수소 동위 원소는 중성자 수에 따라 경수소, 중수소, 삼중수소로 분류될 수 있으며, 각 원소는 특정 분야에서 사용 되고 있다. 구체적으로, 중수소는 전자 산업, 원자력에너지 산업, 분석기술 산업, 의약품 산업, 그리고 통신 산업에서 관심을 받고 있다. 냉각 증류, 열 주기 흡수 공정, Girdler sulfide 공정, 그리고 수전해와 같은 기존의 방법들은 각각의 장단점을 가지 고 있지만, 공통적으로 막대한 에너지를 필요로 하는 공정에 기반한다는 문제점을 가지고 있다. 높은 에너지 효율을 보이는 기술을 기반으로 분리하는 공정의 개발이 요구되는 실정이다. 이런 맥락에서 막을 사용한 수소 동위 원소 분리 기술이 에너 지 소비를 줄이는 유망한 해결책 중 하나라 볼 수 있다. 이 총설에서는 분리막을 활용한 수소 동위원소 분리에 관한 선행 연 구와 그들의 작동 원리를 소개하고자 한다. 특히 최근 제시되고 있는, 그래핀 기반 전기적 펌핑을 통한 수소 동위원소 분리 기술에 대하여 다루고자 한다. 분리막을 활용한 수소 동위원소 분리에 대한 기술은 이제 개념이 제안되기 시작한 단계이며, 많은 부분에서 해결해야 할 난제가 있다. 그러나 이를 달성할 경우 경제적인 효과가 상당할 것으로 판단된다. 이를 위한 향후 연구 방향에 대해서 논하고자 한다.

In ecosystems within limited resources, interspecific competition is inevitable, often leading to the competitive exclusion of inferior species. This study aims to provide foundational information for the conservation and restoration management of Microphysogobio rapidus by evaluating species’ ecological response to biological factors within its habitat. To understand this relationship, we collected food web organisms from site where M. rapidus coexist with Microphysogobio yaluensis, a specie ecologically similar to M. rapidus, and evaluated the trophic levels (TL), isotopic niche space (INS), and the overlap of INS among fishes within the habitat using stable isotope analysis. Our analysis revealed that the M. rapidus exhibited a higher TL than M. yaluensis, with TL of 2.6 and 2.4, respectively. M. yaluensis exhibited a broad INS, significantly influencing the feeding characteristics of most fish. Conversely, M. rapidus showed a narrow INS and asymmetric feeding relationships with other species, in habitats with high competition levels. This feeding characteristics of M. rapidus indicate that the increase in competitors sharing the similar resources lead to a decrease in available resources and, consequently, is expected to result in a decrease in their density.

본 연구는 인도의 전통의학인 아유르베다와 중국의 중의학 사이의 유사점과 차이점을 통해 아유르베다의 다섯 원소아 ( 까샤, 바유, 떼자스, 아빠스, 쁘리띠위)와 중의학의 오행(수, 화, 목, 금, 토)의 개념을 중심으로 두 의학 체계의 기본 구조 와 생명력에 대한 이해를 돕고자 한다. 아유르베다에서는 세 가지 도샤와 일곱 가지 기본 조직(다뚜)을 통해 신체의 기능 과 질병을 설명하는 반면, 중의학은 다섯 원소와 장부의 상 호 작용을 중심으로 신체와 질병을 파악하였다. 두 체계 모 두 생명력 에너지와 신체의 다양한 조직 및 장기와의 관계를 중요시하며, 질병의 원인과 치료에 대한 접근 방식에서 유사 성이 있으며, 특히, 소화의 중요성과 감정 및 에너지 흐름과 의 관계를 중요시한다. 문화적 기후적 지리적 차이에서 오는 두 이론의 성립에 대한 차이로 인해 각기 다른 의학의 형태 를 가지고 있지만, 본질적인 면인 인간의 신체와 마음을 이 해하는데 유사한 방식을 사용함을 보여주며, 두 전통 의학 체계에 대한 깊은 이해와 추가 연구를 위한 기반을 제공한다.

Dissolved organic matter (DOM) is a key component in the biogeochemical cycling in freshwater ecosystem. However, it has been rarely explored, particularly complex river watershed dominated by natural and anthropogenic sources, such as various effluent facility and livestock. The current research developed a new analytical method for TOC/TN (Total Organic Carbon/Total Nitrogen) stable isotope ratio, and distinguish DOM source using stable isotope value (δ13C-DOC) and spectroscopic indices (fluorescence index [FI] and biological index [BIX]). The TOC/TN-IR/MS analytical system was optimized and precision and accuracy were secured using two international standards (IAEA-600 Caffein, IAEA-CH-6 Sucrose). As a result of controlling the instrumental conditions to enable TOC stable isotope analysis even in low-concentration environmental samples (<1 mgC L-1), the minimum detection limit was improved. The 12 potential DOM source were collected from watershed, which includes top-soils, groundwater, plant group (fallen leaves, riparian plants, suspended algae) and effluent group (pig and cow livestock, agricultural land, urban, industry facility, swine facility and wastewater treatment facilities). As a result of comparing characteristics between 12 sources using spectroscopic indices and δ13C-DOC values, it were divided into four groups according to their characteristics as a respective DOM sources. The current study established the TOC/TN stable isotope analyses system for the first time in Korea, and found that spectroscopic indices and δ13C-DOC are very useful tool to trace the origin of organic matter in the aquatic environments through library database.

Carbon is not only an essential element for life but also a key player in climate change. The radiocarbon (14C) analysis using accelerator mass spectrometry (AMS) is a powerful tool not only to understand the carbon cycle but also to track pollutants derived from fossil carbon, which have a distinct radiocarbon isotope ratio (Δ14C). Many studies have reported Δ14C of carbon compounds in streams, rivers, rain, snow, throughfall, fine particulate matter (PM2.5), and wastewater treatment plant effluents in South Korea, which are reviewed in this manuscript. In summary, (1) stream and river carbon in South Korea are largely derived from the chemical weathering of soils and rocks, and organic compounds in plants and soils, strongly influenced by precipitation, wastewater treatment effluents, agricultural land use, soil water, and groundwater. (2) Unprecedentedly high Δ14C of precipitation during winter has been reported, which can directly and indirectly influence stream and river carbon. Although we cannot exclude the possibility of local contamination sources of high Δ14C, the results suggest that stream dissolved organic carbon could be older than previously thought, warranting future studies. (3) The 14C analysis has also been applied to quantify the sources of forest throughfall and PM2.5, providing new insights. The 14C data on a variety of ecosystems will be valuable not only to track the pollutants derived from fossil carbon but also to improve our understanding of climate change and provide solutions.

Invasive predators are one of the most damaging species groups to biodiversity. In the Nakdong River, the lake skygazer Chanodichthys erythropterus is a dominant species that is fiercely carnivorous and a concern for commercial fish. Although it is important to understand the ecological characteristics related to the feeding habit, studies on the diets of lake skygazer in Nakdong River have been limited to studies of gut contents. In this study, the trophic position (TP) and feeding habits of C. erythropterus were studied by calculating TPs using samples collected from 13 sites throughout the Nakdong River. Compound-specific isotopic analysis of amino acids provided reliable TPs from the muscle of Lake skygazer C. erythropterus without any isotope baseline. The results were approximately 3 to 3.6 and suggesting a carnivorous but size-dependent prey variation. In particular, the TP variability of C. erythropterus observed in the Nakdong River showed that it had a selective feeding habit compared to carnivorous fish species of relatively similar trophic levels.

The semiconductor industry faces physical limitations due to its top-down manufacturing processes. High cost of EUV equipment, time loss during tens or hundreds of photolithography steps, overlay, etch process errors, and contamination issues owing to photolithography still exist and may become more serious with the miniaturization of semiconductor devices. Therefore, a bottom-up approach is required to overcome these issues. The key technology that enables bottom-up semiconductor manufacturing is area-selective atomic layer deposition (ASALD). Here, various ASALD processes for elemental metals, such as Co, Cu, Ir, Ni, Pt, and Ru, are reviewed. Surface treatments using chemical species, such as self-assembled monolayers and small-molecule inhibitors, to control the hydrophilicity of the surface have been introduced. Finally, we discuss the future applications of metal ASALD processes.

안정동위원소 분석 기법(Stable isotope analysis, SIA)은 환경과학, 생태학, 지구생물화학, 법의학, 고고학 등 다양한 연구 분야에 활용되고 있다. 본 총설에서는 수산 및 양식 연구에 안정동위원 소 비 분석 기법을 활용하기 위해 필요한 배경 지식을 소개하고자 한다. 특히, 자연 값(natural abundance)을 이용하는 연구에 초점을 두었고 원소가 생물의 조직으로 통합되는 과정에서 발 생하는 분별작용(동위원소 비의 변화)에 대한 원리와 안정동위원소 비가 유용한 도구로서 어 떤 목적으로 생태, 환경학 분야에 이용되는지, 나아가 수산 및 양식 분야에 활용 가능한 예들 을 제시하고자 한다. 본 논문을 통한 안정동위원소 분야의 이해로 향후 수산학 및 양식 연구 에서 안정 동위원소 비의 다양한 활용이 기대된다.

The Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe) absorbers are promising thin film solar cells (TFSCs) materials, to replace existing Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) and CdTe photovoltaic technology. However, the best reported efficiency for a CZTSSe device, of 13.6 %, is still too low for commercial use. Recently, partially replacing the Zn2+ element with a Cd2+element has attracting attention as one of the promising strategies for improving the photovoltaic characteristics of the CZTSSe TFSCs. Cd2+ elements are known to improve the grain size of the CZTSSe absorber thin films and improve optoelectronic properties by suppressing potential defects, causing short-circuit current (Jsc) loss. In this study, the structural, compositional, and morphological characteristics of CZTSSe and CZCTSSe thin films were investigated using X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrometer (XRF), and Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), respectively. The FE-SEM images revealed that the grain size improved with increasing Cd2+ alloying in the CZTSSe thin films. Moreover, there was a slight decrease in small grain distribution as well as voids near the CZTSSe/Mo interface after Cd2+ alloying. The solar cells prepared using the most promising CZTSSe absorber thin films with Cd2+ alloying (8 min. 30 sec.) exhibited a power conversion efficiency (PCE) of 9.33 %, Jsc of 34.0 mA/cm2, and fill factor (FF) of 62.7 %, respectively.

We investigated physicochemical properties and isotopic compositions of organic matter (δ13CTOC and δ15NTN) in the old fish farming (OFF) site after the cessation of aquaculture farming. Based on this approach, our objective is to determine the organic matter origin and their relative contributions preserved at sediments of fish farming. Temporal and spatial distribution of particulate and sinking organic matter (OFF sites: 2.0 to 3.3 mg L-1 for particulate matter concentration, 18.8 to 246.6 g m-2 day-1 for sinking organic matter rate, control sites: 2.0 to 3.5 mg L-1 for particulate matter concentration, 25.5 to 129.4 g m-2 day-1 for sinking organic matter rate) between both sites showed significant difference along seasonal precipitations. In contrast to variations of δ13CTOC and δ15NTN values at water columns, these isotopic compositions (OFF sites: -21.5‰ to - 20.4‰ for δ13CTOC, 6.0‰ to 7.6‰ for δ15NTN, control sites: - 21.6‰ to - 21.0‰ for δ13CTOC, 6.6‰ to 8.0‰ for δ15NTN) investigated at sediments have distinctive isotopic patterns (p<0.05) for seawater-derived nitrogen sources, indicating the increased input of aquaculture-derived sources (e.g., fish fecal). With respect to past fish farming activities, representative sources (e.g., fish fecal and algae) between both sites showed significant difference (p<0.05), confirming predominant contribution (55.9±4.6%) of fish fecal within OFF sites. Thus, our results may determine specific controlling factor for sustainable use of fish farming sites by estimating the discriminative contributions of organic matter between both sites.

자기공명영상(MRI) 장비의 조영제로 흔히 사용되는 가돌리늄(Gd)은 매우 안정된 상태로 하수처리과정에서 거의 제거되지 않고 수환경으로 유입된다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 세 가지의 공법으로 하수처리를 하는 부산 수영 하수처리장에서 채취한 하수 시료의 공정별 용존 희토류 원소의 제거율 및 수환경으로 배출되는 인위적 기원 Gd (Gdanth)의 배출량을 평가하고자 하였다. 용존 희토류 원소는 공정별 처리 단계에 따라 무거운 희토류 원소(Tb-Lu)에 비 해 가벼운 희토류 원소(La-Eu)에서 농도가 감소하는 경향을 보였다. 또한 일부 시료에서 나타난 음의(negative) Sm anomaly (<1)는 생물학적 제거 과정에서 Sm이 입자나 인산염과 흡착되어 함께 제거되었을 가능성을 시사한다. 모든 시 료에서 양의(positive) Gd anomaly (149±50, n=9)를 보였으며, 공정별로 측정된 Gd의 총 농도 중 Gdanth은 약 97% 이 상을 차지하는 것으로 나타났다. 이는 하수처리과정에서 Gdanth 이 거의 제거되지 않고 수영강 하류로 배출된다는 것을 의미한다. 일별 처리용량을 고려하여 각 공정에서 배출되는 Gdanth의 배출량은 259 mmol/day로 추정할 수 있다. 본 연 구의 결과는 하수처리장을 통해 수영만 연안으로 Gdanth이 지속적으로 배출될 것으로 예상되며, 향후 Gd의 중장기적인 관측이 필요함을 시사한다.

Breakthrough analysis has widely been explored for the dynamic separation of gaseous mixtures in porous materials. In general, breakthrough experiments measure the components of a flowing gas when a gaseous mixture is injected into a column filled with an adsorbent material. In this paper, we report on the design and fabrication of a breakthrough curve measurement device to study the dynamic adsorptive separation of hydrogen isotopologues in porous materials. Using the designed system, an experiment was conducted involving a 1:1 mixture of hydrogen and deuterium passed through a column filled with zeolite 13X (1 g). At room temperature, both hydrogen and deuterium were adsorbed in negligible amounts; however, at a temperature of 77 K, deuterium was preferentially adsorbed over hydrogen. The selectivity was different from that in the existing literature due to the different sample shapes, measurement methods, and column structures, but was at a similar level to that of cryogenic distillation (1.5).

본 연구에서는 방사성동위원소 추적자 실험을 통해서 산화아연 또는 두 종류의 은나노물질로 오염시킨 토양에서 지렁이 (Eisenia fetida)의 금속축적과 제거율을 비교하였고, 이들을 이온상의 Ag와 Zn으로 처리한 대조구와 비교하였다. 추가적으로 토양의 금속을 다단계추출법 (sequential extraction method)을 이용하여 금속의 결합 형태로부터 생물이용도 (bioavailability)를 예측하고 실제 생물축적 (BAF, bioaccumulation factor)과 비교하였다. ZnO 처리구의 BAF (0.06)는 아연이온 처리구 BAF (1.86)보다 31배 낮았는데, 이는 토양에서 ZnO의 생물전이가 매우 낮음을 제시해 준다. 한편, 은의 BAF는 금속의 오염 형태에에 무관 하게 0.11~0.17의 범위를 보였다. 다단계추출법을 통해서 아연이온 처리구의 아연은 토양에 비교적 약한 결합을 하 는 형태 (mobile fraction)에 35% 분포하여 아연이온처리구 값 (<20%)보다 높았고, 이는 전자의 더 높은 BAF와 일치 한다. 하지만, ZnO 처리구의 다단계추출은 생물이용도나 BAF를 잘 예측하지 못했으며 이는 ZnO가 토양에서 아연 이온과 지화학적으로 다른 거동을 하기 때문으로 추정된다. 지렁이 체내에 축적된 은의 제거율 (3.2~3.8% d-1)은 아연의 제거율 (1.2~1.7% d-1)보다 2~3배 더 높았다

Deuterium is a crucial clean energy source required for nuclear fusion and is a future resource needed in various industries and scientific fields. However, it is not easy to enrich deuterium because the proportion of deuterium in the hydrogen mixture is scarce, at approximately 0.016%. Furthermore, the physical and chemical properties of the hydrogen mixture and deuterium are very similar. Therefore, the efficient separation of deuterium from hydrogen mixtures is often a significant challenge when using modern separation technologies. Recently, to effectively separate deuterium, studies utilizing the ‘Kinetic Quantum Sieving Effect (KQS)’ of porous materials are increasing. Therefore, in this review, two different strategies have been discussed for improving KQS efficiency for hydrogen isotope separation performance using nanoporous materials. One is the gating effect, which precisely controls the aperture locally by adjusting the temperature and pressure. The second is the breathing phenomenon, utilizing the volume change of the structure from closed system to open system. It has been reported that efficient hydrogen isotope separation is possible using these two methods, and each of these effects is described in detail in this review. In addition, a specific-isotope responsive system (e.g., 2nd breathing effect in MIL-53) has recently been discovered and is described here as well.

유통 당류(n=124)에서 C4슈가 혼입여부를 확인하기 위하여 탄소동위원소비율(δC), 당조성, 인공감미료를 분석하였다. 탄소동위원소비율 분석 결과, 유통벌꿀(n=23) 중 3 건(13.6%)에서 C4슈가가 혼입된 것으로 판정되었고 도시 영농으로 제조된 벌꿀(n=23)은 모두 식품공전의 기준에 적합하였다(-26.09– -22.99‰). 사양벌꿀(n=11)의 탄소동위원 소비율 범위는 -14.58에서 -11.52‰로 C4당의 특성을 보였다. 코코넛슈가(n=20)의 δC값은 -25.72에서 15.87‰로 3건에서 C4당류가 혼입된 것으로 판단되었다. 단백질침전 법으로 C4당의 함량을 확인한 결과, 모든 코코넛슈가에서 C4당이 최저 9.5%에서 최고 63.4% 검출되었다. 메이플시럽 (n=12) 중 1건이 AOAC의 메이플 시럽 기준에 부합되지 않았다. CAM 당류인 아가베시럽(n=12)은 -11.42에서 - 10.92‰ 범위로 C4당류와 범위가 겹쳐서 추가 연구가 필요하다. C4당인 사탕수수당(n=10)의 탄소동위원소비율은 -12.60에서 -11.40‰이었고, 옥수수물엿(n=5)은 -11.70에서 -10.93‰이었다. Fructose/glucose 비율 측정 결과, 일부 아가베시럽에서 혼입이 의심되었다(3.2-49.7). 모든 시료에서 인공감미료는 검출되지 않았다.

수경재배 시스템에서 이온선택성전극(ISE)를 이용하여 배액 내 칼륨, 칼슘, 질소 이온농도를 측정하고 배양액 조제알고리즘을 통해 부족농도를 보충하는 시스템을 개발하였다. 또한, ISE로 실시간 측정이 어려운 다량원소 중 미측정 이온에 대한 농도는 배액 내 다량원소 간 상관관계를 통해 예측하였다. 회수된 배액을 재사용하기 위해서는 배액의 이온농도 측정도 중요하지만 부족한 양을 어떻게 정확하게 공급해 줄 것인지도 중요하다. 부족 농도를 보충하기 위해 비료농축액을 사용하였으며, 회수된 배액 내 미측정된 다량원소 이온들의 농도를 예측하기 위해 상추 재배실험 을 통해 이온 크로마토그래피로 측정한 다량원소 간 관계를 분석하였다. PO4의 경우 전극을 이용하여 측정 가능한 다량원소 간의 상관관계는 결정계수 K=0.91, NO3=0.96, Ca=0.87로 모두 높은 관계를 나타내었다. 이 중 결정계수가 가장 높은 질산을 조제 알고리즘에 사용하였다. Mg의 경우 K=0.93, NO3=0.93, Ca=0.99로 셋 중 Ca와 가장 밀접한 관계를 보여 Ca를 조제 알고리즘에 사용하였다. SO4의 경우 K=0.86, NO3=0.97, Ca=0.95를 나타냈으며 결정계수가 가장 높은 NO3를 알고리즘에 적용하여 양액을 조제 하려고 했으나 해당 비료의 과잉공급이 발생하게 되어 Ca을 적용하여 양액을 조제 하였다. 알고리즘을 이용하여 조제한 결과 전체적으로 10% 내의 오차로 나타났지만 비료농축액 공급량 결정 시 투입되는 비료를 순차적으로 결정할 뿐만 아니라 특정 이온의 과잉 또는 부족 농도가 최소화될 수 있는 방향으로 알고리즘을 만들었기 때문에 NO3과 SO4에 대한 공급오차는 발생할 수밖에 없었다. 개발된 시스템의 성능을 평가하고자 재배실험에서 나온 배액과 제조된 양액을 비교하였고 K, Ca, NO3의 공급오차는 평균 ±10%내를 보여 예상치보다 다소 많은 오차를 보였지만 회수된 배액을 재조제하여 공급하였을 때 실제 작물재배에서 목표 농도를 유지할 수 있을 것으로 보였다. 하지만 보다 정밀한 제어를 위해 상추 생육단계별 이온흡수량 데이터베이스를 구축하여 조제알고리즘에 적용시켜 배양액을 공급할 수 있는 연구가 필요하다고 판단되었다.

규소(Si)는 지각의 구성 원소 중 두 번째로 흔히 존재하는 원소로, 3개의 안정동위원소, 28 Si (92.23%), 29 Si (4.67%), 30Si (3.10%)를 가진다. 규소 동위원소는 규소의 생지화학적 순환에 대한 지시자로 고환경 및 고기후 복원을 위해 전 세계에서 널리 연구되고 있다. 그러나 국내에서는 아직까지 생물 기원 규소에 대한 규소 동위원소 연구가 전 무한 실정이다. 본 연구에서는 대형 규조류 시료에 대한 규소 동위원소 분석을 위해 기존 보고된 알칼리 용융법을 정리하고 생물 기원 규소 분석에 가장 적합한 규소 분리법을 구축하고자 하였다. 해당 시료를 고온 알칼리 용융을 통해 완전 용해시킨 후 시료 내 규소를 AG® 50W-X8 양이온 교환수지를 이용하여 효과적으로 분리하였다. 분리된 시료에 대한 신뢰성 검증을 위하여 Si 동위원소 표준물질(NBS-28) 및 USGS 암석 표준시료(AGV-2, GSP-2, BHVO-2)에 대한 분석을 함께 실시하였으며, 분석된 시료 모두 기존 연구결과와 오차범위 내에서 일치하는 값을 나타내었다. 본 연구에서 개발한 규소 동위원소 분석법은 향후 국내의 지구과학 및 관련 연구 발전에 많은 도움을 줄 것으로 기대된다.