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» » » Nueva técnica de datación por carbono

En Italia, los físicos han desarrollado una nueva forma de datar con carbono la edad de las muestras. A diferencia de los métodos actuales, que incluyen unos equipos de laboratorio grandes y costosos, esta nueva técnica se puede llevar a cabo con un equipo portátil de bajo costo. Según los investigadores, su aplicación puede extenderse a los procedimientos biomédicos, la vigilancia del medio ambiente, la física fundamental y de detección de explosivos.

La datación por carbono es una herramienta esencial de la arqueología moderna, ya que permite conocer la edad de una muestra biológica, determinada a partir de la radiactividad de sus compuestos de carbono. El carbono-14 es un isótopo radiactivo producido en la alta atmósfera por los rayos cósmicos, y representa uno de cada 1012 átomos de carbono de cada organismo vivo. Cuando un organismo muere, ya no absorbe el carbono, por lo que el número de átomos de carbono-14 disminuye. Con un promedio de vida de alrededor de 5.730 años, es un plazo de tiempo que lo hace ideal para la investigación de la historia humana.

Sin embargo, para las muestras de hace unos 50.000 años o más, el espectrómetro acelerador de masas (AMS) es el único método lo suficientemente sensible para detectar las cantidades remanentes de carbono-14. Esto requiere ionizar los compuestos de carbono, acelerándolos hasta energías extremadamente altas con un acelerador de partículas, y desviar las rutas de los iones con un campo eléctrico. El equipo necesario para hacer esto es demasiado grande y costoso.

Enfocando las vibraciones

Ahora, Paolo de Natale y sus colegas, del Instituto Nacional de Óptica y el Laboratorio Europeo de Espectroscopia no lineal, ambos en Florencia, Italia, han desarrollado una alternativa mucho más barata y, según ellos dicen, casi con igual sensibilidad. Este nuevo método se basa en la espectroscopia de infrarrojos con láser, capaz de medir los modos de vibración de las moléculas. Cualquier tipo específico de molécula absorberá solamente la luz infrarroja en una energía que guarda correspondencia con sus modos de vibración. Por lo tanto, se puede medir la concentración de una molécula en particular en una muestra, ajustando el láser a una energía adecuada y midiendo la cantidad de luz absorbida.

Los modos de vibración del dióxido de carbono difieren ligeramente dependiendo de si el átomo de carbono es carbono-14 o carbono-12. Al quemar una muestra y realizar la espectroscopia de infrarrojos láser en el dióxido de carbono producido, los científicos pueden calcular la proporción de carbono-14 en la muestra original y deducir, por tanto, su edad. Sin embargo, debido a las fluctuaciones en la salida del láser, esto nunca ha sido lo suficientemente sensible para el uso de las dataciones.

De Natale y sus colegas, han superado este problema mediante el uso de una técnica que ya dieron a conocer el año pasado, llamada espectroscopia por saturated absorption cavity ring-down (SCAR). SCAR consiste en disparar el láser dentro de una cavidad con un espejo en cada extremo, básicamente se va "rellenando" la cavidad con la luz que rebota hacia delante y hacia atrás. Se apaga entonces el láser, y se efectúa la medición de la velocidad a la que va desentegrándose la intensidad de la luz en la cavidad o "bajada de anillos" (rings down). La medición con SCAR se hace con la cavidad llena de la muestra de dióxido de carbono, lo que va afectando a la tasa de desintegración, ya que la luz es absorbida por las moléculas. Debido a que la luz del láser es inyectada en la cavidad de antemano y se apaga durante la medición, el SCAR no se ve afectado por las fluctuaciones de la intensidad del láser. Otra ventaja de esta técnica, es que, las múltiples reflexiones aseguran que la luz interactúa con el gas durante un tiempo mucho más largo que si el láser se disparara sólo a través de la muestra.

Margen de mejora

Midiendo con rapidez, los investigadores fueron capaces de determinar la proporción que contenía de carbono-14. Midieron concentraciones tan bajas de radiocarbono como de cuatro partes por 1014. Los mejores equipos de AMS (teniendo en cuenta que son 10 veces más caros y 100 veces más grandes que el prototipo de SCAR), pueden alcanzar una parte por 1015, aunque De Natale cree que su sistema puede aún ser mejorado más. Señala que el carbono-14 se utiliza también para aplicaciones biomédicas, en el que los niveles de precisión del AMS no son tan necesarios. "Hay pequeños espectrómetros de masas que, en principio, podrían ahora ser sustituido por el SCAR, a pesar de que su sensibilidad todavía no esté al nivel del mejor de los espectrómetros de masas", explica.

Según De Natale, en el futuro esta técnica podría ser adaptada para detectar pequeñas cantidades de otras moléculas raras. Esto podría permitir utilizarse para controlar concentraciones de contaminantes peligrosos en el medio ambiente, detectar drogas o explosivos en pasajeros en los aeropuertos, o para realizar investigaciones de física fundamental.

"Es una medición increiblemente sensible de pequeñas cantidades de este isótopo tan raro", señala David Nelson, científico atmosférico de Aerodyne Research en EE.UU. Sin embargo, señala que los beneficios de esta técnica realizada sobre el dióxido de carbono, "es extraordinariamente fuerte en línea con los infrarrojos, pero que al utilizarla con otras moléculas, no se conseguirá la misma sensibilidad".

La investigación se describirá en un próximo número de Physical Review Letters.

  • Referencia: PhysicsWorld.com, 2 diciembre 2011, por Tim Wogan
  • Imagen: carbono 14

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Editor del blog Pedro Donaire

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