[打印此页] [E-mail 分享]

骨质样品的加速器质谱仪碳定年

• 骨头是送往实验室进行放射性碳定年的最常见的材料之一。
• 骨质样品有一个时间跨度。
• 影响骨质样品的实际年龄的污染物可以是自然的或人为的。
• 骨头含有30％的有机物，这部分往往被提取用于放射性碳定年。
• 骨头进行放射性碳定年之前，在其物理和化学预处理过程中，需先完成几个步骤。

骨头是寄送至加速器质谱（AMS）实验室进行放射性碳定年的最常见的材料之一。这是因为动物或人的骨头经常是考古研究的课题。

关于骨头的考古研究和放射性碳定年使我们了解了很多关于史前时代的知识。骨头的放射性碳定年结果也让我们更深入地了解了古老文明。

*****

Beta实验室提供火化和非火化骨头、鹿角和牙齿的加速器质谱仪定年。要求的样品量：非火化骨头和鹿角2-10克，牙齿1-2颗，以及火化骨头4-40克。推荐容器：自封袋

*****

骨质样品的时间跨度

任何特定样品的时间跨度反映了原始有机体的总生长时间以及有机体与生物圈相互作用的时间跨度。对于大多数含有骨头的有机体，它们的死亡时间和它们与生物圈发生交互的停止时间是同时的。因此，这些生物体的放射性碳测定年龄从其死亡开始计算。

骨质样品放射性碳定年结果不需要进行年龄补偿，但骨质样品有个时间范围。文献表明，脊椎动物存活时一直从生物圈吸收碳，直至死亡；它们都有一个生命周期，人类骨骼有一个约30年的生命周期，而动物骨骼的生命周期则较短。

时间跨度数据是必需的，因为它们会影响放射性碳定年结果的校正，从而影响放射性碳年龄转换为历年的方式。

骨质样品污染

任何可能影响骨头的碳14含量的含碳物质都被认为是一种污染物。由于考虑到骨头经常接触不同种类的有机物质，因此，它可以说是提交给AMS实验室进行放射性碳定年的污染最严重的样品之一。

常见的污染物有腐殖酸和富里酸，它们是存在于土壤中的由植物或动物组织的微生物降解产生的有机酸。根据文献记载，其他可能污染骨质样品的有机化合物有多酚、多糖、木质素和退化的胶原蛋白。根据挖掘位置的不同，骨骼也可以被石灰石污染。这些污染物被认为是自然的污染物，因为它们与骨骼的接触是自然发生的，而非人为发生的。

人为污染物是人类在收集、保存或包装骨质样品的过程中产生的污染物。当采用动物胶给骨头贴标签时，污染物已经被带入到样品中。这是因为动物胶的化学成分和骨质样品完全一样。该样品的加速器质谱仪实验室结果会不准确。

在骨头被挖出后可能会污染骨质样品的其他物质包括杀虫剂、聚醋酸乙烯酯和聚乙二醇（保护化学品）、烟灰，以及纸做的标签或者包装。

污染物对加速器质谱仪碳定年结果的影响

污染物对进行加速器质谱仪定年的骨质样品的影响取决于以下因素：污染物的种类、污染程度以及骨头和污染物的相对年龄。

如果加速器质谱仪碳定年之前尚未去除石灰石，放射性碳测定年龄会比样品的实际年龄大得多。由于石灰石是地质成因的物质，因此比任何史前样品都要老的多。

加速器质谱仪放射性碳定年过程中存在的腐殖酸和富里酸也会导致不准确的结果。加速器质谱仪实验室结果可能使放射性碳年龄比骨质样品的实际年龄更小或更大，这取决于产生有机酸的有机体的年龄。

由于植物根的入侵，骨头可能也会接触到近现代碳的来源。近现代碳的来源可以使骨头的加速器质谱仪碳定年结果比其实际年龄小。

一般情况下，远古污染物会使骨质样品比其实际年龄老得多，而近现代碳则使骨质样品比其实际年龄小得多。

为了防止获得不准确的结果，加速器质谱仪实验室在提交所有骨质样品进行加速器质谱仪放射性碳定年之前都会对骨质样品执行预处理。

骨头的组成部分

骨头的30％为有机物，70％为无机物。有机部分是蛋白质；无机部分是矿物羟基磷灰石，它包括磷酸钙、碳酸钙、氟化钙、氢氧化钙和柠檬酸盐。蛋白质，其中大部分是胶原蛋白，给骨头提供力量和灵活性，而羟基磷灰石赋予骨头刚度和稳固的结构。

从理论上讲，有机成分和无机成分都可以进行测年。然而，羟基磷灰石的开放式晶体结构使它极易被来自地下水的碳酸盐污染。同时，由于羟基磷灰石溶于酸，因此通过稀释的酸洗去除碳酸盐污染物的方法也不适用。

加速器质谱仪实验室在放射性碳定年中使用骨质样品的蛋白成分，因为它相对来说，不溶于酸，可以很容易地从羟基磷灰石成分及其他碳酸盐岩中分离出来。

如果温暖的气候条件和真菌或细菌的攻击使骨质样品的蛋白质部分没有保存完好并且已退化，加速器质谱仪实验室会对氨基酸进行碳定年，以检查其中一些氨基酸是否会提供相同的放射性碳年龄。这个过程在加速器质谱仪实验里是可行的，因为需要的样品量小。然而，这个过程昂贵又费时。因此，加速器质谱仪实验室不推荐对氨基酸进行放射性碳定年，除非小量的污染物会使古老的骨质样品产生非常不准确的结果。

加速器质谱仪实验室对骨头的物理预处理

物理预处理是指不使用化学物质对进行碳定年的骨质样品进行处理的过程。在加速器质谱仪实验室对骨骼进行的物理预处理包括植物根的去除和通过粉碎缩小样品尺寸。

加速器质谱仪实验室的工作人员对提交的骨质样品进行目视检查，确定是否有明显的污染物。

使用镊子或钳子去除根。使用外科手术刀或牙钻刮去骨质样品被污染的外层。

加速器质谱仪实验室还会检查骨头的硬度。骨头柔软表明胶原蛋白可能缺失，而加速质谱仪碳14测年需要胶原蛋白。

初步去除可见污染物后，加速器质谱仪实验室的工作人员在臼和杵中粉碎骨质样品。粉碎是为了增加样品在随后的预处理过程中的表面面积。

加速器质谱仪实验室对骨头的化学预处理

不同的加速器质谱仪实验室进行的化学预处理过程可能略有不同，但往往采用相同的化学物质来处理骨质样品。

粉碎的骨质样品用稀释的冷盐酸（HCl）反复漂洗，直至羟基磷灰石被去除，胶原蛋白被分离。如果存在根，将从胶原蛋白中进一步去除。

为确保彻底清除有机酸，会使用一种碱性溶液，通常是氢氧化钠（NaOH）来清洗胶原蛋白。然而，如果胶原蛋白样品没有得到很好的保存，而清洗可能会去除余下的仍可进行测年的有机物质，则加速器质谱仪实验室会跳过碱洗这一过程。