Radiokarbonové seznamovací vzorky - Radiocarbon dating samples - Wikipedia

Vzorky použité pro radiokarbonové seznamky musí být zacházeno opatrně, aby nedošlo ke kontaminaci. Ne všechny materiály lze datovat touto metodou; Lze testovat pouze vzorky obsahující organickou hmotu: nalezené datum bude datem úhynu rostlin nebo zvířat, ze kterých vzorek původně pocházel.

Vzorky pro datování je třeba převést do formy vhodné pro měření 14
C obsah; to může znamenat konverzi do plynné, kapalné nebo pevné formy v závislosti na použité měřicí technice. Než to však bude možné provést, musí být vzorek ošetřen, aby se odstranila veškerá kontaminace a všechny nežádoucí složky.[1] To zahrnuje odstranění viditelných nečistot, jako jsou kořínky, které mohly proniknout do vzorku od jeho pohřbu.[2]

Předúprava

Dvěma běžnými znečišťujícími látkami jsou huminová kyselina, kterou lze odstranit alkalickým praním, a uhličitany, které lze odstranit kyselinou. Tato ošetření mohou poškodit strukturní integritu vzorku a odstranit významné objemy materiálu, takže přesné rozhodnutí o ošetření bude záviset na velikosti vzorku a množství uhlíku potřebného pro zvolenou techniku ​​měření.[3]

Dřevo a dřevěné uhlí

Dřevo obsahuje celulóza, lignin a další sloučeniny; z nich je nejméně pravděpodobné, že by si celulóza vyměnila uhlík s prostředím vzorku, takže je běžné před testováním redukovat vzorek dřeva pouze na celulózovou složku. To však může snížit objem vzorku až na 20% původní velikosti, takže se často provádí také testování celého dřeva. Uhlí je méně pravděpodobné než dřevo, že si vyměnilo uhlík s okolním prostředím, ale vzorek dřevěného uhlí pravděpodobně absorboval huminovou kyselinu a / nebo uhličitany, které je nutné odstranit alkalickými a kyselými promývacími prostředky.[2][3]

Kost

Nepálená kost byla kdysi považována za špatného kandidáta na radiokarbonové randění,[4] ale nyní je možné to přesně otestovat. Složky kosti zahrnují bílkoviny, které obsahují uhlík; strukturní pevnost kosti pochází hydroxyapatit vápenatý, který je snadno kontaminován uhličitany z podzemní vody. Odstranění uhličitanů také ničí hydroxyapatit vápenatý, a proto je obvyklé používat kosti pomocí zbývající proteinové frakce po odplavení hydroxyapatitu vápenatého a kontaminujících uhličitanů. Tato proteinová složka se nazývá kolagen. Kolagen je někdy degradován, v takovém případě může být nutné rozdělit proteiny na jednotlivé aminokyseliny a změřit jejich příslušné poměry a 14
C aktivita. Je možné zjistit, zda došlo k degradaci vzorku, porovnáním relativního objemu každé aminokyseliny se známým profilem pro kost. Pokud ano, může být nutné oddělit aminokyseliny, aby bylo možné nezávisle testovat každou z nich - shoda mezi výsledky několika různých aminokyselin naznačuje, že datování je spolehlivé. Hydroxyprolin, jedna ze základních aminokyselin v kosti, byla kdysi považována za spolehlivý indikátor, protože se o ní kromě kostí neví, ale od té doby byla detekována v podzemních vodách.[2]

U spálené kosti závisí testovatelnost na podmínkách, za kterých byla kost spálena. Proteiny ve spálené kosti jsou obvykle zničeny, což znamená, že po ošetření kyselinou z kosti nezůstane nic testovatelného. K degradaci proteinové frakce může dojít také za horkých, suchých podmínek bez skutečného spalování; potom mohou být degradované složky odplaveny podzemní vodou. Pokud se však kost zahřívá pod redukční podmínky „(a související organická hmota) mohla být karbonizována. V tomto případě je vzorek často použitelný.[2]

Shell

Skořápky mořských i suchozemských organismů se skládají téměř výhradně z uhličitanu vápenatého, buď jako aragonit nebo jako kalcit nebo směs těchto dvou látek. Uhličitan vápenatý je velmi citlivý na rozpouštění a rekrystalizaci; rekrystalizovaný materiál bude obsahovat uhlík z prostředí vzorku, který může být geologického původu. Rekrystalizovaný uhličitan vápenatý je obecně ve formě kalcitu a často má práškový vzhled; jsou upřednostňovány vzorky lesklého vzhledu a v případě pochybností lze určit, zda došlo k rekrystalizaci, vyšetřením světelným nebo elektronovým mikroskopem nebo rentgenovou difrakcí a infračervenou spektroskopií.[5]

V případech, kdy není možné najít vzorky, které neobsahují rekrystalizaci, lze použít kyselé výplachy se zvýšenou pevností, po nichž následuje datování části vzorku po každém promytí: data získaná z každého vzorku se budou lišit podle stupně kontaminace , ale když jsou kontaminované vrstvy odstraněny, následná měření budou navzájem konzistentní. Je také možné otestovat konchiolin, což je organický protein nacházející se ve skořápce, ale tvoří pouze 1–2% materiálu skořápky.[3]

Ostatní materiály

  • Rašelina. Tři hlavní složky rašeliny jsou huminová kyselina, huminy a kyselina fulvová. Z nich dávají nejspolehlivější data huminy, protože jsou nerozpustné v zásadách a je méně pravděpodobné, že budou obsahovat kontaminující látky z prostředí vzorku.[3] Zvláštním problémem se sušenou rašelinou je odstraňování kořínků, které je pravděpodobně těžké odlišit od materiálu vzorku.[2]
  • Půda a sedimenty. Půda obsahuje organický materiál, ale vzhledem ke kontaminaci huminovou kyselinou novějšího původu je velmi obtížné získat uspokojivá radiokarbonová data. Je vhodnější prosít půdu pro fragmenty organického původu a fragmenty datovat metodami, které jsou tolerantní k malým velikostem vzorků.[3]
  • Mezi další typy vzorků, které byly úspěšně datovány, patří slonovina, papír, textil, jednotlivá semena a zrna, sláma z bahenních cihel a spálené zbytky jídla nalezené v keramice.[3]

Izotopové obohacení

Zejména u starších vzorků může být užitečné obohatit množství 14
C ve vzorku před testováním. Toho lze dosáhnout pomocí kolony tepelné difúze. Tento proces trvá asi měsíc a vyžaduje asi desetkrát větší vzorek, než by bylo potřeba jinak, ale umožňuje přesnější měření 14
C/12
C poměr ve starém materiálu a prodlužuje maximální věk, který lze spolehlivě vykázat.[6]

Příprava

Po odstranění kontaminace je třeba vzorky převést do formy vhodné pro použitou měřicí technologii.[7] Běžným přístupem je výroba plynu pro zařízení pro počítání plynů: CO
2 je široce používán, ale je také možné použít jiné plyny, včetně metan, etan, ethylen a acetylén.[7][8] Pro vzorky v kapalné formě, pro použití v kapalné scintilační čítače, uhlík ve vzorku se převede na benzen, ačkoli jiné kapaliny byly vyzkoušeny během prvních desetiletí této techniky. Libby první měření byla provedena s černou lampou,[7] ale tato technika se již nepoužívá; tyto metody byly náchylné k problémům způsobeným 14
C vytvořené jaderným testováním v 50. a 60. letech.[7] Pro hmotnostní spektrometrii urychlovače lze použít pevné cíle; obvykle se však jedná o grafit CO
2 lze také použít karbid železa.[9][10]

Kroky převodu vzorku do vhodné formy pro testování mohou být dlouhé a složité. Aby se vytvořila černá lampa, začala Libby v případě potřeby odstraňovat kyselinu, aby se odstranil uhličitan, a poté převedla uhlík ve vzorku na CO
2 buď spalováním (pro organické vzorky) nebo přidáním kyseliny chlorovodíkové (pro materiál skořápky). Výsledný plyn byl veden horkým oxidem měďnatým za účelem přeměny jakéhokoli oxidu uhelnatého na CO
2a poté se suší, aby se odstranila veškerá vodní pára. Plyn byl poté kondenzován a převeden na uhličitan vápenatý, aby bylo možné odstranit veškerý radonový plyn a jakékoli další produkty spalování, jako jsou oxidy dusíku a síry. Uhličitan vápenatý byl poté převeden zpět na CO
2 znovu se suší a přeměňuje se na uhlík jeho průchodem přes zahřátý hořčík. K výsledné směsi hořčíku, oxidu hořečnatého a uhlíku byla přidána kyselina chlorovodíková a po opakovaném varu, filtraci a promytí destilovanou vodou byl uhlí rozemlet třecí miskou a tloučkem a byl odebrán půl gramový vzorek, zvážen a spálen. To umožnilo Libby určit, kolik vzorku bylo popelem, a tedy určit čistotu uhlíkového vzorku, který má být testován.[11]

Aby se vytvořil benzen pro kapalné scintilační čítače, sekvence začíná spalováním, aby se přeměnil uhlík ve vzorku CO
2. Ten se poté převede na karbid lithný, poté na acetylen a nakonec na benzen.[7] Cíle pro hmotnostní spektrometrii akcelerátoru jsou vytvářeny z CO
2 katalyzací redukce plynu v přítomnosti vodíku. Výsledkem je povlak vláknitý uhlík (obvykle označovaný jako grafit) na práškovém katalyzátoru - obvykle kobaltu nebo železa.[10]

Velikosti vzorků

Kolik materiálu vzorku je potřeba k provedení testování, závisí na tom, co se testuje, a také na tom, která ze dvou testovacích technologií se používá: detektory, které zaznamenávají radioaktivitu, známé jako čítače beta, nebo hmotnostní spektrometry akcelerátoru (AMS). Následuje hrubý průvodce; uvedené hmotnosti v gramech jsou pro suché vzorky a předpokládají, že byla provedena vizuální kontrola k odstranění cizích předmětů.[7]

Ukázkový materiálHmotnost (g)
Pro beta verzi
pulty		Pro AMS
Celé dřevo10–250.05–0.1
Dřevo (pro testování celulózy)50–1000.2–0.5
Dřevěné uhlí10–200.01–0.1
Rašelina50–1000.1–0.2
Textil20–500.02–0.05
Kost100–4000.5–1.0
Shell50–1000.05–0.1
Sediment / půdy100–5005.0–25.0

Viz také

Reference

  1. ^ Bowman, Radiokarbonové seznamky, s. 27–28.
  2. ^ A b C d E Bowman, Radiokarbonové seznamky, str. 28-30.
  3. ^ A b C d E F Aitken, Vědecké datování v archeologii, str. 86-89.
  4. ^ Libby, Radiokarbonové seznamky, str. 45.
  5. ^ Jan Šilar, „Aplikace radionuklidů v prostředí v radiochronologii“, Tykva a Berg, eds., Umělá a přírodní radioaktivita ve znečištění životního prostředí a radiochronologii, str. 166.
  6. ^ Bowman, Radiokarbonové seznamky, str. 37-42.
  7. ^ A b C d E F Bowman, Radiokarbonové seznamky, str. 31-33.
  8. ^ Aitken, Vědecké datování v archeologii, str. 76–78.
  9. ^ Bowman, Radiokarbonové seznamky, str. 34-37.
  10. ^ A b Susan E. Trumbore, „Applications of Accelerator Mass Spectrometry to Soil Science“, Boutton & Yamasaki, Hmotnostní spektrometrie zemin, str. 318.
  11. ^ Libby, Radiokarbonové seznamky, str. 45-51.

Zdroje

  • Aitken, M. J. (1990). Vědecké datování v archeologii. London: Longman. ISBN  0-582-49309-9.
  • Boutton, Thomas W. & Yamasaki, Shin-ichi (eds.) (1996). Hmotnostní spektrometrie půd. New York: Marcel Dekker, Inc. ISBN  0-8247-9699-3
  • Bowman, Sheridan (1995) [1990]. Radiokarbonové seznamky. London: British Museum Press. ISBN  0-7141-2047-2.
  • Libby, Willard F. (1965) [1952]. Radiokarbonové seznamky (2. (1955) ed.). Chicago: Phoenix.