Isotopenfraktionierung verstehen

Die isotopische Fraktionierung von stabilen Kohlenstoffisotopen Kohlenstoff-13 (C13) und Kohlenstoff-12 (C12) bezieht sich auf die Fluktuation in dem Kohlenstoffisotop Verhältnis als eine Funktion ihres Atomgewichtes als Ergebnis von natürlichen biochemischen Prozessen. (Taylor, 1987). Variationen als solches stehen nicht in Beziehung zu Zeit oder dem natürlichen radioaktiven Zerfall. In den Radiokohlenstoff Labors ist es alltäglich, die Radiokohlenstoffaktivitäten für die Probenfraktionierung zu korrigieren. Die sich ergebenden Alter werden als „normiert” bezeichnet, was bedeutet, dass die gemessene Aktivität im Hinblick von VPBD um -25 o/oo (Promille) abgewandelt wird. Der Korrekturfaktor muss dem konventionellen Radiokohlenstoffalter addiert oder von ihm subtrahiert werden.

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Die Beta Analytic Gebühren enthalten in Verbindung mit der C14 Analyse schon δ13C Messungen. Unser Labor bietet, außer für Wasserproben, ebenfalls δ13C Messungen an, die NICHT mit der C14 Datierung in Verbindung stehen. Bitte senden Sie dem Labor eine E-Mail, um die Preise zu erfahren.

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Signifikanz der Messung der Isotopenfraktionierung

Um korrekte und präzise Radiokohlenstoff Bestimmungen liefern zu können, ist es erforderlich, die “Isotopenfraktionierung” mittels den stabilen Isotopen 13C und 12C zu korrigieren. Dieser Korrekturfaktor wirkt Fehlern entgegen, die durch metabolische und respiratorische Verlaufsunterschiede zwischen dem modernen Referenzstandardmaterial und dem Probenmaterial aufkommen können. Die Messeinheit wird als “δ13C” bezeichnet.

Beta Analytic misst zwei δ13C-Werte:
– Ein Wert wird angewendet, um die Gesamtfraktionierung (natürlich, chemisch und AMS) zu korrigieren. Dieser Wert wird nicht berichtet, sondern verwendet, um das korrekte “konventionelle Radiokohlenstoffalter” zu ermitteln.
Wichtig: Terminologie wie “konventionelles Radiokohlenstoffalter” in Berichtskonventionenindiziert, dass das Ergebnis gemäß Isotopenfraktionierung korrigiert wurde.

– Beta misst darüber hinaus einen zweiten δ13C-Wert in einem Isotopenverhältnis-Massenspektrometer (IRMS δ13C). Dieser Wert ist repräsentativ für die Probe selbst und erscheint im Bericht. Dieser Wert ist in der Literatur anzugeben.

Wird der “AMS δ13C” Wert berichtet, ist dies irreführend und offen für Fehlinterpretationen. Forscher, die mit Radiokohlenstoffdaten arbeiten, sollten sich immer im Klaren darüber sein, ob es sich bei dem in ihrer Forschung verwendeten δ13C-Wert, um IRMS δ13C oder AMS δ13C handelt. Der AMS δ13C Wert, kann nicht für Studien des diätetischen oder Stoffwechselwegs verwendet werden. Bei von Beta berichtete δ13C-Werte handelt es sich immer um mittels IRMS gemessene Werte.

Vorkommen und Messung der isotopischen Fraktionierung

AMS lab

Die Fraktionierung in der Natur während des Transfers von Kohlenstoff bewirkt Veränderungen in der gleichmäßigen Verteilung von Kohlenstoffisotopen (C12, C13 und C14). Craig (1953) hat als erster erkannt, dass bestimmte biochemische Prozesse das Gleichgewicht zwischen den Kohlenstoffisotopen verändern. Einige Prozesse, wie beispielsweise die Photosynthese, ziehen ein Isotop den anderen vor, daher ist nach der Photosynthese das Isotop C13 im Vergleich zu den natürlichen Verhältnissen in der Atmosphäre um 1,8 % dezimiert (Harkness, 1979). Umgekehrt ist der in den Meeren gelöste anorganische Kohlenstoff allgemein in Relation zum atmosphärischen Kohlendioxid um 0,7 % reicher an C13.

Das Ausmaß der isotopischen Fraktionierung auf das C14/C12 Verhältnis (was exakt gemessen werden muss) ist ungefähr doppelt so hoch wie das im δ13C Verhältnis gemessene. Wenn die isotopische Fraktionierung in natürlichen Prozessen erfolgt, kann eine Korrektur durch die Messung des Verhältnisses des Isotops C13 zum Isotop C12 in der zu datierenden Probe erfolgen. Das Verhältnis wird unter Verwendung eines normalen Massenspektrometers ermittelt. Die isotopische Zusammensetzung der gemessenen Probe wird als Delta C13 (dC13) ausgedrückt, das den Promille Unterschied zwischen dem Kohlenstoff 13 Inhalt der Probe und dem internationalen PDB Standardkohlenstoff ausdrückt (Keith et al., 1964; Aitken, 1990). Ein dC13 Wert stellt dann die Promille-Abweichung vom PDB Standard dar. PDB bezieht sich auf die Kreidezeit Belemniten Formation in Peedee, Südkalifornien USA. Die Nomenklatur wurde kürzlich in VPDB geändert (Coplen, 1994).

Der DeltaC13 Wert einer Probe kann wichtige Informationen im Hinblick auf die Umwelt, aus der die Probe stammt oder die Mischung von Materialien, die zu ihrer Erstellung verwendet wurden erbringen, da der Isotopwert der Probe die isotopische Zusammensetzung der direkten Umgebung widerspiegelt. Im Fall von Schalentieren beispielsweise, besitzen Meeresmuscheln typischerweise einen dC13 Wert von zwischen -1 und +4 o/oo (Promille), dagegen besitzen Flussmuscheln einen Wert von zwischen -8 und -12 o/oo (Promille). In Fällen, in denen die genaue Umwelt der Muscheln nicht bekannt ist, ist es dann möglich, die wahrscheinlichste Umwelt mit der Analyse des dC13 Ergebnisses zu bestimmen.

Die Fraktionierung beschreibt auch die Veränderungen in den Isotopenverhältnissen von Kohlenstoffen, die durch nicht natürliche Ursachen entstanden sind. Beispielsweise können Proben im Labor mit verschiedenen Mitteln fraktioniert werden: Unvollständige Umwandlung einer Probe aus der einen Phase zur anderen oder von einem Teil des Labors zu einem anderen. Bei der Flüssigszintillationszählung z.B. kann eine unvollständige Synthese von Azetylen während der Lithiumkarbid Präparation zu einem geringen Ergebnis und gleichzeitig Fraktionierung ergeben. Gleichermaßen kann der Transfer von Gasen in einem Vakuumsystem einen Fraktionierungsfehler mit sich bringen, wenn das Probengas nicht die Möglichkeit hat, sich über das ganze Volumen auszudehnen. In einer derartigen Situation können Atome mit größeren oder geringeren Atomgewichten bevorzugt werden. Wenn allerdings die gesamte Probe vollständig von einem zum anderen Zustand umgewandelt (z. B. fest zu Gas, Azetylen zu Benzol) wird, dann wird keine vom Labor induzierte Fraktionierung vorkommen.

Konventionelle Radiokohlenstoffalter (BP) und C13/12 Korrektur

Damit eine Radiokohlenstoff Messung, als konventionelles Radiokohlenstoffalter (auch CRA) bezeichnet werden kann, werden eine Reihe von Parametern verwendet, die von Stuiver und Polach (1977) im Radiocarbon Journal skizziert wurden. Bei der Messung eines CRA wird für die Vergangenheit ein zeitunabhängiger Level von C14 Aktivität angenommen. Die Aktivität dieses hypothetischen Grades an C14 Aktivität ist gleich der Aktivität des absoluten internationalen Radiokohlenstoff Standards.

Das Konventionelle Radiokohlenstoffalter BP wird unter Verwendung der ‘Radiocarbon Decay Equation’ berechnet.

t=-8033 ln(Asn/Aon)

Hier stellt -8033 die mittlere Lebensdauer von C14 dar (Stuiver und Polach, 1977). Aon ist die Aktivität in Zähler pro Minute des modernen Standards, Asn ist der äquivalente Zähler pro Minute Wert für die Probe. In stellt den natürlichen Logarithmus dar.

Ein CRA umfasst folgende empfohlenen Konventionen:

  • eine Halbwertzeit von 5.568 Jahren;
  • die Verwendung von Oxalsäure I oder II als moderner Radiokohlenstoffstandard;
  • Korrektur um die isotopische Fraktionierung (deltaC13) der Probe um einen normierten oder Grundwert von -25,0 Promille relativ zum δ13C Verhältnisses im Karbonat Standard VPDB
  • die Verwendung von 1950 AD als 0 BP, z. B. alle C14 Alter gehen auf die Zeit von 1950 zurück;
  • die Annahme, dass alle C14 Reservoire über die Zeit konstant geblieben sind.