碳-14

碳-14，核素符號¹⁴C，半衰期為5.70E+03a，可用於標記化合物示蹤，測定年代等。

基本介紹

• 中文名：碳-14
• 外文名：Carbon-14
• 核素符號：14C

名稱及毒性分組

（1）中文名稱：碳-14

（2）英文名稱：Carbon-14

（3）核素符號：¹⁴C

（4）原子序數：6

（5）原子質量數：14.003

（6）毒性分組：氣態或蒸氣態的¹⁴C：中毒組氣態或蒸氣態的¹⁴CO₂、¹⁴CO：低毒組

輻射特性

半衰期：5.70E+03a

監測方法

（1）空氣中¹⁴C的分析。空氣中¹⁴C以多種化學形態存在，其中最主要的是¹⁴CO₂。CO₂的採集主要有鹼液吸收法和吸附劑吸收法，最後被捕集吸收的CO₂以CaCO₃沉澱析出，用乳化閃爍液的固體懸浮物測量技術在閃液計數器上直接測量出CaCO₃中的¹⁴C放射性。其分析步驟詳見《電離輻射環境監測與評價》《空氣中¹⁴C的取樣與測定方法》（EJ/T1008—1997）。核設施排出的¹⁴C除¹⁴CO₂形式外，也有少量的¹⁴CO或¹⁴CH₄，可通過旁路系統加催化劑將CO和/或CH₄氣體轉變為CO₂氣體收集後進行測量。

（2）水樣中¹⁴C（無機碳HCO₃−）的分析。採樣時為回收1g碳，一般至少需要採集100L以上的水樣。為分析和保存，一個地表水樣至少需採集200～300L。同時注意樣品應密閉保存在不易混入空氣中CO₂的容器中（如聚乙烯塑膠瓶）並儘可能減少樣品的蒸發，採樣時不可加酸。採集到的樣品用硫酸酸化，通入高純氮驅趕出水中的CO₂收集於NaOH溶液中。再加CaCl₂生成碳酸鈣沉澱，將沉澱過濾並烘乾稱重待測量。測量方法同空氣中¹⁴C的分析，用乳化閃爍液的固體懸浮物測量技術在液閃計數器上直接測量出CaCO₃中的¹⁴C放射性。其分析步驟詳見《電離輻射環境監測與評價》。

（3）生物與土壤中¹⁴C的分析。為分析生物與土壤的¹⁴C活度濃度，首先需將樣品脫水乾燥，而後將樣品在氧氣流中加熱燃燒，使有機物分解成二氧化碳和水。分解產生的CO₂氣體捕集於鹼溶液中，加CaCl₂得到CaCO₃沉澱。CaCO₃粉末均勻懸浮於閃爍液中，測量計數率，計算得出樣品的¹⁴C活度濃度。其分析步驟詳見《電離輻射環境監測與評價》。用低本底液體閃爍計數儀測量生物樣品的¹⁴C活度濃度，CO₂吸收法為滿足最低探測限的要求，每次分析至少需要有含1g碳的CaCO₃量。因此每次至少需要處理5～10g生物乾樣，或50～100g鮮樣。

主要來源

（1）宇生放射性核素：¹⁴C是上層大氣與宇宙射線相互作用產生的中子被¹⁴N捕獲而形成的，整個地球表面的入射中子通量產生的¹⁴C原子。

（2）生產和使用（包括醫用）單位發生事故時，可造成¹⁴C對局部環境的污染。

（3）核燃料循環，核反應堆和核燃料後處理廠向環境中排放¹⁴C（¹⁴CO₂為主）。重水堆的¹⁴C主要來源於燃料和重水中的¹⁷O以及環隙氣體中的¹³C、¹⁴N等成分的活化，其中以慢化劑系統和熱傳輸系統重水中的¹⁷O（n，α）¹⁴C反應為主。

（4）大氣層核試驗產物，其中核聚變反應產生的¹⁴C量是核裂變反應產生的¹⁴C量的13倍。

用途

（1）用於標記化合物示蹤。利用¹⁴C作為示蹤劑，在農業、化學、醫學、生物學等領域中套用十分廣泛。¹⁴C的標記化合物可用於研究農作物的光合作用、含碳農藥在土壤和農作物中的殘留情況等；可用於識別化學反應的中間產物、研究反應動力學和反應途徑、研究化學鍵的形成過程、確定化學鍵的斷裂位置、研究催化劑中毒的原因等；用於診斷疾病（如¹⁴C–黃嘌呤可用於檢查肝功能）和製成低能β放射源；觀察標記的蛋白質、脂肪、胺基酸等在體內的代謝過程；觀察標記的藥物在體內的代謝行徑及由體內的排除情況。

（2）利用¹⁴C測定年代。假定近十萬年來宇宙射線的成分沒有多大變化，那么處於交換狀態的碳中的¹⁴C含量便是一個恆定值。在試驗方法上，只要測出處於交換狀態中的現代碳里¹⁴C的比活度S₀和標本中停止了交換的古老碳里¹⁴C的比活度S_A，就可以計算出標本的絕對年代。該法在考古學研究中可推算出數百年至數萬年前的木科、骨骼、毛髮和纖維製品等古生物樣品的年代，還可廣泛用於地質學、地理學、海洋學和氣象學等領域中的年代研究。