건조시킨다.
- 250-150 μm 크기의 석영 입자를 별도로 분리합니다 (삽입 그림 6B).
알림: 이 절차에는 무독성 중액 폴리텅스텐산나트륨(SPT-Na6 (H2W12O40) _H2O) 밀도 2.6 g / cc 및 2.7 g / cc에서. 분말을 DIW와 혼합하여 이 무거운 액체를 구성합니다. 밀도가 2.6g/cc인 중액 100mL를 준비하려면 DIW 54.5mL에 SPT 205.5g을 추가합니다. 반면 밀도가 2.7g/cc인 더 무거운 액체 100mL를 준비하려면 DIW 52.7mL에 SPT 217.5g을 추가합니다. 사전 보정된 밀도 비드와 비중계로 무거운 액체의 밀도를 평가합니다.
주의 : 수돗물에는 반응하여 SPT 분말의 구성을 변화시키는 용해 된 이온이 포함되어 있으므로 DIW 만 사용하여 무거운 액체를 준비하십시오. 원하는 밀도의 균일 한 용액을 생성하려면 SPT 분말을 카운터가 아닌 물에 첨가하십시오.- 샘플 번호로 두 개의 100mL 비커에 "<2.6"을 추가하고 다른 비커에 ">2.6"을 추가합니다. DIW로 샘플에서 세척된 무거운 액체를 수집할 수 있도록 1L 비커를 준비하십시오.
- 80-70mL의 2.6g/cm3 중액을 3.5.8단계에서 얻은 침전물의 건조 분획과 완전히 혼합합니다. 혼합물을 잘 표시된 100mL 대학원 실린더에 붓습니다. 증발을 피하기 위해 왁스 밀봉 제로 상단을 덮으십시오. 실린더를 흄 후드 안에 넣어 방해받지 않고 빛으로부터 보호하십시오. 샘플이 현저하게 다른 두 구역에서 분리될 때까지 최소 1시간 동안 기다리십시오. 더 높은 부유, 더 가벼운 광물은 종종 K- 장석 및 Na가 풍부한 plagioclases가 풍부하고, 더 무거운 곡물은 석영 및 기타 무거운 광물이 풍부합니다.
알림: 더 작은 입자 크기(<100μm)를 위해 2.6g/cc 무거운 액체를 사용하는 분리 시간은 >4시간이 소요될 수 있습니다. - 플라스틱 깔때기를 놓고 일회용 종이 필터를 250mL 비커 위에 놓습니다. 꼭 맞는 용액을 여과하십시오.
- 2.6g/cm3 중액의 부유 침전물을 필터를 통해 천천히 조심스럽게 디캔트하고 부유 입자가 필터에 포획됩니다. 침전 된 곡물의 아래쪽 영역을 조심스럽게 보존하십시오. 액체가 필터를 통과하도록하십시오. 필요에 따라 DIW로 세척하십시오.
- 세척된 빛 침전물을 "샘플 번호 <2.6"이라고 표시된 비커로 옮기고 종이 필터를 비커에 넣고 DIW로 조심스럽게 세척합니다. 모든 곡물을 씻어 낸 후 필터를 폐기하십시오.
- 무거운 액체의 흔적을 제거하기 위해 DIW로 샘플을 5 번 씻으십시오.
- 침전물을 <40 ° C에서 밤새 오븐에서 건조시킵니다. 향후 분석을 위해 이 장석이 풍부한 부분을 저장하십시오.
- 플라스틱 깔때기에 새 여과지를 놓고 1L 유리 비커에 단단히 놓습니다. 눈금이 매겨진 실린더의 하부 침전 미네랄 입자를 2.6g/cm3 용액으로 디캔트합니다. 그런 다음 분출 병을 사용하여 DIW로 실린더를 씻어냅니다.
- 세척 된 "무거운"침전물을 "샘플 번호 >2.6"이라고 표시된 비커로 옮깁니다. 종이 필터를 비커에 넣고 DIW로 조심스럽게 씻습니다. 모든 곡물을 씻어 낸 후 필터를 폐기하십시오.
- DIW로 싱크대에서 샘플을 세 번 씻으십시오.
- 2.7g/cc 무거운 액체를 사용하여 추가 밀도 분리를 위해 <40°C에서 오븐에서 밤새 침전물을 건조시킵니다.
- 2.7g/cc 무거운 액체로 석영 분리를 계속하십시오. "샘플 번호 >2.6"이라고 표시된 비커에서 분리된 건조한 "무거운" 분리물을 70-80mL의 2.7g/cc 무거운 액체와 결합합니다.
- 부유 침전물(석영이 풍부함)을 1L 비커 위의 깔때기 필터 쌍에 천천히 조심스럽게 기울입니다. 필터에 떠 있는 샘플을 DIW로 철저히 세척하고 아래 비커에서 세척물을 수집합니다.
- 필터에서 세척 된 침전물을 "HF 용 샘플 번호 +"라고 표시된 250mL 폴리 프로필렌 비커로 옮깁니다. 종이 필터를 비커에 넣고 DIW로 조심스럽게 씻으십시오. 모든 곡물을 씻어 낸 후 필터를 폐기하십시오.
- 플라스틱 깔때기에 새 종이 필터를 놓고 둘 다 새 1L 유리 비커에 놓습니다. 2.7g/cc 밀도 분리가 발생한 실린더에 DIW를 추가하고 디캔팅하고 분리된 입자가 필터로 완전히 전달될 때까지 DIW로 세척합니다. 3.6.10-3.6.12단계를 반복하고 이 가장 무거운 부분을 보관합니다.
- 불산에 담가 석영 입자를 에칭
참고: 이 절차에는 두 가지 주요 목표가 있습니다: 1) 석영 이외의 나머지 미네랄을 용해하는 것; 2) 외부 10-20 μm의 석영 입자를 에칭하기 위해, 알파 방사선에 의해 영향을 받는다28.
주의 : 농축 불화 수소산 (HF)은 독성이 강하고 위험한 액체입니다. HF를 사용하려면 높은 피부 및 폐 독성 때문에 특별한 훈련과주의가 필요합니다. 실험실 직원은 HF 물질 안전 보건 자료를 잘 알고 있어야합니다. HF는 항상 안약 및 안전 샤워 스테이션 근처의 작동 실험실 흄 후드 내부에서 다루십시오. HF만 사용하지 마십시오. HF를 취급하기 전에 만료되지 않은 2.5 % 글루 콘산 칼슘 겔 해독제가 준비되어 있는지 확인하십시오. HF를 취급하기 전에 긴 바지와 소매, 닫힌 발가락 신발, 두꺼운 실험실 코트, 내산성 앞치마, 두꺼운 니트릴 장갑 (10-20 mil), 손, 손목 및 팔뚝을 덮는 PVC 또는 네오프렌 장갑, 방진 마스크, 고글, 아크릴 안면 보호대 및 실리콘 방수 신발 커버.- 80분 동안 타이머를 준비하고 250mL 비커를 덮도록 왁스 종이 밀봉제를 자릅니다.
- 싱크대에서 DIW와 일반 수도꼭지를 모두 켜고 안전 예방 조치로 DIW 한 병을 준비하십시오.
- HF 산을 사용하기 위해 적절한 PPE를 착용하십시오.
- 단계 3.6.14에서 얻은 샘플과 함께 250mL 헤비 듀티 폴리 프로필렌 비커를 흄 후드 내부에 놓습니다. 안전하고 편안하게 작업할 수 있도록 새시를 거의 닫힘으로 내립니다. 석영 2g마다 펌프 증분(20mL)으로 HF를 비커에 추가하고 왁스 종이 실란트로 비커를 덮습니다.
알림: 안전성을 높이려면 설정된 양의 산(예: 20mL/펌프)을 전달하는 HF 병 디스펜서를 사용하여 산 전달의 양과 방향을 제어하십시오. 고밀도 플라스틱 용기는 HF와 함께 사용되는데, 그 이유는 이 산이 유리와 반응하여 유리를 에칭하기 때문입니다. - 80분 타이머를 시작하고 HF-PPE를 제거합니다. 시간이 완료되기 5분 전에 샘플을 청소하기 위해 PPE를 다시 착용하는 것을 명심하십시오.
- 후드 아래에서 샘플을 5 번 씻으십시오. 비커에 DIW를 채워 산을 희석하고 HF 폐기물에 사용되는 위성 용기에 디캔트합니다.
- 흄 후드에서 샘플을 제거하고 싱크대에서 DIW로 샘플을 세 번 더 세척하고 DIW와 일반 수도꼭지를 모두 열어 남아 있는 HF를 더 희석합니다.
- 디캔트하고 샘플을 250mL 유리 비커로 옮기고 0.3% Na-피로인산염(Na4P2O7·10H2O) 용액 ~150mL를 침전물에 추가하고 비커를 초음파 처리기 욕조에 20분 동안 넣어 입자와 입자를 완전히 분해합니다.
- 싱크에서 DIW로 샘플을 5회 더 세척하여 Na-피로인산을 제거합니다. 비커를 따라 내고 HCl에 대한 "샘플 이름"이라고 라벨을 붙입니다.
- HF 소화 후 남아있는 미네랄 입자 (단계 3.7.9)를 농축 HCl에 담그십시오.
주의 : 농축 HCl (~ 36 %)은 접촉 시 화학적 화상을 일으키고 튀면 눈이 손상되고 섭취하면 입, 목, 식도 및 위장에 부상을 입힐 수 있는 독성 및 부식성 유체로 간주됩니다. 작업자는 HCl 물질 안전 보건 자료를 숙지해야합니다. 농축 HCl은 항상 작동 가능한 흄 후드 내부, 눈 세척 및 안전 샤워 스테이션 근처에서 다루십시오. HCl만 사용하지 마십시오. HCl로 침전물의 소화를 시작하기 전에 3.7 단계에 나열된 PPE를 착용하십시오.
알림: 농축 HF와 마찬가지로 병 디스펜서를 사용하여 배출량과 방향을 제어하는 것이 더 안전합니다. HCl로 작업 할 때는 유리 용기를 사용하십시오. PPE를 제거하기 전에 비누와 물로 장갑을 씻고 PPE를 제거한 후 손과 팔뚝을 씻으십시오.- 왁스 실란트를 준비하여 비커를 산에 담근 샘플로 덮습니다.
- 싱크대에서 DIW와 일반 수도꼭지를 모두 켜고 안전 예방 조치로 DIW 한 병을 준비하십시오.
- 산성 PPE를 착용하십시오.
- 250mL 유리 비커를 3.7.9단계에서 얻은 샘플과 함께 흄 후드 내부에 놓습니다. 안전하고 편안하게 작업할 수 있도록 새시를 거의 닫을 때까지 내립니다. 석영 5g마다 펌프 증분(20mL)으로 HCl을 샘플에 추가한 다음 왁스 실란트 종이로 비커를 덮습니다.
- 산성 PPE를 제거하십시오.
- HCl 분해를 위해 샘플을 흄 후드에 8시간 동안 그대로 두십시오.
- HCl을 청소하기 전에 산성 PPE를 착용하십시오.
- 후드 아래에서 샘플을 5 번 씻으십시오. HCl 폐기물을 수집하기 위해 위성 용기에 상청액을 디캔트합니다.
- 싱크대에서 DIW로 샘플을 세 번 더 세척하고 추가 희석을 위해 DIW와 일반 수도꼭지를 모두 열어 둡니다. 필요한 PPE를 계속 착용하십시오.
- 가장 작은 이전 메쉬(예: 150μm)를 통해 침전물을 다시 체질하여 부서지고 부서진 입자를 제거합니다.
- 비커에 "OSL의 샘플 이름"이라는 라벨을 붙이고 침전물을 <40 ° C에서 최소 8 시간 동안 오븐에서 건조하여이 완제품의 석영 분리 순도를 평가합니다.
- 석영 분리 순도 정량화
- 해부 바늘을 사용하여 유리 슬라이드에 200-400개의 미네랄 입자를 놓고 10x 또는 20x 쌍안 및/또는 암석경 현미경으로 검사하여 곡물 미네랄을 식별합니다. 포인트 카운팅으로 석영 입자의 백분율을 정량화하고 100개의 개별 곡물의 광물학을 기록합니다. 하위 샘플이 >1%의 비석영 광물을 나타내고 광자 출력이 높은 원치 않는 광물(예: K-장석)이거나 식별되지 않은 상태로 남아 있는 경우 라만 분광법을 위해 샘플을 큐에 넣습니다.
- 라만 분광법 및 관련 이미지를 사용하여 곡물 광물학을 확인하고 현미경 검사에서 인식할 수 없는 광물을 식별합니다. 너비가 5μm이고 100그레인 포인트 카운트의 파란색 빔을 사용하여 석영의 순도를 평가하고 알려지지 않은 곡물 광물을 식별합니다.
- 적외선 자극에 의한 석영 순도 스펙트럼 평가
- 원형 알루미늄 디스크(직경 1cm)에 곡물을 흔들어 IR 자극을 위한 석영 분리액의 초소형 분취량 5개를 준비합니다. 각 부분 표본에는 일반적으로 디스크에 부착 된 (실리콘 포함) 1mm 이하의 원형 직경에 해당하는 약 20-100 개의 석영 입자가 포함되어 있습니다.
- 자동화된 TL/OSL 리더 시스템에서 전달되는 IR LED(845nm ± 4nm)에 의한 자극을 위해 샘플 캐러셀에 디스크를 로드하고 석영에 우선하는 청색광 여기(470nm ± 20nm)와 비교합니다.
- IRSL과 석영 입자 분취량의 청색광 방출 비율이 <5%인지 확인합니다. 이 경우 샘플은 추가 분석을 위해 준비된 것입니다. 그렇지 않으면 샘플을 HF로 추가로 세척해야합니다 (3.7 단계).
Representative Results
요약된 실험실 절차는 실험실에서 우발적인 빛 재설정 없이 OSL 연대 측정에 필요한 순수 석영 입자(700 - 50 μm 크기)의 분리를 향상시키는 데 중점을 둡니다(그림 1). 광물학적으로나 광학적으로 분리된 순수한 석영은 SAR 및 TT-OSL 연대 측정 절차를 적용하기 위한 전제 조건입니다(그림 2). 이 절차는 연속 퇴적물 코어를 효과적으로 이해하고 샘플링하고, 소아 발생 및 diagenesis 영역을 피하고, 코어에서 빛에 노출되지 않은 퇴적물을 검색하는 데 필요한 단계를 설명합니다 (그림 3 및 그림 4). OSL 연대 측정 프로토콜을 위해 석영 입자를 분리하여 과거 약 500 ka의 퇴적물 퇴적 시기를 제한합니다(그림 5). 준비되지 않은 샘플과 준비된 분리물의 곡물 광물학은 오염 광물학을 식별하고 원치 않는 광물 제거 과정을 적극적으로 평가하기 위해 준비 과정을 통해 지속적으로 평가됩니다(그림 6 및 그림 7). 석영 광물학적 순도는 양안 현미경 검사(10-400x)와 라만 분광법을 통해 하위 집합 입자(100-200)에 대해 결정됩니다. 이 기술과 사전 요구 사항 지식의 사용은 OSL 연대 측정에 필요한 석영 분리의 순도(>99%)를 평가하고 확인하는 데 매우 중요합니다(그림 8).
석영 분리 공정은 H 2 O2로 유기물을 제거한 다음 HCl에 담가 Ca/MgCO3를 제거하는 것으로 시작됩니다. 이어서, 용량 비율 값 (mGy / y)을 계산하는 데 필요한 일회용 나일론 메쉬 (예 : 150 및 250 μm)로 체질하여 크기 분율을 지정합니다 (그림 6A 삽입). 분리된 석영의 순도는 석영의 경계 밀도인 2.6 및 2.7g/cc에서 두 개의 밀도 분리에 의해 향상됩니다(그림 6B 삽입). 이후 HF에 80 분 동안 크기 입자를 담그면 비 석영 미네랄이 제거됩니다. 이 처리는 또한 외부 10-20 μm의 곡물을 에칭하여 알파 선량 환부를 제거하여 선량률 계산을 단순화합니다 (그림 6). 분리된 석영의 순도는 가정되지 않지만 입자 분리가 끝날 때 쌍안 현미경 검사와 라만 기반 측정을 통해 평가됩니다. 밀도 분리 및/또는 HF 처리를 반복하여 대표적인 분취량이 >1%의 비석영 입자, 특히 장석 광물을 포함하는 경우 별도의 오염 입자를 제거할 수 있습니다(그림 7). 석영 정제 절차를 <15%의 석영 함량으로 최대 4회 반복하여 순수 석영의 특징인 >20의 빠른 비율로 광택 곡선을 렌더링했습니다(그림 8).
그림 1: OSL 연대 측정을 사용하는 프로세스. (A) 미네랄 입자는 전리 방사선 노출로 OSL을 획득합니다. (B) 곡물 OSL은 침식 / 수송으로 햇빛에 의해 재설정됩니다. (C) 매장과 함께 이온화에 대한 노출; 발광 획득. (D) 빛 노출은 침식 / 수송으로 OSL을 재설정합니다. (E) 곡물을 다시 묻고 OSL을 전리 방사선에 노출시켜 획득합니다. (F) 빛에 노출되지 않은 샘플링을 보여줍니다. 그 결과 측정된 자연 OSL 다음에는 등가 선량(De)을 산출하기 위해 재생 선량 곡선과 동일한 정규화 시험 선량(Ln/Tn)이 뒤따른다. 이 수치는 Forman, SL et al.7에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 석영 입자에 대한 광학 자극 발광 - 단일 분취량 재생(OSL-SAR) 프로토콜. (A) SAR 프로토콜을 사용한 동등한 용량; 천연 OSL은 Ln/Tn이고 재생 용량은 Lx/Tx입니다. 감도 변화는 시험 선량(예를 들어, 5 Gy)을 제공함으로써 교정된다. (B) 일반화 된 SAR 프로토콜. 이 수치는 Forman, SL et al.7에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 회수된 퇴적물 코어를 열고, 설명하고, 해석하는 데 필요한 단계를 설명하는 흐름도. 이 그림은 타악기 코어를 사용하여 퇴적물 코어를 검색 한 다음 OSL 연대 측정을위한 최적의 샘플을 얻기 위해 코어의 개방, 청소, 설명 및 연구를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 코어 퇴적물 및 층서 섹션의 일반적인 로그의 예. 단위 및 peddosedimentary facies는 퇴적학, 층서학, pedology, 입도 측정 및 탄산염 백분율을 사용하여 정의됩니다. 층서 기둥에서 위에서 아래로 발견되는 토양 지평선은 A : 표면 유기물이 풍부한 지평선, B : 구조와 색이 약한 심토 (Bw), 점토 축적이있는 B 지평선 Btb, 2 차 탄산 칼슘 및 점토 축적이있는 Btkb, 2 차 탄산 칼슘이 축적 된 Bkb입니다. 퇴적 단위의 지배적 인 입자 크기는 중간 모래 (MS), 고운 모래 (FS), 매우 미세한 모래 (VFS) 및 실트 (Si)와 함께 낮은 수평에 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 침전물 코어에서 OSL 샘플을 수집하는 데 필요한 단계에 대한 흐름도. 이 그림은 OSL 연대 측정을 위해 별도의 석영을 준비하기 위해 따라야 할 주요 단계가 포함 된 흐름도를 제공합니다. 프로토콜은 빛에 안전한 OLS 실험실에서 코어의 차광 영역에서 폴리미네랄 침전물을 추출하는 것으로 시작됩니다. 그들은 과산화물로 유기물을 제거하고, HCl로 탄산염을, 손 자석을 사용하여 자성 광물을 제거하는 석영의 단일 광물 학적 분획을 계속 추출합니다. 모래 크기의 퇴적물의 특정 부분의 분리는 체질에 의해 이루어진다; 석영보다 밀도가 낮고 무거운 광물의 분리는 밀도 액체 (ρ = 2.6g / cc 및 2.7g / cc)를 사용하여 수행됩니다. 세척의 마지막 단계는 분획의 다른 광물로부터 석영을 분리하기 위해 침전물을 HF 및 HCl 최대 강도에 담그는 것이 필요합니다. 분리물의 순도는 쌍안 검사, RAMAN 분광법 및 IRSL(적외선) 방출의 추가 검증에 의해 평가됩니다. 목표는 순도 ≥99 %의 샘플을 얻는 것입니다. 이렇게 하지 않으면 일부 단계를 반복해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 코어에서 퇴적물 샘플과 분리된 깨끗한 석영을 얻는 데 필요한 모든 단계를 보여주는 순서도. 이 깨끗한 석영 분획은 연령 평가를위한 OSL-SAR 분석에 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 두 개의 다른 영역에서 수집된 두 샘플의 비교: White Sands(첫 번째 줄)와 몽골(두 번째 줄). A 열은 현장에서 수집 된 양안 현미경 아래의 원시 샘플을 보여줍니다. B 열은 양안 현미경 하에서 처리된 각 샘플에 대한 개별 분획을 보여줍니다. 컬럼 C는 상응하는 라만 분광법 결과를 나타낸다. White Sands의 샘플에는 황산염 (주로 석고), 할로겐화물 및 매우 적은 석영 (컬럼 A)이 포함되어 있습니다. 이에 따라 B 컬럼에서 처리된 샘플에 대한 별도의 분획(63-100μm)은 C 컬럼의 RAMAN 분광법에서 볼 수 있듯이 대부분 석영을 포함하고 여전히 석고의 일부 흔적이 있음을 보여줍니다. 이 샘플에 대한 OSL IR과 청색 반응 사이의 비율은 9%로, 2.6g/cc에서 밀도를 두 번째로 분리해야 하며, 이는 더 무거운 석영에서 더 가벼운 석고(2.36g/cc)를 제거할 수 있음을 확인합니다. 대조적으로, 몽골 샘플 (컬럼 A)은 처음에는 장석이 매우 풍부하며 주로 K- 장석입니다. 세척 절차를 거친 후 100-150 μm 분리 (컬럼 B 및 C)에서 분리 된 풍부한 석영을 보여 3.7 %의 만족스러운 IR / Bl 비율을 제공합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 8: 서로 다른 정도의 석영 분획 순도를 나타내는 세 샘플에서 자연에 대한 빠른 비율 비교. (A) Red River의 깨끗한 에올리안 샘플에서 이상적인 빠른 비율 분포, 빠른 비율= 72. 대조되는 수치(그림 8B,C)는 파란색 LED 자극이 20 미만인 덜 빠른 구성 요소를 가지고 있습니다. (B) 불완전한 석영 및 플라지오클라아제가 분리된 샘플. L2 및 L3 성분은 L1 성분의 상당 %이다(수학식 2 참조). (C) 장석 석영의 샤인 다운 곡선, 우성 매체 성분 (L2). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
석영 광물학적 순도는 OSL 연대 측정에 매우 중요합니다. 그러나 석영 스펙트럼 순도도 똑같이 중요하며 일반적으로 석영 입자의 신중한 농도로 향상됩니다. 이상적으로, 청색 LED 조명 (470 nm ± 20 nm) 자극 하에서 40 초 동안 석영 입자는 자극의 처음 ~ 0-2.5 초 이내에 발광의 ≥ 90 %를 방출해야하며, ~ 2.5 초에서 ~ 15 초 사이의 발광 < 10 % (중간 성분)와 최종 저방출 포스트 ~ 15 초 (느린 성분) (그림 8). 빠른 구성 요소에 의해 지배되는 발광 방출은 빠르게 태양 광 재설정 (초)되고 실험실에서 적용된 β 방사선에 높은 감도를 나타내어 동등한 선량 결정을 향상시키기 때문에 선호됩니다. 석영의 OSL 연대 측정에 대한 빠른 구성 요소의 우위를 평가하는 중요한 메트릭은 방정식 2 및 그림 8에 표시된 예와 함께 "빠른 비율"29,30의 계산입니다. 석영 샤인 다운 곡선에 대한 >20의 빠른 비율은 OSL 연대 측정29에 적합한 견고한 발광 방출로 간주됩니다(도 8A 참조). K-장석 및 플라지오클라제 또는 장석 내포물로 오염된 분리물은 종종 <10의 빠른 비율을 산출하며(그림 8B,C 참조) SAR 석영 연대 측정 프로토콜에는 적합하지 않습니다.
빠른 비율 
(수학식 2)
여기서 L1: ~0-2.5초 동안 빠른 부품 방출
L2 : 중간 성분 방출 ~ 2.5-15 초 L3 : 느린 성분 방출 ~ 15-40 초
분리 된 석영 입자의 스펙트럼 순도에 대한 중요한 테스트는 LED (845 nm ± 4 nm)의 적외선 여기에대한 분취량의 반응입니다. 대부분의 석영 입자는 수백 카운트의 배경 방출에서 또는 그 내에서 IR 자극으로 낮거나 무시할 수있는 발광 방출을 생성합니다. IR 고갈 비율이라고하는 IR 기반 방출을 평가하기위한 메트릭이 개발되었으며, 이는 IR LED로 자극 된 (5-10 Gy) 석영 입자에 대한 SAR 비율 (L x / Tx)로 계산 된 다음 청색 LED로 계산됩니다. 구체적으로, 청색 방출로 나눈 IR 발광의 비율은 <5%여야 하며, 이는 OSL 연대 측정에 적합한 스펙트럼적으로 순수한 석영 분율을 나타냅니다(그림 8A). 그러나 광물학적으로 순수한 석영 입자가 IR 자극으로 잘못된 발광 방출을 생성할 수 있는 경우가 있습니다. 이 IR 신호는 석영에 부착된 석판 조각 또는 장석 개재물을 반사할 수 있습니다. 그러한 경우에, 석영 입자는 장석 프로토콜31에 의해 연대가 기입되어야 한다. 변형된 이러한 프로토콜은 다른 행성 적용을 위한 k-장석, 플라지오클라제, 감람석 및 파이록센과 같은 OSL 연대 측정을 위한 다른 광물의 순도를 분리하고 확인하는 데 사용할 수 있습니다.
>99% 석영 분리를 분리하고 입자 수준에서 순도를 확인하는 기능은 정확한 발광 연대 측정을 위한 전제 조건입니다. 단일 곡물 및 초소형 분취량(10-50 그레인) 연대 측정은 모든 곡물의 발광 방출이 석영에서 발생했다는 추가 검증이 필요합니다. 차례로, 최대 백만 년까지 신뢰할 수 있는 OSL 연대를 산출할 수 있는 열 전달 접근법의 적용은 광물 입자6의 순수한 석영 신호에 근거합니다. 단일 광물학 석영 분리는 OSL-SAR 프로토콜을 적용하기 위한 기초이며, 이는 후기 사분면 1,2,32,33에 대한 에올리안 및 하천 시스템의 퇴적 이력을 해독하기 위한 일련의 연령을 제공합니다(그림1 및 그림 2). 잘못된 K- 장석 입자 또는 석영 또는 부착 된 석재 조각의 장석 개재물에 의한 석영 분취량의 오염은 혼합 된 선량 측정 신호를 생성하고 변칙적 인 퇴색되기 쉬운 종종 과소평가4를 산출합니다. 그러나 순수한 석영 분리는 석영 연대 측정에 대한 스펙트럼 순도와 적절한 방출을 절대적으로 보장하지 않습니다. 효과적인 OSL 연대 측정은 광물학적 및 스펙트럼적으로 분리된 순수한 석영을 검증하기 위해 석영 입자 및 OSL 관련 메트릭의 신중하고 완전한 분리를 필요로 합니다 2,33,34.
Disclosures
지구과학부 내의 Baylor University Geoluminescence Dating Research Laboratory는 실험실에서 수행되는 실험 또는 분석, 프로토콜, 연구 결과 또는 교육 활동의 설계에 영향을 미칠 수있는 이해 상충이나 재정적 이해 관계가 없습니다. 내부의 모든 기술과 소프트웨어를 포함한이 랩은 연구, 발견, 교육 및 멘토링을 수행하는 데만 사용됩니다.
Acknowledgments
Geoluminescence Dating Research Laboratory의 지원은 Baylor University와 National Science Foundation (GSS-166023), National Geographic(#9990-1) 및 Atlas Sand의 보조금으로 제공되었습니다. 이 실험실에서의 발견과 학습은 새로운 관점, 아이디어 및 접근 방식을 가져온 많은 공동 작업자, 학생 및 방문자에 의해 향상되었습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 10 mL pipette | VWR | 53044-139 | |
| 100 mL graduate cylinder | VWR | 24774-692 | |
| 100% China bristles brush | Subang | ||
| 2' Macro MC7 PVC Liner | Macro-Core | 46125 | |
| Analytical balance | Sartorius 1207 MP2 | 2107 | |
| Bransonic Ultrasonic cleaner | VWR | 97043-958 | |
| Calgonate Hydrofluoric Acid Burn Relief Gel, Calgonate | VWR CALGEL25 | 101320-858 | |
| Concentrated (48–51%) hydrofluoric acid (HF) | VWR | BDH3042 | |
| Core MC7 Soil Sampling System | Macro-Core | 216883 | |
| Deionized water (DIW) | Baylor University | DIW Faucet | |
| Geoprobe | Enviroprobe | 6620DT | |
| Hydrochloric acid 36.5–38.0% ACS, VWR Chemicals BDH | VWR | BDH3032-3.8LP | |
| Hydrogen peroxide (H2O2) 25% | VWR Chemicals BDH | BDH7814-3 | |
| Hydrogen peroxide 12% | VWR Chemicals BDH | BDH7814-3 | |
| Inductively coupled plasma mass spectrometry-ICP-MS | ALS Laboratories, Reno, NV | ME-MS81d | |
| Laser diffraction particle size analyzer Malvern Mastersizer 3000 | Malvern Panalytical | Mastersizer 3000 | |
| Lead hydrometer with range 2.00–3.00 g/cm3 | Thomas Scientific | 13K065 | |
| LOW PRESSURE SODIUM 35W CLEAR Sodium Vapor Lamp for Thomas Duplex Safelights | Interlighht | WW-5EGX-9 | |
| Magnetic rods and wands | Alnico V Magnet | Magnetic wands #21R584. Magnetic Stir Bar #21R590 | |
| Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 ml | INTLLAB | MS-500 | |
| Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 mL | INTLLAB | MS-500 | |
| Magnetic Stirrer Stainless Steel Magnetic Mixer with stir bar. Max Stirring Capacity 3000 mL | INTLLAB | MS-500 | |
| MC5 PVC Liner | Macro-Core | 600993 | |
| MC5 Soil Sampling System (LWCR) | Macro-Core | 204218 | |
| Neodymium magnets | MIKEDE | 24100000 | |
| Nylon mesh | Gilson Company, INC | 500 μ= NM-B #35 450 μ= NM-1 #40-10 350 μ= NM-B #45 250 μ= NM-B #60 150 μ= NM-2 #100-10 100 μ= NM-C #140 63 μ= NM-C #230 45 μ= NM-3 #325-10 38 μ= NM-D #400 | |
| Optifix Dispensers, MilliporeSigma HCl bottle dispenser | VWR | EM-10108048-1. Serial F93279E | |
| Optifix Dispensers, MilliporeSigma HF bottle dispenser | VWR | EM-10108048-1. Serial 005499 | |
| Plastic beaker | VWR | 89172 | |
| Powdered POLY-GEE Brand Sodium Polytungstate (SPT-Na6 (H2W12O40) _H2O) | Geoliquids, INC. | SPT001 | |
| Premier binocular microscope | VWR | SMZ-05/Stereo Zoom Microscope/EA | |
| Quartz Griffin Beakers, Chemglass | VWR | 89028 | |
| REDISHIP Protector Premier Hood | VWR | 89260-056 | |
| RISø TL/OSL DA-20 | Risø National Laboratory, Denmar | TL/OS-DA-2 | |
| Rockwell F80 Sonicrafter electric saw | Rockwell | RK5121K | |
| Spectroscopy analyzer: DXR Raman microscope | Thermoscientific DXR Raman microscope | IQLAADGABFFAHCMBDI | |
| Squirt bottle | VWR | 10111 | |
| Tetrasodium diphosphate decahydrate 99.0–103.0%, crystals, BAKER ANALYZED ACS, J.T. Baker (Na4P2O7 10H2O) > 95%, | VWR | JT3850-1 | |
| Thomas Duplex Super SafeLight Sodium Photographic Darkroom Light USA | Freestyle | Model: 42122 |
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