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请问科学家是如何根据元谋人的牙齿中的碳12知道元谋人是170万年前的人呢?

lclblsh 2006-09-06
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碳14
自然界中碳元素有三种同位素,即稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C,14C的半衰期为5730年,14C的应用主要有两个方面:一是在考古学中测定生物死亡年代,即放射性测年法;二是以14C标记化合物为示踪剂,探索化学和生命科学中的微观运动。

一、利用宇宙射线产生的放射性同位素碳——14来测定含碳物质的年龄,就叫碳——14测年。已故考古学家厦鼐先生对碳——14测定考古年代的作用,给了极高的评价:“由于碳——14测定年代法的采用,使不同地区的各种新石器文化有了时间关系的框架,使ZG的新石器考古学因为有了确切的年代序列而进入了一个新时期。

那么,碳——14测年法是如何测定古代遗存的年龄呢?

原来,宇宙射线在大气中能够产生放射性碳——14,并能与氧结合成二氧化碳形后进入所有活组织,先为植物吸收,后为动物纳入。只要植物或动物生存着,它们就会持续不断地吸收碳——14,在机体内保持一定的水平。而当有机体死亡后,即会停止呼吸碳——14,其组织内的碳——14便以5730年的半衰期开始衰变并逐渐消失。对于任何含碳物质,只要测定剩下的放射性碳——14的含量,就可推断其年代。

碳——14测年法分为常规碳——14测年法和加速器质谱碳——14测年法两种。当时,Libby发明的就是常规碳——14测年法,1950年以来,这种方法的技术与应用在有了显著进展,但它的局限性也很明显,即必须使用大量的样品和较长的测量时间。于是,加速器质谱碳——14测年技术发展起来了。

加速器质谱碳——14测年法具有明显的独特优点。一是样品用量少,只需1~5毫克样品就可以了,如一小片织物、骨屑、古陶瓷器表面或气孔中的微量碳粉都可测量;而常规碳——14测年法则需1~5克样品,相差3个数量级。二是灵敏度高,其测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16;而常规碳——14测年法则与之相差5~7个数量级。三是测量时间短,测量现代碳若要达到1%的精度,只需10~20分钟;而常规碳——14测年法却需12~20小时。

正是由于加速器质谱碳——14测年法具有上述优点,自其问世以来,一直为考古学家、古人类学家和地质学家所重视,并得到了广泛的应用。可以说,对测定50000年以内的文物样品,加速器质谱碳——14测年法是测定精度Z高的一种。

二、碳-14标记化合物的应用。

碳-14标记化合物是指用放射性14C取代化合物中它的稳定同位素碳-12,并以碳-14作为标记的放射性标记化合物。它与未标记的相应化合物具有相同的化学与生物学性质,不同的只是它们带有放射性,可以利用放射性探测技术来追踪。

自20世纪40年代,就开始了碳-14标记化合物的研制、生产和应用。由于碳是构成有机物三大重要元素之一,碳-14半衰期长,β期线能量较低,空气中Z大射程 22cm,属于低毒核素,所以碳-14标记化合物产品应用范围广。至80年代,国际上以商品形式出售的碳-14标记化合物,包括了氨基酸、多肽、蛋白质、糖类、核酸类、类脂类、类固醇类及医学研究用的神经药物、受体、维生素和其他药物等,品种已达近千种,约占所有放射性标记化合物的一半。

以碳-14为主的标记化合物在医学上还广泛用于体内、体外的诊断和病理研究。用于体外诊断的竞争放射性分析是本世纪60年代发展起来的微量分析技术。应用这种技术只要取很少量的体液(血液或尿液)在化验室分析后,即可进行疾病诊断。由于竞争放射性分析体外诊断的特异性强,灵敏度高,准确性和精密性好,许多疾病就可能在早期发现,为有效FZ疾病提供了条件。

碳-14标记化合物作为灵敏的示踪剂,具有非常广泛的应用前景。

参考资料:
1.碳14是碳的一种具放射性的同位素,于1940年首被发现。它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生,其半衰期约为5,730年,衰变方式为β衰变,碳14原子转变为氮原子。
2. 由于碳14半衰期达5,730年,且碳是有机物的元素之一,生物在生存的时候,由于需要呼吸,其体内的碳14含量大致不变,生物死去后会停止呼吸,此时体内的碳14开始减少。人们可透过倾测一件古物的碳14含量,来估计它的大概年龄,这种方法称之为碳定年法。
11 0 2006-09-07 0条评论 回复
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14C测年方法的基本原理

在自然界中碳有两种稳定同位素12C,13C和放射性同位素14C。14C是由宇宙射线和大气上层中的气体原子发生核反应而生成的,这些生成的14C不断地扩散到整个大气层、生物圈、沉积物和海洋等交换贮存库中。由于14C也在不断衰变,因此在各交换贮存库中的14C含量将会达到平衡。处于这种交换状态的含碳物质一旦脱离交换且一直处于封闭状态,则其中的14C不再得到补充,只会按衰变规律逐渐减少。假定长期以来宇宙射线的强度没有改变,即14C的产生率不变,则只要测出该含碳物质中14C减少的程度,就可以按照基本的衰变公式推算出考古事件或地质事件的年代。

常规14C测年已有五十余年的历史,其原理已为大家所熟知,即通过测量样品的放射性活度来确定样品年代,如常用液体闪烁计数器等核物理仪器探测并计数样品中14C衰变发射出的β粒子。

用加速器质谱方法(AMS)进行14C测年是七十年代末发展起来的一项核分析技术。这项技术将14C离子加速到百万电子伏特以上的能量,通过各种手段分离干扰粒子后,用重离子探测器直接对14C原子进行计数。和常规14C测年方法相比,AMS具有样品用量少和测量时间短的优点,特别适合珍贵样品的测量。常规14C衰变法测年所需样品含碳量一般为1-5g ,而AMS仅需1-5mg左右,在某些特殊情况下甚至可测量含碳0.1mg以下的样品。AMS测量现代炭样品达到1%的精度只需10-20分钟,常规衰变法需10个小时以上。当然,和常规14C测年方法相比,AMS也有设备耗资大,测量过程复杂的问题。

应该指出的是,以上无论常规法对放射性活度的测量和AMS对14C原子的计数都是相对测量,需要和两个基准样品进行比较。一是本底样,即应该不含任何14C的样品。由于各种因素如样品的沾污等,本底样的14C测量结果并不是为零,在进行其他样品的测量时要减去这一本底,以确保反映样品中真实的14C水平。另一个是现代碳标准,其14C含量应相当于处于交换状态下含碳物质的14C水平。现代碳标准的选取是一个复杂的问题,这里不作讨论。北京大学14C实验室采用的是ZG糖碳标准。
3 0 2006-09-07 0条评论 回复
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