다성분계 현무암질 비정질 규산염의 원자 구조에 대한 고상핵자기 공명 분광분석연구 (Probing Atomic Structure of Quarternary Aluminosilicate Glasses using Solid-state NMR)

서지정보

· 발행기관 : 한국광물학회
· 수록지 정보 : 광물과 암석 / 22권 / 4호 / 343 ~ 352페이지
· 저자명 : 박선영, 이성근

초록

특정 원자 중심의 정보를 제공해주는 고분해능 고상핵자기 공명 분광분석(NMR)은 현무암질 마그마를 포함한 대부분의 자연계의 다성분계 규산염 용융체의 원자 구조 분석에 적합하다. 본 연구에서는 일차원과 이차원 고상 NMR을 이용하여 현무암질 마그마의 모델 시스템인 CMAS (CaO-MgO-Al2O3-SiO2) 비정질 규산염의 조성에 따른 원자 구조의 변화를 규명하였다. 27Al MAS NMR 실험 결과 모든 조성에 대해 [4]Al 피크가 지배적으로 나타나고 이는 Al3+이 네트워크 형성 이온으로 작용한다는 것을 지시한다. XMgO가 증가함에 따라 피크 위치가 음의 방향으로 4.7 ppm 이동하며 이는 조성에서 Si의 상대적인 양이 증가할수록 Q4(4Si)가 증가하는 것을 의미하고 이를 통해 Al 주변의 산소가 모두 연결 산소(BO, bridging oxygen)임이 확인되었다. 17O NMR 실험 결과 비정질 CaMgSi2O6에 있는 비연결 산소의 상대적 양이 CaAl2SiO6에 있는 비연결 산소보다 정성적으로 많은 것이 확인되었다. 모델 사성분계 비정질 알루미노규산염에 대한 17O 3QMAS NMR 실험결과 Al-O-Al, Al-O-Si, Si-O-Si의 연결 산소와 {Ca, Mg}-NBO의 원자 환경이 구별되며 이 실험 결과는 자연계에서 나타나는 다양한 조성의 다성분계 비정질에 대해서도 이차원 3QMAS NMR 실험을 이용하여 원자구조를 규명할 수 있는 가능성을 제시한다.

영어초록

High-resolution Solid-state NMR provides element specific and quantitative information and also resolves, otherwise overlapping atomic configurations in multi-component non-crystalline silicates. Here we report the preliminary results on the effect of composition on the structure of CMAS (CaO-MgOAl2O3-SiO2) silicate glasses, as a model system for basaltic magmas, using the high-resolution 1D and 2D solid-state NMR. The 27Al MAS NMR spectra for the CMAS silicate glasses show that four-coordinated Al is predominant, demonstrating that Al3+ is network forming cation. The peak position moves toward lower frequency about 4.7 ppm with increasing XMgO due to an increase in Q4(4Si) fraction with increasing Si content, indicating that Al are surrounded only by bridging oxygen. 17O MAS NMR spectra for CaAl2SiO6 and CaMgSi2O6 glasses qualitatively suggest that NBO fraction in the former is smaller than that in CaMgSi2O6 glasses. As 17O 3QMAS NMR spectrum of model quaternary aluminosilicate glass resolved distinct bridging and non-bridging oxygen environments, atomic structure for natural magmas can also be potentially probed using high-resolution 3QMAS NMR.

참고자료

· 없음