Caffeina come differenziare il prodotto naturale da quello sintetico 1

La misura dell'età con il carbonio-14

Nel campo della datazione archeologica, il carbonio-14 (14C) è un isotopo radioattivo utilizzato per determinare l'età di materiali organici. Questo isotopo si forma nell'atmosfera terrestre a causa dell'interazione dei raggi cosmici con l'azoto atmosferico.

Tuttavia, la quantità di 14C presente in un campione è estremamente bassa. Poiché la sua emivita è di 5730 anni, in un breve periodo di tempo solo una piccola frazione del numero totale di atomi di 14C presenti nel campione registrerà la sua presenza attraverso il decadimento radioattivo. Pertanto, per ottenere una misura precisa dell'età, è necessario assicurarsi di avere un numero sufficiente di atomi di 14C nel rivelatore per avere un numero significativo di decadimenti in un tempo ragionevole. Questo implica la necessità di avere campioni contenenti diversi grammi di materiale.

Oggi, la presenza di 14C può essere rilevata utilizzando la spettrometria di massa ultrasensibile (AMS), anche nota come spettrometria di massa con acceleratore. Questa tecnica consente di ottenere risultati altrettanto precisi in pochi minuti e utilizzando solo pochi milligrammi di campione. L'AMS non si basa sul decadimento radioattivo per rilevare il 14C, ma estrae letteralmente e conta gli isotopi di carbonio-14, carbonio-13 e carbonio-12 presenti nel campione.

atomi di C nel campione e allo stesso tempo determina la quantità degli isotopi stabili C e C

La spettrometria di massa con acceleratore (Accelerator Mass Spectrometry o AMS in inglese) si differenzia dalle altre forme di spettrometria di massa per la sua capacità di poter separare un isotopo raro da quelli molto più abbondanti nel campione (ad esempio C da C ). La tecnologia utilizzata permette di eliminare totalmente molecole isobare, e in molti casi anche di separare nuclei isobari (ad esempio il N dal C ).

I campioni sono preparati per essere utilizzati in uno spettrometro di massa con acceleratore convertendoli in grafite solida. Questo avviene convertendo i campioni in anidride carbonica con successiva grafitizzazione in presenza di un catalizzatore metallico. Bruciando i campioni per convertirli in grafite, tuttavia, si introducono nel campione anche altri elementi come l'N.

In seguito, ioni positivi vengono sparati sui campioni da una pistola al cesio.

producendo atomi dicarbonio ionizzati negativamente. Il fascio che si genera dallo sputtering non è composto solo da 12 13 14C, C e C ma anche da altri isobari come ad esempio CH₂ (12) CH(13) ecc. Questi ioni passano inizialmente attraverso uno spettrometro di massa a campo settoriale per entrare poi in un acceleratore con due stadi che operano in tandem per accelerare le particelle. La prima parte dell'acceleratore è quella a bassa energia e gli ioni vengono attratti e accelerati verso la zona centrale. Nel punto di connessione tra gli stadi gli ioni impattano con un sottile strato di materia (gassosa o un foglio di carbonio), perdono elettroni e riemergono come ioni con tripla carica negativa. In questa fase, eventuali molecole presenti vengono eliminate, poiché non possono esistere in questo stato di tripla carica. Gli ioni ora negativi vengono accelerati in direzione opposta al centro elettrostatico dell'acceleratore (altamente positivo) che in

La tecnica dell'Accelerator Mass Spectrometry (AMS) viene utilizzata per determinare la concentrazione di isotopi di carbonio in un campione. Questa tecnica sfrutta il fatto che gli isotopi di carbonio hanno masse diverse.

Il processo di AMS inizia con l'ionizzazione del campione, che viene bombardato con particelle cariche. Gli atomi nel campione vengono ionizzati, cioè vengono privati degli elettroni esterni, diventando ioni positivi.

Successivamente, gli ioni positivi vengono accelerati attraverso un acceleratore di particelle. Durante l'accelerazione, gli ioni vengono separati in base alla loro massa. Gli ioni più leggeri vengono accelerati più velocemente degli ioni più pesanti.

Dopo l'accelerazione, gli ioni passano attraverso un magnetometro, che attrae gli ioni negativi. Gli ioni rimasti vengono deviati dal loro percorso. Se le particelle cariche hanno la stessa velocità, ma masse differenti, come nel caso degli isotopi di carbonio, le particelle più pesanti subiscono una deviazione minore.

I rilevatori posti a diversi angoli di deviazione contano quindi le particelle. Al termine del ciclo AMS, i dati raccolti non includono solo il numero di atomi di carbonio-14 nel campione, ma anche la quantità di atomi di carbonio-12 e carbonio-13. Con questi dati, è possibile conoscere il rapporto di concentrazione degli isotopi.