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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由美国科学家马丁·卡门与同事塞缪尔·鲁宾于1940年发现。

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。已故著名考古学家夏鼐先生对碳—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，使中国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全球有了显著进展，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测年法是测定精度最高的一种。

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，空气中最大射程 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，为有效防治疾病提供了条件。

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。

碳有碳一12、碳一13、碳一14三种同位素。其中，碳一12占98．89％ ，碳一13占1．11％ ，它们性质稳定，无放射性，碳一14占1．2×10^(-10)％ ，有放射性，碳一14的这一特殊性质，在考古学上发挥了重要作用。碳一14的半衰期为5730年，也就是说每5730年有一半的原子变成了另一种元素的原子，而另一半碳一14未发生变化。这是碳一14可用来推算动植物年龄的重要条件，另一重要依据是：在宇宙射线强度基本不变的情况下，高层大气中的氮原子核在太阳射来的高能粒子流的作用下产生碳一14，同时碳一14又自发地进行D衰变。这样，碳一14的生成和衰变达到动态平衡，使大气中的碳一14含量保持不变。在大气和活的有机体中，碳一12和碳一14的比值是相同的。那么，碳一14是怎样进入有机体的呢?有机体死亡后又如何变化呢?碳一14进入有机体依靠的是植物的光合作用,

首先，碳一14与氧气结合生成14CO2，通过上述变化生成葡萄糖，成为有机体的重要成分或为人体

所食用吸收，而当有机体死亡后，因新陈代谢停止，碳一14无法得到补充，由于衰变使碳一14含量不断减少，每隔5730年就减少一半，因此化石和遗体中碳一12和碳一14的比例发生变化。时间越久远，碳一14的含量就越少，根据公式P=2^(-t/5730) ，求出动植物死亡的年代，其中t是从动植物死亡到测量时的时间间隔，单位为年，P是出土动植物残骸中碳—14和碳—12的含量比与现在大气中碳—14和碳—12的含量比的比值。放射性同位素的半衰期越长，如铀一238的半衰期为4．5×10 年，越能用来测定更古老物体的年龄，用铀一238可以测得太阳系的年龄为45亿年。

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