Vizsgálati eljárások


II. Radiokarbon kormeghatározás - 14C

- savas feltárás

- konverteres feltárás

1. Szerves anyag

2. Csont

3. Kagyló, csiga

4. Vízben oldott inorganikus szén

Az eljárás ismertetése:

A radiokarbon kormeghatározás és koncentráció méréséhez nagytisztaságú CO2 gáz szükséges. A minta-gáz előállítása két lépésben történik:

- a minták kémiai előkezelése 
- széndioxid gáz előállítása (konverteres égetés vagy savas feltárás)

A minták kémiai előkezelése

1. Szerves anyag

A növények, növényi maradványok, tőzeg, fa, faszén főként a talajvízből rájuk kirakódott karbonátokkal és nagymolekulájú lúgoldékony huminsavakkal vannak szennyezve. Ezen anyagok előkezelésére az AAA (acid-alcali-acid) módszert alkalmazzuk. A mintából először kioldjuk a karbonátot majd a huminsavak kioldására lúgot alkalmazunk. A lúgos kezelés után ismét neutrális pH-ig történő mosás következik, majd a mintát a lúg maradékainak kioldása érdekében enyhén savas (pH=3) oldat formájában beszárítjuk.

Faévgyűrűk esetében, ahol szennyezőnek tekintjük a néhány évvel később beépített anyagot, külön kipreparáljuk a cellulózt.

2. Csont

A csont esetében a szervetlen alkotórész általában alkalmatlan a kormeghatározásra. Reális kor csak a szerves alkotórészből, a kollagénből nyerhető. A kollagén kinyerésére a savas kezelést alkalmazó Longin módszert használjuk.

3. Kagyló, csiga

Kagylók és csigák estében a szervetlen váz kalcium karbonátból áll. Ezért nincs mód a később rárakódott karbonát szennyeződés eltávolítására. A kagylóhéjak szerves alkotórésze viszont csak néhány ezreléke a szervetlen alkotórésznek, ezért a szerves rész datálására csak akkor van mód, ha kb. 1 kg anyag áll rendelkezésre, ami rendkívül ritka. Kagylóhéjak előkezelésére 1-2 %-os HCl oldatban mechanikus (kézzel történő) tisztítást alkalmazunk, melynek során eltávolítjuk a héjanyag 20-30 %-át. Ezután a héjat őrlés nélkül a feltáró rendszerbe helyezzük és a foszforsavval felszabadított szén-dioxidot időrendi sorrendben két részre osztjuk és a két frakció aktivitását is külön mérjük. Az eredmény csak akkor elfogadható, ha a kagylóhéj külső felületéről származó gáz aktivitása megegyezik a belső részekből származóéval.

4. Vízben oldott inorganikus szén

A vízmintavételezésnél annyi vízmintából kell kiindulni, hogy annak oldott CO2, karbonát és bikarbonát (TIC, total inorganic carbon) tartalma 2,5 g szenet tartalmazzon. A mintavételezésnél a helyszínen a levegő kizárásával átlagosan 50 l vízből csapjuk ki a karbonátot. A kicsapás előtt NaOH segítségével lúgos pH-t állítunk be (pH>12, 50 ml tömény NaOH oldatot adunk a vízhez). A kicsapást 200 g BaCl2-ot tartalmazó tömény oldat segítségével végezzük. A képződött BaCO3 csapadékot 24 óra ülepedési időt követően dekantáljuk és a vizes csapadékot használjuk a további feltárás során.

A radiokarbon kormeghatározás elve:

Az anyagcsere folyamatok során a radiokarbon folyamatosan beépül és távozik az élőlényekből. Az élőlények szenére jellemző biológiai felezési idő - mely alatt az élőlényt alkotó szerves vegyületek fele kicserélődik - néhány év, ami rövid idő a radiokarbon felezési idejéhez képest. Így a szárazföldi élőlények biológiai szenének fajlagos radioaktivitása folyamatosan követi az atmoszférikus szén fajlagos radiokarbon aktivitását. Az anyagcsere folyamat megszűnte után további 14C beépítésére nincs lehetőség, ezért a biológiai szén 14C koncentrációja a felezési időnek megfelelően exponenciálisan csökken.

Ismerve az anyagcsere folyamat alatt az élő anyag széntartalmának fajlagos radioaktivitását (A0) (kezdeti aktivitás), majd az anyagcsere folyamat megszűnte után jelenleg megmérve a fajlagos aktivitást (A) (jelenlegi aktivitás), a bomlási állandó (l) ismeretében kiszámítható az életfolyamatok megszűnésének ideje, azaz a minta kora (t).

A = A0·e-λt

A fenti képlettel azt az időt számítjuk ki, ami ahhoz szükséges, hogy a minta szenének kezdeti fajlagos aktivitása (A0) a mért A értékre csökkenjen. Ez az idő a konvencionális radiokarbon kor.

14C radiokarbon módszer segítségével meghatározzuk a régészeti és geológiai minták naptári korát, felszín alatti vizek (azaz a felszín alá kerülés óta eltelt idő) korát valamint alkalmazzuk atomerőművi eredetű légköri szennyezők kimutatására.

A minták radiokarbon kormeghatározása és koncentráció mérése alacsony hátterű mérőhelyen, passzív védelemmel, antikoincidencia védőszámlálóval ellátott kilenc proporcionális számláló segítségével történik.

A konvencionális radiokarbon kor kalibrálásának elve:

A konvencionális 14C kor 1950-től számítandó (1350 BP: 1350 évvel 1950 előtt. 1950 után a légköri nukleáris fegyverkísérletek következtében a légkör 14C aktivitása közel duplájára nőtt, majd az atomcsend egyezményt követően fokozatosan csökkent. Több száz vagy több ezer éves minták esetében kiinduló értéknek nyilván csak a fegyverkísérletek előtti értéket vehetjük figyelembe.). A korhoz megadott ± xx év a hibahatárt jelöli. A hiba tartalmazza az aktivitásmérések statisztikus hibáját, ami általában a legnagyobb hozzájárulást adja, és ehhez hozzáadódik a minta-előkészítésből, a mérés során fellépő feszültség, nyomás, hőmérséklet ingadozásából, stb. származó hiba.

Abszolút pontos mérés nem létezik, csak egy bizonyos valószínűséggel tudjuk megadni az eredményt, mégpedig az un. hibaterjedési függvény segítségével. A “biztos” (100%) az, hogy a keresett érték valahol ez alatt a görbe alatt van. Az 1s konfidencia szint a görbe alatti terület 68.3%-át, a 2s a 95.4%-át, azaz azt jelentik, hogy 68.3%, ill. 95.4% a valószínűsége annak, hogy a mért érték a megadott hibahatáron belül van. A mérés és az abból számított konvencionális radiokarbon kor statisztikus hibáját leíró függvény egy szabályos harang-görbe, így a terület 68.3%-a a görbe közepén, a csúcsra szimmetrikusan helyezkedik el. A csúcsa mutatja a legvalószínűbb értéket, és a hibahatárt megadhatjuk ± értékben. A megadott ± xx év az 1s konfidencia szintet jelöli.

A konvencionális radiokarbon kor kiszámításánál feltételezzük, hogy az atmoszféra CO2 tartalma és annak fajlagos 14C aktivitása állandó, ez azonban nem igaz. A mérések alapján számított radiokarbon korokat ezért korrigálni kell oly módon, hogy a vizsgált minta kezdeti aktivitását az 1950-es érték helyett az atmoszféra múltbeli 14C aktivitásának megfelelő értékével azonosítjuk. Az atmoszféra múltbeli radiokarbon koncentrációjának változását számos szerző mérte, gyakorlatilag ismert korú vagy dendrokronológiailag dátumozott faévgyűrűk segítségével. A jelenleg általánosan elfogadott méréssorozatok eredményeit táblázatokban foglalták össze. A táblázatok tartalmazzák az ismert kort (naptári kor) és a mért radiokarbon kort.

Ha ezeket egy olyan koordinátarendszerben ábrázoljuk, amelynek az y tengelyén a mért radiokarbon korok, x tengelyén a hozzájuk tartozó naptári korokat tüntetjük fel, megkapjuk az un. kalibrációs görbét. A naptári korként (kalibrált kor, cal BC vagy cal AD, illetve lehet cal BP is) megadott radiokarbon kor azt jelenti, hogy a mért konvencionális radiokarbon kort és az ahhoz tartozó valószínűségi függvény minden pontját összehasonlítjuk a kalibrációs görbével és megnézzük, hogy ténylegesen milyen naptári kor tartozik ezekhez a pontokhoz. Így egy másik valószínűségi eloszlást kapunk, ami már nem szimmetrikus, tehát csak a határértékeket tudjuk megadni, vagyis azt, hogy 68,3%, vagy 95,4% valószínűséggel milyen időintervallumba esik a minta naptári kora. Az ábrán az eloszlási görbéket nem rajzoltuk fel, csak a kalibráció elvét mutatjuk be.

Kalibrált vagy naptári kor

Laboratóriumunkban a kalibrálást régebben a CALIB 3.0, Seattle-ben kifejlesztett kalibrációs programmal végeztük. (részletes leírását lásd Stuiver, M. and Reimer, P. J. 1993 Extended 14C data base and revised CALIB 3.0  14C age calibration program. In Stuiver, M., Long, A. and Kra, R. S., eds., Calibration 1993. Radiocarbon 35/1: 215-231.) A program továbbfejlesztett változata, a CALIB 4.0 1999. januárjában került forgalomba. A 3.0 változathoz képest elvi különbséget nem tartalmaz, de a faévgyűrűkre alapozott kalibrációs görbét, amely 11850 cal BP-ig használható, kiterjeszti 24000 cal BP-ig korallokon mért urán/tórium és radiokarbon korok összehasonlításával. (Stuiver, M., Reimer, P.J., Bard, E., Beck, J.W., Burr, G.S., Hughen, K.A., Kromer, B., McCormac, F.G., v. d. Plicht, J., and Spurk, M., 1998a. INTCAL98 Radiocarbon age calibration 24,000 - 0 cal BP. Radiocarbon 40:1041-1083.; Stuiver, M., Reimer, P.J., and Braziunas, T. F. 1998b. High-precision radiocarbon age calibration for terrestrial and marine samples. Radiocarbon 40:1127-1151.) Megjelenése óta a CALIB 4.0 kalibrációs programot használjuk, de ellenőriztük, hogy a régebbi és új verzióval kalibrált korok között nincs eltérés. A kalibrált korok közlésénél hivatkozni továbbra is az 1993. Radiocarbon cikkre kell.

A lap tetejére >>