Deutsch | English | 简体字

Datação por Radiocarbono Acelerador Massa Espectrometria

[Imprima esta página] [Envie esta página por e-mail]

• Acelerador de Espectrometria de massa detecta carbono 14 em amostras.
• Datação AMS envolve acelerar os ions a energias cinéticas extraordinariamente altas, seguido por análise de massa.
• Amostras são convertidas a grafite antes da datação por carbono AMS.
• Embora mais caro que datação radiométrica, datação AMS tem maior precisão e necessita pequenos tamanhos de amostra.
• Além de arqueologia e geologia, datação AMS é usada também em outros campos como a investigação biomédica e pesquisa em ciencias oceânicas.

Existem duas técnicas para medir radiocarbono em amostras—através de datação radiométrica e por Acelerador de Espectrometria de Massa (AMS).

As duas técnicas são usadas principalmente na determinação do teor de carbono 14 de artefatos arqueológicos e amostras geológicas. Estes dois métodos de datação por radiocarbono usam Padrões modernos tais como ácido oxálico e outros materiais de referencia. Embora ambos os métodos de datação por radiocarbono produzem resultados de alta qualidade, eles são fundamentalmente diferentes em principio.

Métodos de datação radiométrica detectam partículas beta da decomposição de átomos do carbono 14, enquanto espectrómetros acelerador de massa contam o número de átomos de carbono 14 presentes na amostra. Ambos métodos de datação por carbono têm vantagens e desvantagens.

Acelerador Massa Espectrometria

Espectrómetros de massa detectam átomos de elementos específicos de acordo com seus pesos atómicos. Eles, no entanto, não tem a sensibilidade para distinguir isobars atómicos (átomos de elementos diferentes que tem o mesmo peso atómico, como no caso de carbono 14 e nitrogénio 14—o mais comum isótopo do nitrogénio).

Fracas a física nuclear, espectrómetros de massa foram afinados para separar um isótopo raro de uma massa vizinha abundante, e um acelerador de espectrometria de massa nasceu. Um método finalmente foi desenvolvido para detectar carbono 14 em uma dada amostra e ignorar os isótopos mais abundantes que inundam o sinal de carbono 14.

Como Funciona o AMS?

Há essencialmente duas partes no processo de datação por radiocarbono através de acelerador de espectrometria de massa. A primeira parte envolve acelerar os ions a energias cinéticas extraordinariamente altas, e o passo seguinte envolve a análise de massa.

Existem dois sistemas de acelerador comummente usados para datação por radiocarbono através de acelerador de espectrometria de massa. Um deles é o ciclotrão, e o outro é um acelerador tandem electrostática.

Análise AMS via Acelerador Tandem

Após pré-tratamento, as amostras para datação por radiocarbono são preparadas para uso em um espectrómetro acelerador de massa convertendo-os em uma forma de grafite sólida. Isto é feito através da conversão das amostras em dióxido de carbono através da combustão, e em seguida, a monóxido de carbono na presença de zinco. Através de uma reacção catalítica com o ferro, monóxido de carbono é ainda mais reduzido em grafite. Queimar as amostras para converte-las em grafite, no entanto, também introduz outros elementos na amostra, como nitrogénio 14.

Quando as amostras foram finalmente convertidas em poucos miligramas de grafite, elas são pressionadas contra um disco de metal. Materiais de referencia também são pressionados contra discos de metal. Estes discos de metal são, então, montados em uma roda-alvo para que possam ser analisados em sequencia.

Ions de uma arma de césio são então disparados contra a roda-alvo, produzindo átomos de carbono negativamente ionizados. Estes átomos de carbono negativamente ionizados passam através de dispositivos de enfoque, e de uma injecção magneto antes de alcançar o acelerador tandem onde são acelerados ao terminal positivo por uma diferença de voltagem de dois milhões de volts.

Nesta fase, outros átomos carregados negativamente aso instáveis e não podem chegar ao detector. Os átomos de carbono com carga negativa, no entanto, passam para o stripper (um gás ou uma folha de metal) onde eles perdem os electrões e emergem como triplos, átomos de carbono carregados positivamente. Nesta fase, moléculas que podem estar presentes são eliminadas porque elas não podem existir em este estado triplo carregado.

Os átomos de carbono com carga positiva triple aceleram ainda mais longe do terminal positivo e passam através de outro conjunto de dispositivos de enfoque onde ocorre análise de massa.

Na análise de massa, um campo magnético é aplicado a essas partículas carregadas em movimento, que faz com que as partículas se desviem do caminho que estão viajando. Se as partículas carregadas têm a mesma velocidade mas massas diferentes, como no caso dos isótopos de carbono, as partículas mais pesadas são desviadas menos. Detectores em diferentes ângulos de deflexão então contam as partículas.

No final de uma corrida AMS, os dados recolhidos não são somente o número de átomos de carbono 14 na amostrar, mas também a quantidade de carbono 12 e carbono 13. A partir destes dados, índice de concentração dos isótopos podem ser conhecidos para permitir a avaliação do nível de fraccionamento.

Vantagens da Análise AMS

A maior vantagem que a datação por radiocarbono AMS tem sobre métodos radiométricos é o pequeno tamanho da amostra. Espectrómetros acelerador de massa só precisam de tão pouco como 20 miligramas e tão grande com 500 miligramas para certas amostras que os métodos convencionais precisam de pelo menos 10 gramas em amostras, como madeira e carvão vegetal e até 100 gramas em ossos e sedimentos. Espectrómetros aceleradores de massa geralmente precisam de tamanhos de amostras menores que os métodos convencionais por um factor de 1.000.

Datação por radiocarbono é um processo destrutivo. Assim, devido a sua capacidade de analisar as amostras, mesmo em quantidades diminutas, espectrometria acelerador de massa é o método de escolha para os arqueólogos com pequenos artefactos e aqueles que não podem destruir materiais muito caros ou raros.

Devido a sensibilidade do espectrómetro acelerador de massa, a datação por carbono de pequenas partículas como partículas de sangue, um grão, ou uma semente, se tornaram possível.

Espectrometria aceleradora de massa também leva menos tempo para analisar amostras de teor de carbono 14 em comparação com os métodos de datação radiométrica que podem levar um ou dois dias. Um espectrómetro de massa tem um tempo de execução de poucas horas por amostra.

Por ultimo, deve-se notar que as medições AMS normalmente alcançam maior precisão e menores antecedentes que os métodos de datação radiométrica.

Desvantagens da Datação por Radiocarbono AMS

Um espectrómetro acelerador de massa, embora uma ferramenta ponderosa, é também muito cara. Estabelecer e manter um acelerador de massa custa milhões de dólares.

Devido ao pequeno tamanho das amostras envolvidas, controle de contaminantes é também difícil. Pré-tratamento rigoroso é necessário para estar seguros que contaminantes foram eliminados e não conduzirão a erros substanciais durante o processo de datação por carbono.

Outras Aplicações de AMS

Acelerador de espectrometria de massa é frequentemente associado com arqueologia e datação por radiocarbono, mas esta tecnologia é também usada em outros campos de estudo como a investigação biomédica e pesquisa das ciencias oceânicas.

Espectrómetros aceleradores de massa são também usados em farmacocinética, perfil metabólico, toxicologia e microdosagem.

AMS é usado para determinar os níveis de abundancia natural de carbono 14 em oceanos bem como depósitos sedimentares de carbono. Acelerador de espectrometria de massa foi usado na construção de um mapa tridimensional da distribuição de carbono 14 em carbono inorgânico dissolvido.