방사성 탄소 연대 측정 의 가장 기본적인 가정 중 하나는 분석을 하는 샘플은 단지 방사능 소멸만 하며, 생물체와 상호 작용을 멈춘 후 오랫동안 다른 과정으로 인해 변하지 않는 상태로 있어야 한다는 것입니다.
하지만 이런 가정은 거의 사실이 아닙니다. 방사성 탄소 연대 측정을 하기 위해 보낸 많은 고고학 유물과 지질학적 견본은 주로 다른 물질에 끼어 있었거나 묻혀있다가 발견되어서 이런 다른 물질들의 방사성 탄소에 영향을 받았을 수도 있습니다. 이렇게 샘플의 탄소 14에 영향을 주는 탄소를 포함한 어떤 물질 모두 는 오염 물질입니다.
사전 처리에 관한 중요 사항 – 사전 처리는 최종 측정 결과에 직접적인 영향을 미치기 때문에 사전 처리를 이해하는 것이 중요합니다. 사전 처리에 대해 상담을 원하시거나, 사전 처리 후에(그리고 연대 측정 전에) 본 연구소로부터 연락을 받고 싶으시면 미리 연락 바랍니다.
목탄, 나무, 토탄 그리고 직물과 같은 재료들에는 방사성 탄소 연대 측정 전에 전형적으로 산-알칼리-산(AAA)방법으로 사전 처리를 합니다.
침전물이나 토양 같은 재료들에는 방사성 탄소 연대 측정 전에 전형적으로 산 세척(알칼리 없음)을 합니다.
무기 탄소 (탄산염)로 연대를 측정해야 하는 조개 껍질과 같은 물질들에는 전형적으로 사전 처리 전에 산 부식 처리를 먼저 합니다.
오염은 자연적으로도, 또는 인공적으로도 생깁니다. 자연적 오염은 주변에 있는 물질이 샘플로 들어와 오염 물질로 자리잡은 경우입니다. 예를 들어, 뼈를 발견한 곳의 토양에 있는 석회석이나 유기산 (부식 산 이나 풀브 산 같은)이 뼈 샘플을 오염시킬 수 있습니다. 또 다른 예로 나무, 숯, 토양에 다른 식물의 뿌리가 자란 경우입니다.
인공적 오염은 발굴 후에 수집, 보존, 포장 단계에서 사람의 손에 의해 오염 됩니다. 인공적 오염의 예로 뼈 샘플에 동물성 접착제를 사용해 이름표를 붙이는 경우입니다. 샘플 수집과 포장 단계에서 생기는 인공적 오염 물질로는 살충제, 보존 화학 물질인 폴리 비닐 초산염, 폴리에틸렌 글리콜, 담뱃재, 그리고 종이로 만든 이름표와 포장지 등입니다.
오염된 샘플의 연대 측정 결과는 자연적으로 정확하지 않습니다. 오염의 정도는 오염 물질의 종류, 오염도, 샘플과 오염 물질의 상대적 나이에 따라 다릅니다.
석회석은 지질학적으로 가장 오래된 물질이며, 어떤 고고학적 샘플보다 훨씬 더 오래되었습니다. 따라서 석회석로 오염된 샘플의 방사성 탄소 연대 측정 결과는 샘플의 실제 연대보다 훨씬 오래된 것으로 나옵니다.
부식 산과 풀브 산은 동식물이 썩으면서 자연스럽게 생깁니다. 이런 유기산에 오염된 샘플의 경우, 연대 측정 결과가 오래되었거나 젊다고 나오는데 이는 원 생명체의 나이에 따라 다릅니다.
식물의 뿌리가 나무, 숯, 토양, 뼈에 파고 들어가 자라고 있다면, 이미 최근의 탄소가 들어 갔으며, 연대 측정 결과는 샘플의 실제 연대보다 더 어리게 나옵니다.
이렇게 오염 정도에 따라 탄소 연대 측정 결과에 많은 영향을 끼칩니다. 일반적으로 최근의 오염 물질로 오염된 샘플은 샘플의 실제 나이보다 훨씬 어린 연대 측정 결과가 나오게 만들며, 엄청 오래된 오염 물질로 오염된 샘플의 연대 측정 결과는 실제 나이보다 훨씬 더 오래되게 만듭니다.
연대 측정을 하는 두 가지 방법인 방사성 연대 결정 방법과 가속기 질량 분석법(AMS), 중 어떤 방법을 사용하던 간에 분석 전 모든 존재 가능성이 있는 오염 물질을 제거해야 합니다. 이 절차를 사전 처리라 합니다.
방사성 탄소 연대 연구소는 분석을 위해 다양한 샘플을 의뢰 받지만, 모든 샘플을 다 분석할 수는 없습니다. 한 때 살아 있었던 생물체의 일부였던 물질만 연대 측정할 수 있다는 사실을 아시기 바랍니다. 흔히 측정할 수 있는 물질로는 뼈, 껍질, 나무, 숯, 토탄, 리넨, 양털, 양피지 들이 있습니다. 돌이나 금속의 경우, 유기 물질이 그 안에 섞여있지 않으면, 연대 측정할 수 없습니다.
모든 샘플에 적용할 수 있는 표준화된 사전 처리 방법은 없습니다. 샘플의 종류와 있음직한 오염 물질에 따라 사전 처리 방법은 달라 집니다. 따라서 방사성 탄소 분석을 하기 전에 샘플의 환경 조건과 샘플의 보존 방법들을 실험실에 반드시 알려 주셔야 합니다.
두 가지 사전 처리 방법이 있습니다- 물리적 사전 처리와 화학적 사전 처리.
물리적 사전 처리란 일반적으로 화학 물질을 사용하지 않고 오염 물질을 제거하는 것이며, 샘플 크기가 점차 작아집니다.
물리적 사전 처리는 주로 핀셋과 겸자를 사용해 샘플에 침투한 뿌리를 제거하는 것 입니다. 대부분의 샘플에 직접 사용하는 방법입니다. 단 예외로 뿌리들을 쉽게 구별할 수 없는 바짝 마른 토탄 샘플은 이 방법을 사용하지 않습니다.
또 다른 물리적 사전 처리 방법은 적당한 기구를 사용해 외부 층을 긁어서 오염 물질을 제거하는 것 입니다. 큰 뼈의 경우 치과용 드릴을 사용하고, 숯에 붙어 있는 오염 물질을 긁어 떼어내는 데는 수술용 메스를 사용합니다. 또한 껍질 외벽을 사전 처리하는 데는 치과용 드릴이나 연마 지를 사용합니다.
보이는 오염 물질을 제거한 후에, 추가 사전 처리 전에 샘플의 표면 면적을 늘리기 위해 적당한 방법으로 샘플을 잘게 쪼갭니다. 껍질, 암석, 뼈 샘플은 절구통에서 가루를 냅니다. 숯은 페트리 접시에서 으깹니다. 나무 샘플은 망치로 치거나, 끌로 파내거나, 갈아서 톱밥으로 만듭니다. 토양 샘플의 경우 흙 덩어리를 젖은 채로 걸러서 처리한 다음, 입자가 좋은 것이나 눈에 보이는 대형 화석으로 연대 측정합니다.
불순물을 완전히 제거하기 위해 화학적 사전 처리를 합니다. 각 연구소마다 샘플의 상태가 다 다르기 때문에 일률적으로 정해진 절차나 화학 물질 농도로 사전 처리를 하지 않습니다. 하지만 화학 물질은 같은 것으로 사용합니다.
숯, 나무, 대부분의 토탄, 직물은 전형적으로 산-알칼리-산(AAA) 방법으로 처리 합니다. 일부 논문에서는 이 방법을 Acid-Base-Acid (ABA)라고도 합니다. 이 AAA 사전 처리는 샘플을 뜨거운 염산 (HCI)으로 세척하고, 그 후 염화 나트륨 (NaOH)으로 세척을 합니다. 그리고 최종적인 염산으로 다시 세척한 다음에 말립니다. 오래된 나무나 매우 심하게 오염된 나무 샘플에 AAA 방법으로 처리하여 섬유소 추출을 합니다.
어떨 때는 AAA 방법을 사용하지 않고 오직 산 세척만 하는 경우도 있습니다. 방사성 탄소가 많이 함유되어 있지만 알칼리 용액에 녹는 샘플에 사용합니다.
뼈는 콜라겐을 추출하기 위해 차가운 HCI로 사전 처리 하는데, 이 콜라겐은 방사성 탄소 연대 측정 시 필요한 부분입니다. 이차 유기 산을 없애기 위해 알칼리 세척을 합니다. 샘플이 잘 보존되지 않아서 추가 세척을 하면 모든 유기 물질이 없어지게 될 경우, 알칼리 세척은 생략합니다.
껍질이나 석회석 물질과 같은 샘플들에는 방사성 탄소 연대 측정 전에 산 부식을 합니다.
