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Introdução da determinação de radiocarbono pelo acelerador de espectrometria de massa

Contando átomos de 14C por AMS

Existem três isótopos principais de carbono que ocorrem naturalmente - 12C, 13C (ambos estáveis) e 14C (instável ou radioativo). Estes isótopos estão presentes nas seguintes quantidades 12C - 98,89%, 13C - 1,11%, e 14C - 0,00000000010%.Assim há um átomo de carbono-14 existente na natureza para cada 1.000.000.000.000 ou (1 um trilhão) de átomos carbono-12 em matérias vivas. O método radiocarbono baseia-se na taxa de decaimento do carbono radioativo ou instável do isótopo 14 (14C), o que é formado na camada superior da atmosfera, através do efeito dos raios de neutros cósmicos mediante o nitrogênio -14.

A reação é a seguinte:

14N + n => 14C + p

(Onde n é um nêutron e p é um próton)

O 14C formado é rapidamente oxidado em 14CO2 e entra na Terra pelas planta e animais vivos através da fotossíntese e da cadeia alimentar. A rapidez da dispersão de 14C para a atmosfera tem sido demonstrada por meio de medições de carbono radioativo produzido a partir de testes de bomba termonuclear. O 14C também entra oceanos da Terra em uma troca atmosférica e carbonato é dissolvido como [ todo 14C o inventário é denominado reservatório de troca de carbono (Aitken, 1990)]. Plantas e animais que utilizam carbono de cadeias alimentares biológicas e obtém 14C durante suas vidas. Existe equilíbrio na concentração de 14C concentração da atmosfera, ou seja, o número de átomos de 14C e os átomos de carbono não radioativo permanece aproximadamente ao mesmo com o passar dos anos. Assim que a planta ou animal morre, deixará a função metabólica de absorção do carbono, e não há reposição de carbono radioativo, e ocorre somente a decadência de carbono.

Libby, Anderson e Arnold (1949) foram os primeiros a medir a taxa desta decomposição. Eles descobriram que, após 5.568 anos, metade do 14C na amostra original será ter se deteriorado e depois mais 5568 anos, metade do que o material

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restante será ter se deteriorado, e assim por diante (ver figura 1 abaixo). A meia-vida (t 1/2) é o nome dado que este valor medido em Libby 5568 ± 30 anos. Isso ficou conhecido como a meia-vida de Libby. Após 10 meias-vidas, há uma quantidade muito pequena de carbono radioativo presente em uma amostra. A cerca de 50,000-60 000 anos 50,000-60, seguidos, o limite da técnica é alcançado (para além deste tempo, outras técnicas radiométricas devem ser utilizadas para a datação). Ao medir a 14C ou concentração residual a radioatividade de uma amostra cuja idade não é conhecida, é possível obter e contar taxa ou número de eventos de decaimento por grama de carbono. Ao comparar esta porcentagem com níveis modernos de atividade (1890 madeira corrigida para o decaimento a 1950 dC) e medido utilizando a meia-vida, o que torna-se possível calcular a data da morte da amostra.

Quando o 14C decai, emite uma partícula beta fraca (b), ou elétron, que possui um média de energia de 160keV. A decadência pode ser mostrada:

14 C => 14 N + b

Assim, o 14C decai de volta para 14N. Há uma relação quantitativa entre a decadência do 14C e a produção da partícula beta. A decadência é constante, mas espontânea. Ou seja, a probabilidade de degradação por um átomo de 14C em uma amostra discreta é constante, o que exige a aplicação de métodos estatísticos análise da contagem dos dados.

Daqui resulta que qualquer material que é composto de carbono pode ser datado. Nisto reside à verdadeira vantagem do método de radiocarbono - é capaz de ser aplicado uniforme em todo o mundo em qualquer material que contém carbono residual.

Devido a isso, os laboratórios de todo o mundo estão produzindo ensaios com radiocarbono para a comunidade científica. A técnica do 14C tem sido e continua para ser aplicada e utilizada em muitos campos diferentes, incluindo hidrologia, atmosférica ciência, oceanografia, geologia, paleoclimatologia, arqueologia, biomedicina e ciência dos materiais.

O método do Acelerador de Espectrometria de Massa para a contagem direta de isótopos de 14C foi realizada pela primeira vez em 1977 por equipes de pesquisa científicas em Rochester e Toronto, General Ionex Corporation, e logo após medidas adicionais foram realizado na Simon Fraser e universidades McMaster (Gove, 1994).

A datação por radiocarbono usando o Acelerador de Espectrometria de Massa (AMS) difere dos métodos de decadência na contagem em que a quantidade de 14C na amostra é medido diretamente, em vez de esperar ocorrer os acontecimentos individuais de decaimento radioativo . Isto faz com que a técnica de 1.000 a 10.000 vezes mais sensível do que a técnica da contagem da decadência de 14C. A sensibilidade melhorada é obtida através da aceleração dos átomos da amostra como

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íons a altas energias usando um acelerador de partículas nuclear e técnicas de detecção de partículas. Além disso, devido à maior sensibilidade, o tempo de contagem são reduzidos (de minutos a horas, em vez de dias) e tamanhos de amostra com sub-miligramas podem ser rotineiramente medidos. Por causa disso, um grande aumento da amplitude de tipos de amostras e os tamanhos podem ser medidas com técnicas de contagem que anteriormente de proporção-gás ou LSC não podiam ser medidos.

Na técnica AMS para 14C, o elemento de interesse (amostra de carbono) é quimicamente separado da amostra original, convertida em grafite, prensadas numa cátodo (suporte da amostra alvo) onde forma um tampão de grafite sólido ou de camada, e é depois colocado numa fonte de íons de pulverização catódica de um acelerador.

Esta metodologia define a preparação da amostra geral de grafite (química) e procedimentos de contagem AMS na Beta Analytic Inc. para amostras orgânicas e carbonatos. Através deste processo, o CO2 produzido a partir de materiais carbonosos é criogenicamente purificado (separado de gases não combustíveis) e reduzida a grafite sólida para a medição por AMS.

Conversão de amostra de carbono para grafite

O pré-tratamento da amostra

Cada amostra deve ser primeiro pré-tratada ou o material de interesse isolado para assegurar que somente o carbono primário de interesse vai ser analisado. Como muitos tipos diferentes de compostos contendo carbono estão presentes, regimes de pré-tratamento diferentes foram desenvolvidos para se concentrar e isolar a fração de carbono particular de interesse antes da datação (Ver Glossário O pré-tratamento - Protocolo padrão de pré-tratamento na Beta Analytic).

Geração de CO 2

A amostra pré-tratada de carbono é oxidada a CO2 quer por combustão num Fluxo de oxigênio ou através da reação direta é reduzida em óxido cúprico (fio de metal /em pó) de produtos orgânicos, ou por meio de hidrólise ácida para os carbonatos.

Combustão ou hidrolise ácida

Orgânico + O2 + ∆H => CO2 Carbonato + HCl => CO2

(Amostra) (900°C) (Amostra)

Orgânico + CuO + ∆H => CO2

(Orgânico) (900°C)

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O CO2 é então gerado criogenicamente purificado por remoção de vapor de água e quaisquer gases não combustíveis/condensável por vapor para passagem através de uma série de gelo seco / armadilhas de água com metanol (~ 78 ° C) e, dependendo do tipo de amostra, uma série de nitrogênio líquido / armadilhas granizadas de Pentano (~ 129 ° C).

Conversão de CO2 para Grafite (reação grafitização)

Para produzir as pequenas quantidades de carbono elementar de CO2 para a medição em AMS, usamos a reação Bosch (Manning e Reid, 1977) que é um produto químico da reação entre dióxido de carbono e hidrogênio que produz carbono elementar (grafite), água e calor.

A reação ocorre como duas reduções sucessivas, em primeiro lugar para o monóxido de carbono e, em seguida, o carbono, o qual penetra e adere à superfície do cobalto pó (catalisador). Mais detalhes sobre técnicas de grafitização e catalisadores podem ser encontrado em Vogel et ai, 1984.

A reação global é a seguinte:

(550 to 650°C)

CO2 (g) + 2 H2 (g) → C(s) + 2 H2O (l)

(Co - catalizador)

No entanto, a reação acima é na realidade o resultado de duas reações separadas. A primeira reação - a primeira reação de deslocamento água-gás é rápido:

CO2 + H2 → CO + H2O

A segunda reação controla a velocidade de reação global:

CO + H2 → C + H2O

Durante o procedimento de grafitização, criogenicamente limpas, secas o CO2

produzido a partir da hidrólise ácida ou de combustão é transferido criogenicamente (com líquido Nitrogênio @ -196 ° C)* para uma célula de *grafitização especialmente concebido sob vácuo que é composto de vidro Vycor, vidro Pyrex e aço Inoxidável (modificado concepção após Lloyd et al, 1991).

* NOTA: Antes da introdução do CO2 sobre o catalisador de cobalto na célula grafitização, o cobalto é pré-condicionado para remover quaisquer contaminantes através de carbono sendo evacuados depois purgada com tempos de Hidrogénio múltiplas e finalmente reduzidos ao longo ¾ de atmosfera de hidrogénio durante 1-2 horas a 550 ° C a 650 ° C.

A célula grafitização pré-condicionada ou um 4,5 mg ou 3,5 mg alíquota em pó de metal de cobalto (uma mistura de 85% -400 mesh Alfa Aesar, 15% e Alfa Aesar Puratronic -22 mesh) que é específico para o tamanho da amostra a ser grafitada.

Com base na quantidade de CO2 gerado durante a combustão, o CO2 é criogenicamente transferido para uma célula contendo grafitação e a quantidade de

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cobalto que é maior do que 3 vezes em peso a quantidade de carbono (3:1), em seguida, uma alíquota de Ultra-Pure Hidrogênio grau de pesquisa é adicionada de tal forma que a quantidade de hidrogênio é maior 3x em volume como a amostra de CO2 (3:1). o célula grafitização é então colocada em um 550 ° C a 650 ° C forno por um período de 10-12 horas, enquanto a água produzida durante a grafitização é continuamente removida, por meio de um dedo frio, que é parte da célula de grafitização, por um de gelo seco lubrificado com metanol (-78 ° C).

Após 10-12 horas ter passado, a pressão na célula de grafitização é inspecionada para garantir que a reação se foi a finalização (de que o CO2 tem foi convertido em grafite, com um rendimento mínimo de queda na gama de 80-100%).

Se a reação não alcançou a finalização, a célula é retornada para grafitação do forno, e reagiu de novo durante um período de 4-10 horas. Se a reação não faz chegar a uma conclusão 80-100% após a segunda tentativa de grafitização, o amostra é analisada novamente a partir da combustão.

Se a grafitização tenha partido para a conclusão, a célula é colocada grafitização sob vácuo e deixa-se aquecer até à temperatura ambiente toda a água provocando vapor formado durante a reação de grafitização a ser bombeada para fora, deixando a grafite seco. O grafite é então removido 1x com ultra-pura (99.999) Argon que será passada através de um crivo molecular de ascarite para remover qualquer CO2 e um agente de silicone de secagem para remover qualquer vapor de água. Isto é então seguido pela bombagem de vácuo e, em seguida, purgada de novo com ultra-pura (99,999) Árgon para igualar com a pressão atmosférica. O tubo é, então, removido de grafitização a partir da célula de grafitização e tapado com uma tampa de folha de Al, e colocados em um teste Suporte de tubos pronto para ser carregado em um cátodo para a contagem AMS.

Carregamento e AMS catódicos (Alvo)

A amostra de grafite preparada é colocada num cátodo AMS (meta) por vazamento a grafite diretamente a partir do tubo de grafitização no cátodo.O grafite pó é então comprimido para um mínimo de 150 psi (leitura do manômetro) num Arbor pressione ou martelar com uma imprensa pinos.

A superfície da grafite (face alvo) é opticamente inspecionadas para assegurar que o grafite parece ser lisa e homogênea (isto é, o grafite não parecer irregular ou manchado em coloração). O cátodo (alvo) é então colocado em uma roda de cátodo e colocada no AMS, juntamente necessário com o padrão moderno (OXI e / ou OXII, orgânicos e carbonato de espaços em branco, TIRI idade conhecida padrões (orgânicos e ou carbonato) e suficientes cegos amostras de controle de qualidade (amostras previamente medido por LSC e / ou AMS) para a detecção C14/13 e C14/12.

Contando AMS

Como é comum com os outros tipos de espectrometria de massa, a contagem de AMS é realizada por conversão dos átomos da amostra (grafite) para um feixe de íons

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rápidos em movimento (átomos com carga). A massa destes íons é então separada pela aplicação de campos magnéticos e elétricos e medido por técnicas de detecção de partículas nucleares. A medição da radioatividade por espectrometria de massa é muito difícil, porque a sua concentração é menor do que um átomo de 1.000.000.000.000 (um trilhão) átomos. Assim, o acelerador é usado para ajudar a remover os íons que podem ser confundidos com radiocarbono antes da detecção final.

A amostra é colocada na fonte de íons (como grafite) e é ionizado pelo bombardeamento com íons de césio e depois se concentra em um feixe de movimento rápido. Os íons produzidos são negativos que impede a confusão de 14C com 14N desde nitrogênio não formar um íon negativo. O primeiro ímã de flexão é utilizado na mesmo modo que o ímã em um espectrômetro de massa normal de íons de selecionar massa 14C (isto inclui grande número de 12CH 2 - e 13 CH - íons e uma poucas 14 C - íons). Os íons seguida entra no acelerador. Enquanto eles viajam para o terminal detector são acelerados suficientemente de tal forma que quando eles colidem com as moléculas gás no extrator, todos os íons moleculares (tais como 12 CH 2 e 13 CH) são quebrados permitindo a maior parte dos íons de carbono passar através de uma segunda dobra de ímã que ainda separa os íons com a massa e momento esperado de 14 C, 13 C, e 12 C.

Finalmente o filtrado os íons 14C para entrar no detector, onde sua velocidade e energia são verificado de modo que o número de íons 14C na amostra pode ser contado. Nem todos os átomos de radiocarbono colocado na extremidade da fonte de íons até atingir o detector e de modo que os isótopos estáveis, 12 C e 13 C são medidos, assim, a fim de monitorar o eficiência de detecção. Para cada amostra, a proporção de 14 C / 13 C é calculado e em comparação com as medições feitas sobre os padrões com relações conhecidas.

Incertezas na análise AMS

Logo após os primeiros espectrômetros AMS foram desenvolvidos, a qualidade da medições AMS foi demonstrada através de comparações do erro na média de uma série de medições n AMS para uma amostra (erro externo) para a contagem estatísticas das contagens totais medidas, N, em que a série de medições (erro interno). Se μ é a média de um grupo de medições individuais, cada uma com variância σ2 (aqui assumida equivalente para todas as medições), a fração precisões mostraram ser equivalentes:

σ 2 ext = σ 2 / n (n −1)μ 2 = σ 2 int = 1/ N total

Com efeito, a equivalência do erro padrão da média de medições para AMS a precisão de contagem esperada de estatísticas demonstraram o grau em que o espectrômetro e sua operação está livre de erro sistemático. (Wölfli, et al., 1983; Donahue, Jull, & Zabel, 1984; Farwell, et al, 1984;. Suter, et al, 1984).O desenvolvimento de um material de amostra uniforme para 14C AMS, filamentoso ou fulereno grafite (Vogel et al, 1984), desde que feixes de íons intensos para todas as amostras e padrões,

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trazendo as incertezas internas e externas na rotina equivalência para precisas (σ ≤ 1%) quantificação AMS. (Bonani, et al, 1987;. Vogel, at al., 1987).

Fracionamento amostra isotópica (taxa isótopos estáveis de 13/12C)

A fim de proporcionar as determinações de radiocarbono que são precisas e preciso, é necessário medir os isótopos estáveis de 13C e 12 C e o sua taxa. Isto é realizado através da extração de uma pequena quantidade do CO2 gerado durante a hidrólise do ácido ou da combustão e medindo a proporção em relação ao 13/12C APO padrão espectrometria de massa. Esse índice é usado mais tarde no cálculo do idade radiocarbono e erro para corrigir a fracionamento isotópico na natureza.

Fracionamento durante a transferência de geoquímica de carbono na natureza produz variação na distribuição de equilíbrio de isótopos de carbono ( 12C, 13C e 14C). Craig (1953) identificou pela primeira vez que certos processos bioquímicos pode alterar o equilíbrio entre os isótopos de carbono. Alguns processos, tais como o fotossíntese, por exemplo, favorece um isótopo em detrimento de outro, para depois fotossíntese, o isótopo 13C está esgotada de 1,8% em comparação com a sua natural proporções na atmosfera (Harkness, 1979). Por outro lado o carbono inorgânico dissolvido nos oceanos é geralmente de 0,7% enriquecido em 13 C em relação à atmosférica dióxido de carbono.

O grau de fracionamento isotópico no 14C / 12C proporção, o que deve ser medido com precisão, é aproximadamente o dobro que a medida relação 13C / 12C. Se fracionamento isotópica ocorre em processos naturais, a correção pode ser feita por medição da razão entre o isótopo 13C para o isótopo 12C na amostra sendo datado. A relação é medida utilizando um espectrômetro de massa comum. O composição isotópica da amostra a ser medida é expressa como o que delta 13C representa as partes de diferença por mil (por mil) entre a amostra conteúdo de carbono-13 e o conteúdo do carbonato de padrão internacional PDB (Keith et al, 1964;. Aitken, 1990). Um valor d13C, em seguida, representa o mille per (Parte por mil) desvio do padrão PDB. Refere-se ao APO Formação belemnite Cretáceo no Peedee na Carolina do Sul, EUA. Este nomenclatura foi recentemente alterada para VPDB (Coplen, 1994).

Em resumo, o fracionamento isotópico refere-se à flutuação do isótopo de carbono proporções, como resultado de processos bioquímicos naturais como uma função da sua atômica massa (Taylor, 1987). Variações como tal não estão relacionados ao tempo e natural decaimento radioativo. É prática comum nos laboratórios de radiocarbono para corrigir atividades de radiocarbono para fracionamento da amostra. As idades resultantes são denominados "normalizada", ou seja, a atividade medida é modificada em relação a -25 por mille wrt VPBD. O fator de correção deve ser adicionado ou subtraído do idade radiocarbono convencional.

O valor delta C13 para uma amostra pode fornecer informações importantes sobre a ambiente a partir do qual a amostra entra ou as misturas de materiais utilizados para produzi-lo, pois o valor da amostra de isótopos reflete a isotópica composição do ambiente imediato. No caso do marisco, por exemplo, conchas marinhas normalmente possuem um valor de DC13 entre -1 e 4 por mil, Considerando conchas fluviais

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possuem um valor de entre -8 e -12 por mil. Portanto, num caso em que o ambiente precisa da concha não é conhecida, é possível para determinar o mais provável através da análise do resultado DC13.

O fracionamento também descreve variações nas proporções de isótopos de carbono interposto sobre por causas não naturais. Por exemplo, as amostras podem ser fracionadas em laboratório por meio de uma variedade de meios. Normalmente, isso é devido a falta de atenção para detalhe e incompleta conversão da amostra a partir de uma fase para outra, ou a partir de uma parte do laboratório para outro. Na cintilação líquida, para síntese exemplo, incompleto de acetileno lítio durante a preparação de carboneto pode resultar num baixo rendimento e fracionamento simultâneo. Da mesma forma, a transferência de gases de um sistema de vácuo pode incluir erro de fracionamento, se o gás de amostra não está deixou-se equilibrar ao longo do volume total. Átomos de maiores ou menores massa pode ser favorecido em tal situação. Se, no entanto, a totalidade da amostra é convertida completamente de uma forma para outra (por exemplo sólido para gás, acetileno benzeno), em seguida, nenhum fracionamento irá ocorrer.

Idade do radiocarbono e erro de cálculo

Grande parte da informação apresentada nesta seção é baseada no artigo Stuiver, M. e Polach, H.A. 1977. Discussão: Comunicação de 14 Dados de C. Radiocarbono 19; 355-63.

A idade radiocarbono de uma amostra é obtida por medição do resíduo radioatividade. Este valor é calculado através da medição cuidadosa da atividade residual (por grama C) restante em uma amostra cuja idade é desconhecida, comparado com a atividade presente em amostras modernas e de fundo.

Padrão moderno

O principal padrão de radiocarbono moderno é NIST (Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia; Gaithersburg, Maryland, EUA), ácido oxálico I (C2H2O4). Ácido oxálico I é a designação da NIST SRM 4990 B e é denominado HOx1. Este é o padrão internacional de encontros radiocarbono. Noventa e cinco por cento da atividade de ácido oxálico a partir do ano de 1950 é igual à medida da atividade padrão de radiocarbono absoluta que é 1890 de madeira. A madeira 1890 foi escolhida como o padrão de radiocarbono porque estava aumentando antes de os efeitos de combustíveis fósseis da revolução industrial.

A atividade de 1890 a madeira é corrigida para o decaimento radioativo de 1950. Assim, de 1950, é o ano 0 BP por convenção em datação por radiocarbono e é considerado o 'presente'. O ano de 1950 foi escolhido por nenhuma razão em particular que não seja para honrar a publicação do primeira datação de radiocarbono calculadas em dezembro de 1949 (Taylor, 1987; 97).

O padrão de ácido oxálico foi feito a partir de uma cultura de 1955 de beterraba sacarina. Houve 1000 Ibs feito. A razão isotópica de HOx I é -19,3 por mil em relação a (wrt) o PBD padrão belemnite (Mann, 1983). O padrão de ácido oxálico, que foi

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desenvolvido já não é comercialmente disponível. Outro padrão, oxálico Ácido II foi preparado quando as ações de uma HOx começou a diminuir. O ácido oxálico II padrão (HOx 2; designação NIST SRM 4990 C) foi feita a partir de uma cultura de 1977 franceses melaços de beterraba. No início de 1980, um grupo de 12 laboratórios medida a razão entre as duas normas. A razão entre a actividade de ácido oxálico II a 1 é 1,2933 ± 0,001 (média ponderada) (Mann, 1983). A razão isotópica de HOx II é -17,8 por mil.

De acordo com Stuiver e Polach (1977), todos os laboratórios devem comunicar a sua resultados, quer diretamente relacionados com NBS ácido oxálico ou indiretamente, utilizando um sub padrão que está relacionada com ele.

Detecção de fundo

É vital para um laboratório de radiocarbono conhecer a contribuição da amostra na atividade de rotina para amostras sem radioatividade. Obviamente, esta atividade é complementar e deve ser removida a partir de cálculos. A fim de dar subsídios de fundo e avaliar os limites de detecção, materiais que radiocarbono que especialistas pode ter certeza não contêm nenhuma atividade e são medidos sob idênticas condições como amostras normais.

Amostras de fundo geralmente consistem de amostras geológicas de idade infinita, como carvão, lignite, calcário, carbonato de antiga, antracite, mármore ou madeira pântano.Por medição da atividade de uma amostra de fundo, a radioatividade presente em uma amostra nomail é conhecida enquanto uma amostra de idade desconhecida está sendo medido pode ser contabilizada e deduzida.

Idades Convencionais de radiocarbono (PA)

Uma medição radiocarbono denominado uma idade radiocarbono convencional (ou CRA) é obtidos utilizando um conjunto de parâmetros descritos por Stuiver e Polach (1977), no Jornal radiocarbono. Um nível de tempo-independente da 14C atividade para o passado é assumido na medição de uma PCR. A atividade deste nível hipotético de 14C Atividade C é igual à atividade do radiocarbono absoluto internacional padrão. A idade convencional de radiocarbono Idade BP é calculada utilizando a equação decadência radiocarbono:

t = -8033 ln (Asn/Aon)

Onde -8033 representa o tempo de vida médio de 14 C (Stuiver e Polach, 1977). Aon é a atividade em unidades de contagem por minuto da norma moderna. Asn é o equivalente cpm da amostra. 'ln' representa o logaritmo natural.

A CRA abrange as seguintes convenções de recomendações:

• uma meia-vida de 5568 anos;

• o uso de ácido oxálico I ou II, conforme o padrão de radiocarbono moderna;

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• correção para fracionamento amostra isotópica (deltaC13) para uma amostra normalizada ou base valor de -25,0 per mille relativa à relação de 12C /13C na norma carbonato VPDB (mais sobre fracionamento e deltaC13);

• a utilização de 1950 dC como 0 BP, ou seja, todos 14 C idades voltar no tempo a partir de 1950;

• o pressuposto de que todos reservatórios 14C mantiveram-se constantes ao longo do tempo.

Os termos adicionais são, por vezes, ser solicitado ou comunicado com, ou em vez de o padrão convencional de radiocarbono resultado em idade BP a partir do qual todos os outros são matematicamente derivado. Estes são os "medido radiocarbono Idade BP", Porcentagem Carbono Moderna (PMC), a média do resultado de biomassa (expressa em%), percentagem média Teor de carbono biogênico, CO2 Biomassa por cento, carbono da fração Moderna (fmdn ou FMC), bem como d14C, D14C, delta 14C, e delta Δ14C 13/12C (todos os quais são expressas em notação per mille (%) em vez de por cento notação.) d14C representa o esgotamento mille por carbono 14 em amostra antes da isotópica correção de fracionamento e é medido por; d14C=((Asn/Aon) - 1)1000 per mille D14C representa o valor "normalizado" de d14C. "Normalizado" significa que o atividade é dimensionado em relação ao fracionamento da amostra, ou o seu valor delta C13.

Todos os valores de D14C são normalizados para o valor base de - 25,0 por mil em relação para o carbonato de padrão (VPDB). D14C é calculado usando:

D14C=d14C - 2(dC13 + 25)(1 + d14C/1000) per mille

Este valor pode então ser usado para calcular o CRA usando a equação dada acima.

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Figura 1 - curva de decaimento para 12C mostra a atividade de uma meia-vida (t / 2). Os termos "% modernos" ou "PMC" e D14C são mostrados relacionado neste diagrama junto com a idade em anos de radiocarbono BP (Antes de 1950 dC).

Relatórios de idade

Se o reservatório de idade corrigida radiocarbono convencional calculada está dentro dos últimos 200 anos, que deve, por convenção, denominado "moderna" (Stuiver e Polach, 1977; 362). Se uma amostra de idade cai depois de 1950, é denominado maior do que moderna, ou > Moderna. Percentual absoluto moderno (M% ou PMC - 'por cento de carbono moderno ") é calculado usando:

%M=100 x Asn/Aabs

ou

Asn/Aon(1/8267(y-1950)) x 100 por cento

Onde Aabs é a atividade internacional absoluta padrão, 1/8267 é o tempo de vida com base na nova semi-vida o (5730 anos), Y = ano de medição da padrão adequado. Esta é uma expressão da razão entre a atividade de rede moderna contra a atividade residual normalizada da amostra, expressa como um e percentagem representa a proporção de átomos de radiocarbono na amostra comparado ao que está presente na AD ano 1950. Assim, torna-se uma % Moderna é um útil termo para descrever medições de radiocarbono para os últimos 45 anos, quando, devido a o influxo de radiocarbono artificial na atmosfera como resultado da bomba nuclear testes, a "idade" de cálculo torna-se um cálculo de "futuro". Se a amostra se aproxima D14C = -1000 por mil dentro de 2 desvios padrão, o Considera-se ser indistinguível do fundo de laboratório, isto é, não capaz de ser separado com confiança a partir do laboratório de taxas de contagem que resultar a partir de uma amostra que não contém qualquer radionuclídeo. Neste exemplo, uma maior que Idade é calculada. Um exemplo de uma idade de maior que é> 55, 000 yr ou> 50, 000 yr (Gupta e Polach, 1985).

Amostras cuja idade se situa entre moderno e fundo e são dadas finita idades. Erros padrão liberado em cada ensaio de radiocarbono são geralmente arredondado por convenção (Stuiver e Polach, 1977). Mais uma vez, nem todos os laboratórios subscrever essas convenções, alguns não reunir as idades.

Erro Padrão e fontes de erro

A análise estatística é necessária em datação de radiocarbono, porque a decadência da 14C embora constante, é espontânea. Não é possível medir a toda radioatividade em uma dada amostra, daí a necessidade de algum tipo de estatística A análise dos dados apurados. A distribuição de contado eventos de decaimento de 14C irá, ao longo do tempo, produzir um padrão. O padrão é denominado uma "curva de distribuição normal".

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A distribuição normal ou "Gaussian" descreve o cluster simétrico em forma de sino de eventos em torno da média ou a média dos dados. Em uma distribuição normal, com 2 de 3, ou 68% dos valores ou contagens observados vão cair dentro de um padrão desvio da média dos dados. Menos dois desvios padrão, de 95% do contagens observadas irá cair dentro do intervalo e em três desvios-padrão, 99% das contagens que compreendem a distribuição normal cairá dentro desta região.

Cada datação por radiocarbono é liberada como uma idade radiocarbono convencional com "erro padrão". Este é o '±' valor e, por convenção, é de ± 1 sigma. o erro padrão baseia-se principalmente em estatísticas de contagem, no entanto outros fontes de erro são possíveis e seus efeitos estão listados abaixo:

Resumo; A precisão datas de radiocarbono (modificado de Polach, H.A. 1976). fontes de erro

Efeito sobre Determinação da Idade

Medidas para minimizar o erro incorrido

1. Precisão da determinação da idade

estatística; tipicamente± 1% Moderna ou menos

Grandes amostras, tempos mais contar, repetir ensaios de amostras

2. Inerente a. 14 C semi-vidaLibby meia-vida de 3%muito baixo

Multiplique CRA por 1,03, se necessário

b. 12C /13C fracionamento CVariável, até 450 anos para conchas

Análises de isótopos estáveis usando espectrometria de Massa

c. 14 C padrão moderno Variável> 80 anosVerificação internacioanl em cruz de padrões secundários.

d. Variação nos últimos taxas de produção do 14C

0-800 anos, além CA12 ka não determinado

Calibração de anéis de árvores, caso contrário, interpretar os resultados em escala de tempo radiométrica.

e. Distribuição de 14C na natureza

Dependência latitudinal superfície do oceano - 400 a -750 ano.Oceano profundo - 1800 ano.

Interpretação dos resultados.

f. Alterações de 14C concentração na atmosfera.

Efeito industrial ca -2,5% e efeito bomba atômica 160% em atmosfera

Interpretação dos resultados.

3. contaminaçãoZero a 300 anos até 15 ka;> 20 ka ka 25 possíveis além.

Interpretação dos resultados, análise e datação de frações extraídas previamente tratados.

4. Idade biológica de material <10 anos > 1000 anos

Identificação de espécies de materiais, no caso de madeira e carvão para amostras somente com curtas vidas.

5. Associação de amostra e evento

intermediário Interpretação dos resultados.

6. Humano intermediárioCuidados em campo e laboratório

7. Interpretação dos resultados intermediárioCuidado na abordagem, interpretação interdisciplinar e colaboração

Exatidão e precisão na datação por radiocarbono

 É importante notar o significado de "acurácia" e "precisão" em datação de radiocarbono. Acurácia refere-se à data de ser uma estimativa "verdadeira" da idade de uma amostra dentro do intervalo dos limites estatísticos ou valor de ± da data. Assim, por uma questão de argumento, se datação por radiocarbono de uma amostra

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de ossos humanos de um indivíduo, que sabíamos que morreu em 1066 AD e obteve uma data de 1040 ± 40 dC, que teria datado caso de sua morte com precisão. Se, contudo, a data obtidos foram 1000 ± 15 dC seria impreciso. Em termos de precisão, no entanto, a primeiro é imprecisa, em comparação com o último por causa do erro de maior valor indicado. Como tal, pode ser visto que a data de 1000 ± 15 dC enquanto é altamente precisa é, neste caso, impreciso.

Efeitos de reservatórios

A Idade radiocarbono convencional ou CRA não leva em conta diferenças específica entre a atividade dos reservatórios de carbono diferentes. A PCR é derivada utilizando um cálculo baseado na idade da decadência da atividade corrigida absoluta convencional de radiocarbono (1890 madeira AD), que está em equilíbrio com os níveis da atmosfera de radiocarbono (como mencionado anteriormente, 1890 madeira já não é utilizado como o radiocarbono padrão primário, em vez de ácido oxálico padrões I e II foram correlacionada com a atividade do padrão original). A fim de determinar as idades de amostras, que foram formados em equilíbrio com diferentes reservatórios para estes materiais, é necessário fornecer uma correção a idade. Implícita na idade radiocarbono convencional BP é o fato de que não é adequada para esta correção.

Amostras de radiocarbono que obtêm seu carbono a partir de uma fonte diferente (ou reservatório) de carbono atmosférico pode produzir o que é denominado idades aparentes. O marisco vivo hoje em um lago dentro de uma bacia de calcário, por exemplo, vai render uma data de radiocarbono, que é excessivamente velha. A razão para isto é que a anomalia o calcário, que é desgastado e dissolvido em bicarbonato, não tem nenhum carbono radioativo. Assim, a atividade de dilui o significado de a radioatividade do lago é empobrecida em comparação com a atividade de 14C em outro lugar. O lago, neste caso, tem um reservatório de radiocarbono diferente do que o da maior parte da radiocarbono na biosfera e, portanto, uma idade radiocarbono precisa requer que uma correção ser feita para explicá-la.

Um dos efeitos mais comumente dos reservatório referenciado diz respeito ao oceano. A diferença média entre a data de uma amostra de radiocarbono terrestre, tal como um árvore, e uma concha a partir do ambiente marinho é de cerca de 400 anos de radiocarbono (Ver Stuiver e Braziunas, 1993). Essa idade aparente de água oceânica é causada tanto pelo atraso nas taxas de câmbio entre o CO2 atmosférico e bicarbonato do oceano, e o efeito de diluição provocada pela mistura de águas superficiais com jorrou águas profundas que são muito velhas (Mangerud 1972). Uma correção do reservatório deve ser feita para qualquer datação de conha convencionais para contabilizar essa diferença. Osso humano pode ser um meio problemático para datação em alguns casos devido ao consumo humano, de peixe, cujo 14C que irá refletir o reservatório oceano. Em tal caso, é muito difícil determinar a exata diferença reservatório e, portanto, aplicar uma correção para a medida de radiocarbono para idade.

A datação de radiocarbono causada por emanações vulcânicas espúrias de radiocarbono e CO2 empobrecido provavelmente também vêm sob a categoria de

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correções do reservatório.As plantas que se desenvolvem na proximidade de fumarolas ativas vulcânicas irá produzir um idade radiocarbono, que é muito antiga. Bruns et al. (1980) mediram a radiatividade de plantas modernas crescendo perto termais aquecidas por rochas vulcânicas, no oeste Alemanha e demonstrou uma deficiência de radiocarbono de até 1.500 anos através da comparação com os níveis modernos de radiocarbono atmosféricos. Da mesma forma, esta efeito foi observado para as plantas na baía de Palaea Kameni perto da pré-histórico local de Akrotiri, que foi enterrada pela erupção do vulcão Thera mais de 3500 anos (ver Weninger, 1989). O efeito tem sido sugeridos como proporcionando datas em erro para a erupção do Thera que tem sido associada à morte de da civilização minóica no Egeu. Uma planta moderna crescendo perto da emanações tinha uma idade aparente de 1390 anos. O efeito vulcânico tem um número limitado de afastamento. Bruns et al. (1980) verificaram que, em 200 m de distância da fonte, plantas produziram uma idade de acordo com o esperado. Eles sugeriram que o influência de CO2 empobrecido diminuiu rapidamente com o aumento da distância a partir da fonte. Discrepâncias de radiocarbono devido à emissões vulcânicas de CO2 são uma popular fonte de munição para pontos de vista fundamentalistas, dedicados a apresentar provas de mostram que o método de radiocarbono é algo fundamentalmente falho.

Seuss ou Efeito industrial

Desde cerca de 1890, a utilização de combustíveis fósseis e industriais resultaram em grande quantidades de CO2 a ser emitido na atmosfera. Porque a fonte de combustíveis industriais tem sido predominantemente material de idade geológica infinito (por exemplo, carvão, petróleo), cujo conteúdo de radiocarbono é nulo, a atividade do radiocarbono atmosfera foi reduzida no início do século 20 até o 1950. O sinal de radiocarbono atmosférica tem, com efeito, foi diluída por cerca 2%. Hans Suess (1955) descobriu o efeito industrial (também chamado após ele) em os anos 1950. Um número de pesquisadores descobriram que a atividade que esperavam de material a crescer desde 1890 AD foi menor. A conclusão lógica era que, a fim de se obter um padrão de referência moderna de radiocarbono, representando a atividade radiocarbono do "dia de hoje", não poderia muito bem usar a madeira que cresceu na década de 1900, uma vez que foi afetada por este efeito industrial. Foi assim que, 1890 madeira foi utilizada como padrão de radiocarbono moderno, extrapolados para decair para 1950 AD.

Efeito Bomba Atômica

Desde cerca de 1955, os testes termonucleares acrescentou consideravelmente o reservatório 14C atmosférico. Este 14C é 'artificial' ou 'bomba' 14C, produzido porque bombas nucleares produzem um enorme fluxo de nêutrons térmicos. O efeito disto tem sido para quase dobrar a quantidade de 14C atividade em materiais de apoio terrestres de carbono (Taylor, 1987).

De Vries (1958) foi a primeira pessoa a identificar este efeito da "bomba atômica". No hemisfério norte da quantidade de carbono na atmosfera artificial atingiu um pico em 1963 (no hemisfério sul por volta de 1965), cerca de 100% acima níveis normais. Desde então, o valor caiu devido ao câmbio e dispersão de 14C para a terra do

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sistema do ciclo do carbono. A presença de bomba de carbono na biosfera terrestre tem permitido a ser usado como um marcador para investigar os mecanismos de mistura carbono e processos de troca.

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