碳-14查看源代码讨论查看历史
碳-14是碳元素的一种具放射性的同位素，它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生。碳-14原子核由6个质子和8个中子组成。其半衰期约为5,730±40年，衰变方式为β衰变，碳14原子转变为氮-14原子。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，即放射性测定年代法 的一种，其他常用的还有钾-氩法测定，钾-氩法测定，热释光测定等；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。在地球上有99%的碳以碳-12的形式存在，有大约1%的碳以碳-13的形式存在，只有兆分之一（0.0000000001%）是碳-14，存在于大气中，由大气中氮与宇宙射线作用生成，其丰度基本保持不变，是生物圈中碳-14的来源。
发现
碳-14最早由加州大学伯克利分校放射性实验室的马丁•卡门（Martin Kamen）和塞缪尔•鲁宾（Sam Rubin）于1940年2月27日发现的。1949年碳-14测年方法的祖师爷Willard Libby和Arnold完成了已知年龄的考古和地质样品的测定，宣告14C测年方法的创建成功，轰动了整个考古学界和地质学界。Libby也因此在1960年获得了诺贝尔奖。 [1]
由来
碳有三种自然同位素，其中碳-14具有放射性稍微特别一点，它存在于自然界中所有的生物体中，说到碳，我们第一个想到的就是地球上充满多样性的生命形式，我们所知的每一种生物都由四种基本元素构成：碳、氮、氧、氢。但是碳是最重要、也是最特别的元素，它是有机分子的基础，是生命体的基石。
从钻石到纳米管再到DNA，碳对于构造最复杂的结构必不可少。地球上大部分的碳都来自于上一代恒星死亡时的超新星爆发，目前绝大多数以碳-12的形式存在，也就是原子核中有6个中子。在碳的总量中1.1%是以碳-13的形式存在，原子核中多了一个中子。虽然碳-13也很稳定，但在恒星中碳-13形成的频率要比碳-12低得多，所以碳-12不仅在地球上是碳的主要形式，而且在我们可观察宇宙的任何地方都应该是这个样子，这一点并不奇怪，因为走到哪物理定律都是一样的，恒星也以同样的方式聚变。
还有另外一种形式的碳它就是碳14，原子核中有8个中子的碳原子，碳-14非常罕见而且原子核本身也不稳定会发生衰变，在地球上的碳总量中只有1 /万亿的碳原子是碳-14。数十亿年前在恒星中形成的碳-14原子的半衰期为5700年，地球目前已经存在了45亿年，所以古老的恒星赋予我们的碳-14早已衰变为氮原子了。那么地球上现在的碳-14咋来的当一个原子的中子数与原子核中的质子数不匹配时，多出来的中子就觉得自己有点多余，于是原子核通常会发生以下两种方式的衰变： 一种是α衰变，即原子核发射一个氦-4原子核（两个质子和两个中子） 另一种是β衰变，即原子核中的一个中子通过发射一个电子、一个反电子中微子转变为质子。
所以在碳-14中多出来一个中子，就会经历β衰变，半衰期为5700年，衰变后的碳-14会变为氮原子，衰变过程中的重子数是守恒的。在所有的有机生命体中，当然也包括我们自己的身体，甚至是海洋中的生物体内，都存在着少量、但含量稳定的碳-14。[2]
应用领域
碳-14呼气试验
幽门螺杆菌（Hp）可引起多种胃病，包括胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡、非溃疡性消化不良、胃癌等。因此，根除幽门螺杆菌已经成为现代消化道疾病治疗的重要措施。
幽门螺杆菌可产生高活性的尿素酶。当病人服用碳14标记的尿素后，如患者的胃内存在Hp感染，胃中的尿素酶可将尿素分解为氨和碳14标记的CO2，碳14标记的CO2通过血液经呼气排出，定时收集呼出的气体，通过分析呼气中碳14标记的CO2的含量即可判断患者是否存在幽门螺杆菌感染。
相比于传统的胃镜检查，该法简单、高效、准确率高，减轻了病人的身体和精神负担。
标记化合物
碳-14标记化合物广泛应用于化学、生物学、医学领域中，采用放射性标记化合物进行示踪，具有方法简单、易于追踪、准确性和灵敏性高等特点。 [8]
利用碳-14测定年代
宇宙射线中的中子与大气中的大量存在的稳定核素氮14发生N(n,p)C反应能够产生碳14，而碳14又会发生半衰期T=5730年的β衰变变成氮14，由此构建一个核素平衡。碳14与氧气反应生成的二氧化碳被生物圈接收，活体生物体内的碳14与碳12浓度比例是一定【经测定，碳14的同位素丰度为1.2×10^(-12)】的，只有当生物死亡后，碳循环中断，碳14逐渐衰变至没有。在化石标本中采样测量碳-14的丰度，与1.2×10^(-12)比较，即可计算出生物生活的年代。
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。
宇宙射线中的中子与大气中的大量存在的稳定核素氮-14发生N(n,p)C反应能够产生碳-14，而碳-14又会发生半衰期T=5730年的β衰变变成氮-14，由此构建一个核素平衡。碳-14与氧气反应生成的二氧化碳被生物圈接收，活体生物体内的碳-14与碳-12浓度比例是一定【经测定，碳-14的同位素丰度为1.2×10^(-12)】的，只有当生物死亡后，碳循环中断，碳-14逐渐衰变至没有。在化石标本中采样测量碳-14的丰度，与1.2×10^(-12)比较，即可计算出生物生活的年代。多数和铀钍测年对同一批样品交叉使用 比如：一个化石样品含有碳-14的丰度是4.3×10^(-13)，则可计算出该化石活体生活的年代距今t=ln(No/N)T/ln2=ln[1.2×10^(-12)÷4.3×10^(-13)]×5730÷ln2≈8483.9861年（N‘=Ne^(-λt)）。
利用碳14原理测量生物基含量
放射性碳测年法适用于在工业产品中生物基含量测量,因为产品中包含了一些近代的生物质材料和石化衍生材料的组合。为此开发的标准称为ASTM D6866。
近代的生物质材料(生物基成分)含有碳14,石化衍生材料(来自石油)没有。因此所有的碳14产品来自生物基成分。对于一个包含生物质成分和石化衍生成分的产品，ASTM D6866分析将用碳14含量来计算产品中有多少是来自植物成分，有多少来自石油衍生成分。
例子: 通过ASTM D6866，100%来源石油衍生成分的聚乙烯制作的产品只有0% 的生物基含量,而一个由100%来源于植物的聚乙烯制作的产品将有一个100%的生物基含量结果。
通过ISO / IEC 17025:2005认证的BETA实验室还为全世界的产品制造商、分销商和研究人员提供生物基产品、生物燃料、垃圾衍生燃料和燃烧排放气体（CO2气体）的生物基/可再生碳含量测试。
BETA实验室利用碳-14原理进行天然产品来源测试，如香精、香料、精油、化妆品和补充剂，来识别产品中的化石衍生来源成分。[3]
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