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Beta Analytic 범위 및 측정 한계

Beta 연구소의 방사성 탄소 연대측정 실험실은 ISO/IEC 17025:2017 승인을 받아 다음과 같은 화학 분석 실험을 합니다.

고고학 물질/ 지질학 물질/ 물

유기 물질과 탄산염 물질

  • 실험 종류:  안정 동위 원소 비율 측정, δ13C, δD, δ15N, δ18O 측정
  • 사용 기술 방법:  Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) 와 Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS)
  • 범위:  -200 per mil to 100 per mil
  • 측정 한계:
    안정 동위원소IRMSCRDS
    δ13C250 – 10,000 mV
    δ15N1,000 – 10,000 mV
    δ18O1,000 – 35,000 mV17,000 – 23,000 mV
    δD1,000 – 35,000 mV17,000 – 23,000 mV

측정 한계의 배경

AMS Dating Detection Limits액체 섬광 계수기 (liquid scintillation counting )나 질량 가속 분석기로 방사성 탄소 연대측정을 하는 경우에 측정 한계에 대한 실제적인 배경에 대해 오랫동안 토의, 연구가 되어 왔습니다.

일부 연구소는 단 한번의 샘플 분석을 통해 48000 +/- 500나53000 +/- 2500와 같은 결과를 내놓지만, Beta 연구소의 자체 연구에 따르면 단 한번의 분석으로 작성한 보고서는 잘못된 결과를 가져 오게 할 수 있다고 합니다. Beta 연구소는 중신세대의 석탄으로 만든 똑같은 흑연을 7개로 쪼개서 7개의 다른 AMS실험실로 보내 연대 측정을 해봤는데 42,000년에서 53,000년 사이에 서로 다른 연대측정 결과를 받았습니다.

여러 국제 방사성 탄소 보정 연구는 이런 측정 한계의 다양성을 보여주며 화석 샘플들은 여러 다양한 결과 범위를 보여주며 또한 항상 다른 결과를 보여줍니다.

Beta 연구소는 분석한 물질과 기초 재료의 연대가 완전히 일치할 경우에 한해 가장 보수적이며 실질적인 한계를43,500 BP로 정했습니다. 이 연대는 Beta 연구소의 실험실 자체 AMS 한계로 보자면 상당히 믿을만한 수치입니다. Beta 연구소는 43,500 BP 이상의 연대 측정 결과에 대해서는 명확한 연대 결과로 보고하지 않으며 이 정도나 이하의 샘플에 대해서는 단지 “43,500 BP 이상” 이라고만 보고합니다.

AMS 방사성 탄소 연대측정

가속 질량 분석기(AMS)는 탄소 연대 측정을 하기 위해 특별히 고안된 최신 기술의 기기입니다. 현재 Beta 연구소는 여러 대의 가속 질량 분석기를 가지고 있어서 하루에 25개에서 30개의 샘플을 분석할 수 있습니다. 각 기기는 두 개의 SNICS (Source of Negative Ions by Cesium Sputtering) 이온 발생기를 가지고 있어서 가속 질량 분석기에서 SNICS의 고장으로 인해 기기가 멈추는 것에 항상 대비하고 있습니다. 또한 여분의 부품들을 항상 보유하고 있어서 고장에 대비하고 있으며, 특히 쉽게 고장이 나거나 수리하는데 시간이 많이 걸리는 부품들을 항상 지속적으로 다량 보유하고 있습니다.

상대적 측정 결과와 가정에 기대지 않고 정확한 전체 분별 수정을 하기 위해 기기 내에서 탄소13과 탄소12의 연속 투입으로 탄소13/탄소13 비율을 측정합니다. (일부 낙후된 기기에 한해서) 탄소14, 탄소13, 탄소 12의 연속 투입으로 탄소14/탄소12 비율, 탄소14/탄소12 비율을 같이 사용하여 연대 측정 계산을 할 수 있습니다. 탄소14/탄소12, 탄소14/탄소12, 탄소13/탄소12 비율을 동시에 축적하게 되면 지속적으로 품질 관리를 할 수 있습니다. 이렇게 각각 비율을 계산하면 3개의 각기 다른 측정 값으로 분석 중 동위 원소 진로가 안정하다는 것을 보여줍니다.

가속 질량 분석기에서 탄소13/탄소12 비율을 측정 (가장 정확한 일반 방사성 탄소 연대/pMC을 알기 위한 전체 분별에 대한 보정)에 더해서, 샘플의 탄소13/탄소12 비율을 동위원소 비율 질량 분석기 (isotope ratio mass spectrometer)에서 분석합니다. Beta 연구소는 연구소 자체에 2대의 Thermo-Finnegan Delta Plus Isotope Ratio Mass Spectrometers가 있어서 각 기계가 하루에 70개의 샘플을 측정할 수 있습니다. 두 대의 기기가 실험실에 있어서 한 대가 고장이 나서 기기가 멈춰서도 걱정이 없습니다.

결과를 산출하기 전에 각 샘플에 대해서 여러 기기로 실험합니다. 음극 전류, 추출 전류, 세슘 포커스 전류, 탄소-14/탄소-12의 고 에너지, 탄소-14/탄소-13 비율의 고 에너지, 탄소-13/ 탄소-12 비율의 저 에너지, 탄소-12 전류의 저 에너지, 탄소13/탄소-12 전류의 저 에너지, 통과된 탄소-14의 숫자 등이 포함되어 있습니다. 이런 실험들에 통과가 되면, 미지 물질에 대한 현재 값의 분별을 계산하기 위해 현재의 표준인 옥살 산끼리의 비율과 옥살 산 내부의 비율을 사용합니다.

샘플 휠 사이의 오염을 없애기 위해 작동 시작과 끝에 최소한 2번 기초 물질을 측정합니다. 미지 샘플의 측정 결과의 정확성을 위해 6개의 현대 기준 물질 측정을 하며, 4개에서 5개의 연대가 알려진 품질 관리 기준 물질 측정을 합니다.

탄소 안정 동위 원소 비율 측정

탄소13/탄소12 비율을 측정하게 되면, 현대의 기준 물질과 비교하여 각 샘플에서 동위 원소의 분별 정도에 따라 (추가나 감소) 측정한 탄소14의 연대를 보정할 수 있습니다. 만약에 측정하지 않으며, 연대 측정 계산에서 한가지를 가정해야 합니다.

동일 물체일 경우에 이 추정 값은 측정 값과 거의 유사합니다. 하지만 C3 (전형적인 경재 나무)와 C4 (예로 옥수수) 경로 식물과 CAMS 경로 식물 (예로 유카)이 섞여있을 지도 모르는 식물 샘플에 대해서는 이 추정 값은 굉장히 중요합니다. 만약에 이 측정을 하지 않으면 정확성에서 250년의 오차가 생길 수 있습니다. 또한 뼈 샘플의 경우 연대 측정 분석을 위해 추출한 단백질의 순수 정도를 제공해 줄 수 있기 때문에 중요합니다.

2020년 5월 업데이트