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放射性炭素年代測定に使用するサンプルは、汚染を避けるために慎重に取り扱わなければなりません。この方法ではすべての物質の年代を測定できるわけではなく、有機物を含むサンプルのみを検査できます。測定された日付は、サンプルが元々あった植物または動物の死亡日になります。
年代測定のためのサンプルは、測定に適した形に変換する必要がある。14
C含有量。これは、使用する測定技術に応じて、気体、液体、または固体への変換を意味します。ただし、これを行う前に、サンプルを処理して、汚染物質や不要な成分を除去する必要があります。 [1]これには、埋設後にサンプルに浸透した可能性のある根などの目に見える汚染物質の除去が含まれます。 [2]
前処理
2つの一般的な汚染物質は、アルカリ洗浄で除去できるフミン酸と、酸で除去できる炭酸塩です。これらの処理はサンプルの構造的完全性を損ない、大量の物質を除去する可能性があるため、正確な処理方法はサンプルサイズと選択した測定技術に必要な炭素の量によって異なります。[3]
木材と木炭
木材にはセルロース、リグニン、その他の化合物が含まれていますが、セルロースはサンプルの環境と炭素を交換する可能性が最も低いため、テストの前に木材サンプルをセルロース成分のみに減らすのが一般的です。ただし、これによりサンプルの体積が元のサイズの20％にまで減少する可能性があるため、木材全体のテストも頻繁に行われます。木炭は木材よりも環境と炭素を交換する可能性が低いですが、木炭サンプルはフミン酸や炭酸塩を吸収している可能性があり、アルカリ洗浄と酸洗浄で除去する必要があります。[2] [3]
骨
焼却されていない骨は、かつては放射性炭素年代測定の候補としては不向きだと考えられていたが[4]、現在では正確に検査することが可能となっている。骨の成分には炭素を含むタンパク質が含まれる。骨の構造的強度はカルシウムハイドロキシアパタイトから来ているが、これは地下水からの炭酸塩で容易に汚染される。炭酸塩を除去するとカルシウムハイドロキシアパタイトも破壊されるため、カルシウムハイドロキシアパタイトと汚染炭酸塩を洗い流した後の残りのタンパク質画分を使用して骨の年代を測定するのが一般的である。このタンパク質成分はコラーゲンと呼ばれる。コラーゲンは分解されることがあり、その場合、タンパク質を個々のアミノ酸に分離し、それぞれの比率と組成を測定する必要がある。14
C活性。各アミノ酸の相対量を骨の既知のプロファイルと比較することで、サンプルの劣化の有無を検出することができます。劣化している場合は、アミノ酸を分離して、それぞれを個別にテストする必要がある場合があります。いくつかの異なるアミノ酸の結果が一致すれば、年代測定が信頼できることを示します。骨の構成アミノ酸の 1 つであるヒドロキシプロリンは、骨以外に存在することが知られていなかったため、信頼できる指標であると考えられていましたが、その後、地下水で検出されています。[2]
焼かれた骨の場合、検査の可否は骨が焼かれた条件によって決まる。焼かれた骨のタンパク質は通常破壊されるため、酸処理後、骨には検査可能なものは何も残らない。タンパク質成分の分解は、高温乾燥条件下でも実際に焼かれずに起こる可能性があり、その場合、分解した成分は地下水によって洗い流される可能性がある。しかし、骨が還元条件下で加熱された場合、骨（および関連する有機物）は炭化している可能性がある。この場合、サンプルは使用可能であることが多い。[2]
シェル
海洋生物と陸上生物の両方の殻は、ほとんどが炭酸カルシウムでできており、アラゴナイトまたは方解石、あるいはその両方の混合物である。炭酸カルシウムは溶解と再結晶化の影響を受けやすく、再結晶化した物質にはサンプルの環境からの炭素が含まれており、これは地質学的起源である可能性がある。再結晶化した炭酸カルシウムは一般に方解石の形をしており、粉末状の外観をしていることが多い。光沢のある外観のサンプルが好ましく、疑わしい場合は、光学顕微鏡または電子顕微鏡、またはX線回折および赤外線分光法による検査で再結晶が起こったかどうかを判断できる。[5]
再結晶化のないサンプルが見つからない場合は、酸洗浄の強度を段階的に高め、洗浄するたびにサンプルの一部を年代測定する方法が使用できます。各サンプルから得られる年代は汚染の程度によって異なりますが、汚染された層を除去すると、連続した測定値は互いに一致します。また、貝殻に含まれる有機タンパク質であるコンキオリンを検査することもできますが、これは貝殻材料の1〜2％を占めるだけです。[3]
その他の材料
- 泥炭。泥炭の3つの主要成分は、フミン酸、フミン酸、フルボ酸です。これらのうち、フミン酸はアルカリに溶けず、サンプルの環境からの汚染物質を含む可能性が低いため、最も信頼性の高いデータを提供します。[3]乾燥した泥炭で特に難しいのは、サンプル材料と区別するのが難しい可能性のある根の除去です。[2]
- 土壌と堆積物。土壌には有機物が含まれていますが、より新しい起源のフミン酸による汚染のため、満足のいく放射性炭素年代測定を得ることは非常に困難です。土壌をふるいにかけて有機起源の破片を取り出し、少量のサンプルでも許容できる方法で破片の年代を測定することが望ましいです。[3]
- 他に年代測定に成功したサンプルとしては、象牙、紙、織物、個々の種子や穀物、日干しレンガの中のわら、陶器の中に見つかった焦げた食べ物の残骸などがあります。[3]
同位体濃縮
特に古いサンプルの場合、14
試験前にサンプル中のCを測定できます。これは熱拡散カラムで行うことができます。このプロセスには約1か月かかり、通常よりも約10倍のサンプルが必要になりますが、より正確な測定が可能になります。14
C /12
古い物質中のC比を推定し、信頼性をもって報告できる最大年齢を延長します。[6]
準備
汚染物質が除去されたら、サンプルは使用する測定技術に適した形に変換する必要があります。[7]一般的な方法は、ガス計測装置用のガスを生成することです。CO
2広く使用されているが、メタン、エタン、エチレン、アセチレンなどの他のガスを使用することもできる。[7] [8]液体シンチレーションカウンタで使用するための液体サンプルの場合、サンプル中の炭素はベンゼンに変換されるが、この技術の初期の数十年間は他の液体も試された。リビーの最初の測定はランプブラックで行われたが、[7]この技術は現在では使用されていない。これらの方法は、14
Cは1950年代から1960年代にかけての核実験で生成された。 [7]しかし、加速器質量分析には固体ターゲットが使用される。通常はグラファイトが使用されるが、CO
2炭化鉄も使用できる。[9] [10]
サンプルをテストに適した形に変換する手順は長くて複雑です。ランプブラックを作成するために、リビーは必要に応じて酸洗浄して炭酸塩を除去し、サンプル内の炭素をCOに変換しました。
2燃焼（有機サンプルの場合）または塩酸の添加（貝殻材料の場合）のいずれかによって、生成されたガスは高温の酸化銅を通過し、一酸化炭素をCOに変換した。
2、その後、水蒸気を除去するために乾燥された。その後、ガスは凝縮され、炭酸カルシウムに変換され、ラドンガスや窒素酸化物や硫黄酸化物などの他の燃焼生成物が除去された。その後、炭酸カルシウムはCOに戻された。
2再び乾燥させ、加熱したマグネシウムに通すことで炭素に変換しました。得られたマグネシウム、酸化マグネシウム、炭素の混合物に塩酸を加え、沸騰、濾過、蒸留水での洗浄を繰り返した後、乳鉢と乳棒で炭素を粉砕し、0.5グラムのサンプルを採取して重量を量り、燃焼させました。これにより、リビーはサンプルのどれだけが灰であるかを判断し、検査する炭素サンプルの純度を決定することができました。[11]
液体シンチレーション計数用のベンゼンを準備するには、サンプル中の炭素をCOに変換する燃焼から始まる。
2これはその後リチウムカーバイドに変換され、次にアセチレンに変換され、最終的にベンゼンに変換されます。[7]加速器質量分析のターゲットはCOから調製されます。
2水素の存在下でガスの還元を触媒することによって、粉末触媒（典型的にはコバルトまたは鉄）上に繊維状の炭素（通常グラファイトと呼ばれる）のコーティングが形成される。[10]
サンプルサイズ
検査に必要なサンプルの量は、検査対象と、2つの検査技術のどちらを使用するかによって異なります。2つの検査技術とは、ベータカウンターと呼ばれる放射能を記録する検出器と加速器質量分析計（AMS）です。大まかな目安は次のとおりです。グラム単位で示されている重量は乾燥サンプルの重量であり、異物を取り除くために目視検査が行われているものと想定しています。[7]
参照
参考文献
- ^ ボウマン「放射性炭素年代測定」 27～28ページ。
- ^ abcde Bowman,放射性炭素年代測定、pp. 28-30。
- ^ abcdef Aitken、「考古学における科学的年代測定」、pp. 86-89。
- ^ リビー『放射性炭素年代測定』45ページ。
- ^ Jan Šilar、「放射年代学における環境放射性核種の応用」、Tykva および Berg 編著『環境汚染と放射年代学における人工および天然放射能』、166 ページ。
- ^ ボウマン、「放射性炭素年代測定」、37-42ページ。
- ^ abcdef Bowman,放射性炭素年代測定、pp. 31-33。
- ^ エイトキン『考古学における科学的年代測定』76～78ページ。
- ^ ボウマン、「放射性炭素年代測定」、34-37ページ。
- ^ ab Susan E. Trumbore、「加速器質量分析法の土壌科学への応用」、Boutton & Yamasaki、『土壌の質量分析』、318 ページ。
- ^ リビー「放射性炭素年代測定」45-51ページ。
出典
- Aitken, MJ (1990)。考古学における科学的年代測定。ロンドン: Longman。ISBN 0-582-49309-9。
- ブートン、トーマス・W. & 山崎真一（編）（1996）。土壌の質量分析。ニューヨーク：マルセル・デッカー社。ISBN 0-8247-9699-3
- ボウマン、シェリダン（1995）[1990]。放射性炭素年代測定。ロンドン：大英博物館出版局。ISBN 0-7141-2047-2。
- リビー、ウィラード F. (1965) [1952]。放射性炭素年代測定（第2版（1955年））。シカゴ：フェニックス。