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Entwicklung und Validierung einer Methode zur Bestimmung des Todeszeitpunkts von Elefanten durch Bestimmung von 14C und 228Th/232Th in Elfenbein

Brunnermeier, Matthias - Universität Regensburg (2012)


Ziel dieser Arbeit ist es einfache, robuste und nachweisstarke Analysemethoden für die Radionuklide 14C, 228Th und 232Th in der Matrix Elfenbein zu optimieren und zu validieren. Die Bestimmung von 14C erfolgt über die "Direkte Absorptionsmethode" und anschließende LSC Messung. Zuerst muss das Elfenbein verbrannt werden. Der darin enthaltene Kohlenstoff wird dabei als Kohlenstoffdioxid aus der Matrix freigesetzt und in Natronlauge absorbiert. Daraus kann der Kohlenstoff in Form von Calciumcarbonat durch Zugabe von Calciumchlorid ausgefällt werden. Aus dem isolierten Niederschlag wird anschließend erneut Kohlenstoffdioxid durch Zugabe von Säure freigesetzt. Nach Reinigung wird es von einem speziellen Szintillationscocktail, Oxysolve C-400, absorbiert. Anhand der Gewichtszunahme des Cocktails kann die gespeicherte Menge an Kohlenstoffdioxid und damit auch die Menge an Kohlenstoff errechnet werden. Aus der anschließenden LSC Messung ergibt sich die Zählrate. Die wird auf die im LSC Vial gespeicherte Menge an Kohlenstoff bezogen. Damit erhält man die Zählrate normiert auf die absorbierte Masse an Kohlenstoff. Diese Größe wird mit der eines 14C Standards in Bezug gesetzt und man erhält die relative spezifische Aktivität in der Einheit percent modern carbon (pMC). Die optimierte Methode liefert Ergebnisse mit einer Präzision von etwa ±4% bei einem Vertrauensniveau von 95%. Die Richtigkeit der Ergebnisse wurde anhand der Analyse eines zertifizierten Standards überprüft. Die ermittelten Ergebnisse waren im Rahmen der Bestimmungsunsicherheiten mit dem angegebenem Wert identisch.

Die Optimierung der Thoriumanalytik hatte das Ziel die Ausbeute zu erhöhen. Die bisherige Analysenvorschrift beinhaltet eine säulenchromatographische Aufkonzentrierung von Thorium, gefolgt von einem säulenchromatographischen Reinigungsschritt. Die Herstellung des Dünnschichtpräparats zur alpha-spektrometrischen Messung erfolgt über Elektroplattierung. Um die Konzentration an Thorium während den einzelnen Analyseschritten verfolgen zu können, wurde sowohl die Photometrie als auch die ICP-OES auf ihre Eigenschaften zur Detektion von Thorium in den verschiedenen Lösungen getestet. Dabei zeigte sich die ICP-OES als die robustere, nachweisstärkere Methode. Mit dieser wurden dann die einzelnen Teilschritte der bestehenden Thoriumanalytik getestet. Nur in einem Schritt zeigten sich größere Ausbeuteverluste. Durch Anpassung des Elutionsvolumens konnte dies verhindert werden. Weiterhin wurde die Aktivität des Ausbeutetracers 229Th überprüft. Daraus ergab sich eine nun praktisch quantitativ arbeitende Thoriumbestimmung. Die Thoriumbestimmung wurde ebenfalls mittels eines unabhängig zertifizierten Standards validiert. Das Ergebnis ist, dass die Thoriumbestimmung richtige und präzise Ergebnisse innerhalb der angegebenen Unsicherheiten liefert.

Die Kenntnis des 14C Gehalts und des Verhältnisses an 228Th zu 232Th in Elfenbein kann zur Ermittlung des möglichen Todeszeitraums von Elefanten genutzt werden. Der bestimmte 14C Gehalt wird mit dem aus einer Bombenkurve verglichen. Diese repräsentiert den 14C Gehalt in der Biosphäre in Abhängigkeit der Jahreszahl. Aufgrund der Kurvenform können dem 14C Gehalt einer Probe meist zwei mögliche Zeiträume zugeordnet werden. Um aus den beiden Zeiträumen den wahrscheinlicheren auszuwählen, wird das Verhältnis aus 228Th zu 232Th verwendet. Gemäß der Theorie liegt dieses Verhältnis bei eins, wenn der Tod ca. 60 Jahre zurückliegt. Ist es deutlich größer als eins, ist der Tod erst vor kurzer Zeit eingetreten. In 19 unabhängig datierten Proben wurden die genannten Nuklide bestimmt und die daraus resultierenden Todeszeiträume ermittelt. Die aus den 14C-Werten ermittelten Todeszeiträume stimmen sehr gut mit den angegebenen überein. Bei Thorium konnte die Tendenz der Theorie gefunden werden, allerdings zeigen sich größere Abweichungen des Verhältnisses von 228Th zu 232Th auch bei Proben von ähnlichem Alter.

Der Test der Methode an 5 Proben unbekannten Alters führte in 4 Fällen zu einem konkreten Ergebnis. In einem Fall widersprechen sich die Ergebnisse der 14C- und der Thoriumanalyse, so dass ohne weitere Informationen keine Aussage möglich ist.

Weiterhin gibt es auch noch andere Nuklide, die eine Datierung von Elfenbein ermöglichen könnten. Zum einen wären die Werte der spezifischen Aktivität von 228Ra in Elfenbein in diesem Zusammenhang interessant. Aber auch das Verhältnis von 210Po und 210Pb in Elfenbein könnte eine Aussage über den Todeszeitpunkt eines Elefanten ermöglichen, wobei die erhaltenen Ergebnisse noch keinen Rückschluss auf die Eignung dieser Methode geben.


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