Radiocarbone

Solides

Les prétraitements physiques et chimiques varient en fonction du type de matériau et de l’environnement de dépôt dont il provient. Il y a deux étapes:

Le prétraitement physique consiste souvent à retirer les radicelles à l’aide de pinces ou à gratter la couche extérieure des os ou du bois, suivi de l’étape de prélèvement où l’on prélève le meilleur matériau ou l’on broie l’échantillon à une taille plus petite. Pour plus de détails sur les techniques de préparation des échantillons, veuillez vous référer à Crann et al, 2017.

Le prétraitement chimique varie en fonction du matériau à dater. Par exemple, un lavage acide-alcalin (AAA) utilise le HCl pour éliminer les carbonates, le NaOH pour éliminer l’acide humique, et le HCl à nouveau pour neutraliser l’échantillon et éliminer tout CO2 introduit pendant le lavage alcalin. Entre chaque étape, l’échantillon est rincé avec de l’eau hautement purifiée (Milli-Q). Pour plus de détails sur les techniques de préparation des échantillons, veuillez vous référer à Crann et al, 2017.

Pour les échantillons solides, une fois que l’échantillon a subi un prétraitement physique et chimique, il est lyophilisé et prêt pour la combustion, ce qui produit du CO2 pour la graphitisation. Selon l’âge, la teneur en carbone et les exigences du client, la combustion a lieu sur un analyseur élémentaire, qui purifie le gaz, et le CO2 propre est piégé dans des tubes en pyrex de 6 mm.

Le carbone élémentaire est produit à partir de CO2 à 550-570°C en présence d’un catalyseur en poudre de Fe préconditionné (réduit) suite à la réaction de Bosch de réduction de l’hydrogène:

CO2 + 2H2 → C + 2H20

Le laboratoire de préparation du 14C est équipé de lignes de graphitisation à 10 ports semi-automatisées de conception nouvelle (ci-dessous). La ligne de vide, l’ensemble de refroidissement, les fours et les commandes sur écran tactile sont supportés par un seul châssis. Les lignes à vide en acier inoxydable ont été soudées en orbite pour assurer des joints intérieurs plus lisses et pour minimiser l’adhérence du CO2 et la contamination croisée. L’ensemble de refroidissement a été conçu pour fournir un refroidissement égal et uniforme pour chaque module de réaction afin d’optimiser l’extraction de l’eau pendant la graphitisation.

Toutes les opérations sur la ligne sont contrôlées par un moniteur à écran tactile utilisant Labview. Les températures et les pressions des fours et des pièges à eau sont surveillées en permanence et les fours et les vannes sont tous commandés par un programme, ce qui facilite l’automatisation. Les contrôles de sécurité sont programmés dans le logiciel pour éviter les erreurs humaines, la perte d’échantillons ou les accidents de vide. Ces caractéristiques d’automatisation et de sécurité contribuent à une conception simplifiée, rendant la graphitisation facile, sûre et conviviale pour l’opérateur. Pour plus d’informations sur l’équipement semi-automatique de purification du CO2 et de graphitisation, veuillez vous référer à St-Jean et al, 2017.

Eaux et gas

Le carbone inorganique dissous (CID) et le carbone organique dissous (COD) dans l’eau douce:

Le volume d’échantillon approprié est choisi pour cibler 1mgC en fonction de la concentration de [CID] ou de [COD]. Pour l’extraction du CID, l’échantillon est ajouté à une bouteille de réaction en verre borosilicate à fond rond cuite et pré-nettoyée avec de l’acide phosphorique à 85 %. La bouteille est chauffée à 60°C pendant au moins 1 heure, l’espace de tête est rempli d’hélium, et le gaz est ensuite transféré dans une ligne à vide pour une purification cryogénique, ou jeté si seul le DOC est souhaité. Le COD est extrait par une technique d’oxydation humide inspirée de Zhou et al. (2015) et Lang et al. (2016). On ajoute ~8ml de solution oxydante de persulfate de sodium (400g/L) à l’eau de la CID avec 1mL de catalyseur AgNO3 0.5N, et le récipient est chauffé à 95°C pendant au moins 60 minutes. Une fois que l’échantillon a refroidi, l’espace de tête est rempli d’hélium. Le CO2 provenant de la CID ou de la COD est purifié cryogéniquement sur une ligne d’extraction sous vide, qui est piégée dans un brise-jet en pyrex de 6 mm de diamètre extérieur précuit contenant quelques grains d’argent cobaltifère (préalablement cuit à 500°C pendant deux heures) pour éliminer les espèces ou les halogènes porteurs de S. Le sceau de rupture scellé est cuit pendant la nuit à 200 °C, de sorte que le soufre est éliminé par le cobalt d’argent (Palstra & Meijer, 2014).

Combustion du méthane (CH4):

L’échantillon est brûlé en CO2 selon les méthodes de Pack et al. 2015. En résumé, le CH4 dans l’espace de tête est prélevé dans une bouteille à bouchon septum au moyen d’une seringue étanche aux gaz. La seringue et le volume mort dans l’aiguille sont rincés avec du He pour éliminer la contamination atmosphérique. L’échantillon est injecté dans une ligne de combustion avec un porteur d’air comprimé ultra-zéro à un débit de 10 ml/min. Le CO2 est d’abord séparé cryogéniquement de l’échantillon, puis un piège à CO (four à 300°C rempli de CuO pour oxyder le CO en CO2) est installé, suivi d’un second piège à CO2. Le méthane est brûlé dans un four tubulaire à 975°C rempli de CuO (régénéré par le flux constant d’air UZ). Toute l’eau produite par la combustion est séparée du CO2, et celui-ci est transféré dans une conduite sous vide piégée dans un sas en pyrex de 6 mm de diamètre extérieur précuit contenant quelques grains d’argent cobaltifère (préalablement cuit à 500°C pendant deux heures). Le joint de rupture scellé est cuit pendant la nuit à 200°C, de sorte que le soufre est éliminé par le cobalt d’argent (Palstra & Meijer, 2014).

Gaz (CX):

Les échantillons de gaz nécessitant une purification au CO2 sont soumis dans une bouteille en verre hermétique avec des septa. Le CO2 est extrait de l’échantillon de gaz par un transporteur d’hélium. Le volume de la bouteille d’échantillon est rincé au minimum 10 fois à 200 ml/min et le CO2 est piégé cryogéniquement sur un piège en U emballé avec de la laine d’argent. Après la période d’extraction, le flux d’hélium est coupé et l’échantillon est transféré dans une ligne sous vide pour une purification cryogénique avec une bouillie d’éthanol à -80°C pour éliminer l’eau et les autres gaz non condensables. Le CO2 est ensuite transféré dans un sceau de rupture en pyrex de 6 mm de diamètre extérieur précuit contenant quelques grains de cobalt d’argent (préalablement cuit à 500°C pendant deux heures). Le joint de rupture scellé est cuit pendant la nuit à 200 °C, de sorte que le soufre est éliminé par le cobalt d’argent (Palstra & Meijer, 2014).

Pour plus d’information sur le traitement des échantillons d’eau et de gaz à l’AEL-SMA, veuillez vous référer à Murseli et al., 2019.

Les échantillons sont réduits en graphite selon les méthodes décrites ci-dessus. Pour plus d’information sur l’équipement semi-automatique de purification du CO2 et de graphitisation, veuillez vous référer à St-Jean et al, 2017.

Exemples d’échantillons

Pour l’analyse des échantillons d’os, on extrait du collagène (code média « B »). Envoyez toujours des échantillons d’os propres et secs, car les échantillons humides peuvent contenir des moisissures qui peuvent entraîner une détérioration du collagène. La partie dure de l’os (os cortical) est idéale et on évite généralement la partie spongieuse.

Veuillez présélectionner les échantillons d’os avant de les envoyer au laboratoire. Les échantillons d’os peuvent ne pas produire de collagène si le collagène a été dégradé ou si l’os a été carbonisé. Comme le collagène maintient la partie inorganique de l’os ensemble, la façon la plus simple de vérifier l’adéquation est d’essayer de gratter l’os avec un scalpel ou de le casser à la main. Si l’os est friable et facile à gratter ou à casser (à l’exception des petites côtes ou des os d’oiseaux), le collagène a probablement été dégradé. Lorsque les os ne parviennent pas à produire de collagène en laboratoire, nous essayons une seconde fois. Les deux premières tentatives ratées ne sont jamais facturées, mais nous nous réservons le droit de facturer l’extraction de collagène à la discrétion du personnel du laboratoire, surtout si l’os a une teneur en azote négligeable (telle que mesurée en laboratoire).

Pour les dents, la dentine est la plus fiable pour la datation car l’émail échange du carbone avec l’environnement. La racine de la dent (qui est la dentine) pourrait avoir une meilleure conservation du collagène si elle était protégée pendant un certain temps dans l’os. La dentine a également une teneur initiale en collagène plus élevée.

L’ultrafiltration (code de média « BU ») peut être demandée. La théorie est que l’ultrafiltration va concentrer les molécules de protéines intactes plus longues et peut être utilisée pour éliminer les protéines à chaîne plus courte plus susceptibles de provenir de contaminants.

Le rendement en collagène, C:N atomique, δ13C et δ15N (par EA-IRMS) est rapporté avec toutes les dates de collagène osseux comme mesure d’assurance qualité.

L’âge radiocarbone du bois correspond à l’année de croissance de l’anneau. Selon la question de recherche, la date la plus appropriée sera souvent celle des anneaux extérieurs de l’arbre ou des petites branches. La majorité des échantillons de bois subiront un prétraitement AAA (voir Crann et al. 2017), mais lorsque l’on souhaite obtenir des différences d’une année sur l’autre pour le F14C, les cernes individuels des arbres seront soumis à une extraction de cellulose α sur demande. Essayez de n’expédier que du bois sec et veuillez enlever l’écorce si vous le pouvez.

Les échantillons de charbon de bois doivent être prélevés, flottés ou tamisés de tout sédiment d’accompagnement. Avant l’expédition, veuillez faire sécher les échantillons de charbon de bois pendant 12 à 24 heures à des températures inférieures à 70°C. Inspectez visuellement tous les échantillons et retirez les radicelles ou tout autre signe de contamination physique. Nos méthodes de prétraitement chimique (code de média « AAA ») élimineront les carbonates post-dépôt ainsi que les acides humiques.

CONSULTATION NÉCESSAIRE : Lorsqu’un laboratoire de préparation des échantillons a été mis en place dans un laboratoire externe, nous pouvons accepter des matériaux prétraités pour la combustion directe. Une consultation est nécessaire pour s’assurer que le laboratoire externe ne présente aucun risque de contamination par des traceurs et que les protocoles de prétraitement appropriés sont respectés. Nous n’accepterons pas de matériel prétraité sans que les normes anciennes et modernes aient été traitées en même temps que les échantillons inconnus. Nous pouvons fournir des aliquotes de normes.

Les échantillons doivent être envoyés au laboratoire dans des bouteilles en verre borosilicate (c’est-à-dire Wheaton) précuites (500 °C pendant 3 heures) avec un joint septum (bouchon à vis ou à sertir). Les concentrations (ppmC) sont requises au moment de la soumission. Idéalement, chaque échantillon devrait produire au minimum 1mgC (2mgC est idéal) ; veuillez prélever des échantillons en conséquence. Des concentrations minimales sont requises pour l’analyse du CH4 (1-2% v/v) ; veuillez nous contacter avant d’envoyer les échantillons.

Les chercheurs demandent parfois de dater les fractions d’acide humique (soluble en milieu alcalin) et d’humine (insoluble en milieu alcalin) des sédiments en vrac ou de la tourbe. La théorie générale est que les acides humiques percolent vers le bas et donnent lieu à une datation radiocarbone plus jeune. Cependant, ce n’est pas toujours le cas et il est donc important de tester cette méthode avant de procéder à de nombreuses analyses.

Dans de nombreux environnements lacustres, les macrofossiles sont la fraction organique préférée utilisée pour la datation. Les macrofossiles comprennent le charbon, le bois, les plantes, les os, les coquillages et les graines – et non les radicelles. Nous recommandons d’isoler les macrofossiles à l’aide de pinces ou par tamisage dans de l’eau distillée et déionisée. L’identification doit être faite avant l’expédition. Les macrofossiles (à l’exception de la coquille) subiront le prétraitement standard AAA. Les sédiments en vrac peuvent contenir du carbone provenant de plus d’un réservoir et cela peut parfois entraîner un effet de réservoir d’eau douce, comme dans les régions d’eau dure ou les lacs où le vieux carbone est entraîné du bassin versant lors de la fonte printanière ou des inondations. Cela dit, les sédiments en vrac sont largement utilisés pour la datation au radiocarbone, en particulier dans les cas où les macrofossiles ne sont pas disponibles. Si vous utilisez des sédiments en vrac, assurez-vous d’enlever les radicelles. Pour les échantillons en vrac, une consultation peut être nécessaire pour déterminer si un simple lavage acide (code de milieu « A »), une méthode AAA ou une analyse spécifique du composé est nécessaire, mais la plupart du temps seul un lavage acide est effectué pour donner une véritable signature « en vrac ».

La tourbe peut être analysée soit comme macrofossiles sélectionnés, soit comme matière en vrac. Si les macrofossiles sont expédiés, ils doivent être rincés dans de l’eau déionisée, distillée ou ultra-pure (Milli-Q) pour éliminer les sédiments résiduels, et idéalement séchés avant l’expédition pour éviter les moisissures. Les échantillons de tourbe en vrac contiennent souvent un composant limoneux et un composant végétal. Les deux peuvent être datés séparément ou ensemble. Veuillez retirer les radicelles visibles avant l’expédition et ne pas les expédier dans du papier d’aluminium car elles pourraient se dégrader. Les échantillons subiront un traitement AAA, sauf indication contraire.

Le prétraitement physique des coquilles consiste à enlever la couche extérieure de la coquille avec une perceuse à main ou un scalpel ainsi que les zones calcaires ou recristallisées pour isoler uniquement l’aragonite. Les échantillons peuvent subir un prétraitement chimique en laboratoire impliquant la dissolution de la coquille la plus externe dans du HCl dilué (code de milieu « S »). Les échantillons très petits ou en poudre ne subiront pas cette étape de prétraitement (code de milieu « SN »). Il n’est pas conseillé de stocker les carbonates en poudre pendant de longues périodes car la grande surface expose l’échantillon à la contamination par le CO2 atmosphérique. Si la pulvérisation de l’échantillon est nécessaire pour l’échantillonnage par forage ou de zones spécifiques de poudre, nous recommandons de le faire sous un gaz inerte (c’est-à-dire N2, Ar, etc.). Les échantillons en poudre doivent être stockés dans de petits flacons en verre et envoyés immédiatement au laboratoire. Si les échantillons sont d’origine marine, le client doit également fournir une correction de réservoir marin (∆R) sur le formulaire de soumission approprié à son site de collecte pour être incorporé dans l’étalonnage des résultats.

Si l’utilisation de 14C enrichi (c’est-à-dire de 14C traceur) est suspectée sur un site d’étude ou dans le laboratoire d’un utilisateur, une série de tests par frottis doit d’abord être effectuée pour écarter les niveaux bruts de contamination au 14C avant d’envoyer des échantillons à l’AEL-SMA pour analyse du radiocarbone.

Les tests sont effectués à l’aide d’un compteur à scintillation liquide. Pour effectuer un frottis, un filtre en fibre de quartz pré-brûlé et humidifié avec du méthanol est frotté sur une surface suspectée d’être contaminée par le traceur 14C (compteurs de laboratoire, hottes, réfrigérateurs/congélateurs, poignées de porte, compteurs courants de magasins scientifiques, etc.). L’utilisateur doit veiller à porter des gants et à les changer entre les points de frottement. Les filtres sont séchés à l’air libre, puis enveloppés dans du papier d’aluminium antiadhésif et placés dans un sac Ziploc étiqueté avec l’endroit où ils ont été frottés et envoyés au laboratoire pour y être testés, accompagnés d’une copie imprimée du formulaire de soumission. Des filtres vierges (uniquement mouillés au méthanol) doivent également être envoyés. Un kit de balayage peut être envoyé sur demande. Veuillez nous contacter avant d’effectuer un test de frottement.

Veuillez vous référer à notre protocole d’échantillonnage de l’eau: Lalonde-SMA_14C-Protocole d’échantillonnage de l’eau