碳14鑑定

自然界中碳元素有三種同位素，即穩定同位素12C、13C和放射性同位素14C。

14C由美國科學家馬丁·卡門與同事塞繆爾·魯賓於1940年發現。

一、利用宇宙射線產生的放射性同位素碳—14來測定含碳物質的年齡，就叫碳—14測年。已故著名考古學家夏鼐先生對碳—14測定考古年代的作用，給了極高的評價：“由於碳—14測定年代法的採用，使不同地區的各種新石器文化有了時間關係的框架，使中國的新石器考古學因為有了確切的年代序列而進入了一個新時期。

那麼，碳—14測年法是如何測定古代遺存的年齡呢？

原來，宇宙射線在大氣中能夠產生放射性碳—14，並能與氧結合成二氧化碳形後進入所有活組織，先為植物吸收，後為動物納入。只要植物或動物生存着，它們就會持續不斷地吸收碳—14，在機體內保持一定的水平。而當有機體死亡後，即會停止呼吸碳—14，其組織內的碳—14便以5730年的半衰期開始衰變並逐漸消失。對於任何含碳物質，只要測定剩下的放射性碳—14的含量，就可推斷其年代。

碳—14測年法分為常規碳—14測年法和加速器質譜碳—14測年法兩種。當時，Libby發明的就是常規碳—14測年法，1950年以來，這種方法的技術與應用在全球有了顯著進展，但它的侷限性也很明顯，即必須使用大量的樣品和較長的測量時間。於是，加速器質譜碳—14測年技術發展起來了。

加速器質譜碳—14測年法具有明顯的獨特優點。一是樣品用量少，只需1～5毫克樣品就可以了，如一小片織物、骨屑、古陶瓷器表面或氣孔中的微量碳粉都可測量；而常規碳—14測年法則需1～5克樣品，相差3個數量級。二是靈敏度高，其測量同位素比值的靈敏度可達10-15至10-16；而常規碳—14測年法則與之相差5～7個數量級。三是測量時間短，測量現代碳若要達到1%的精度，只需10～20分鐘；而常規碳—14測年法卻需12～20小時。

正是由於加速器質譜碳—14測年法具有上述優點，自其問世以來，一直為考古學家、古人類學家和地質學家所重視，並得到了廣泛的應用。可以説，對測定50000年以內的文物樣品，加速器質譜碳—14測年法是測定精度最高的一種。

二、碳-14標記化合物的應用。

碳-14標記化合物是指用放射性14C取代化合物中它的穩定同位素碳-12，並以碳-14作為標記的放射性標記化合物。它與未標記的相應化合物具有相同的化學與生物學性質，不同的只是它們帶有放射性，可以利用放射性探測技術來追蹤。

自20世紀40年代，就開始了碳-14標記化合物的研製、生產和應用。由於碳是構成有機物三大重要元素之一，碳-14半衰期長，β期線能量較低，空氣中最大射程 22cm，屬於低毒核素，所以碳-14標記化合物產品應用範圍廣。至80年代，國際上以商品形式出售的碳-14標記化合物，包括了氨基酸、多肽、蛋白質、糖類、核酸類、類脂類、類固醇類及醫學研究用的神經藥物、受體、維生素和其他藥物等，品種已達近千種，約佔所有放射性標記化合物的一半。

以碳-14為主的標記化合物在醫學上還廣泛用於體內、體外的診斷和病理研究。用於體外診斷的競爭放射性分析是本世紀60年代發展起來的微量分析技術。應用這種技術只要取很少量的體液（血液或尿液）在化驗室分析後，即可進行疾病診斷。由於競爭放射性分析體外診斷的特異性強，靈敏度高，準確性和精密性好，許多疾病就可能在早期發現，為有效防治疾病提供了條件。

自然界存在3種碳的同位素，它們的相對原子質量比例是12：13：14，分別用碳-12、碳-13、碳-14來表示。前二者是穩定同位素。碳-14則有放射性。它在大氣中存在，在大氣高空層中，因宇宙射線中子和大氣氮核作用而生成。它在大氣中與氧結合成C4O2分子，與二氧化碳(CO2)的化學性能是相同的。因此，它與二氧化碳混合一起，參予自然界的碳交換運動。它因光合作用而被植物吸收、並貯存在植物之中。人和動物需要食用植物，於是也在人體和動物體內存留。生物在存活期間，他們不斷地從大氣中獲取這種放射性碳。但是任何一種動物或植物一旦死亡，它就停止吸收，而且會使存留體內的這種放射性碳不斷減少。大約在5730年間，它的含量可以衰減一半。因此，物理學家將5730年稱為半衰期。由此可知，只要用儀器測出樹木、穀物、人骨、獸骨等生物遺骸中現有的碳-14含量，與它原始的碳-14水平相比，就可以推算出它們在多少年前死亡，進而可以推斷與它們共存的遺存(諸如建築遺址、墓葬或其它遺物)距今已有多少年了。

碳14的半衰期為5730年，也就是説經過5730年後原來碳14的含量只剩下一半了，再過5730年後就只剩一半的一半，雖然碳14不斷地在衰減，但是新的碳14也在大氣圈外層源源不斷地產生，基本上可以“收支平衡”，使得大氣圈內地碳14總體含量保持不變13.56dpm/g carbon。大家可以想象一下，植物通過光和作用吸收二氧化碳，動物吃植物，還要呼吸。所以每個活着地生命體內的碳元素總在與外界進行交換，從而也保持了空氣中基本的水平。一旦生命體死去了以後，它再也無法吸收新的碳14，而體內的碳14又在衰減。前面我們講過放射性元素的衰變是時間的函數，碳14也不例外。不論颳風還是下雨，經過5730年後一半的碳14就會衰變為氮並釋放出β粒子（一個電子）。所以我們就可以根據死亡生命體內碳14的含量得出其死亡的年齡。

經過5個半衰期之後，也就是不到三萬年，碳14就會衰減到一半的一半的一半的一半的一半，呵呵，大概只有原來的1%了，再往後碳就變成死碳了，也就是説很難找到碳14的蹤跡。因此碳十四測年的範圍就很窄了只有大概五萬年而已 .