放射性炭素年代測定前の考古学的骨の除染における超臨界流体抽出の効率性を評価する

Assessing the efficiency of supercritical fluid extraction for the decontamination of archaeological bones prior to radiocarbon dating.

• Thibaut Devièse
• Erika Ribechini
• Diletta Querci
• Thomas Higham

抄録

骨は考古学の建築年代学に使用される主要なサンプルの一つです。また、古生物学や古環境学などの他の研究分野でも使用されています。しかし、正確な結果を得るためには、サンプルに外因性炭素が含まれていないことが必要です。汚染は、堆積後の環境の中の様々なソースから発生する可能性がありますが、発掘や発掘後の活動（すなわち、保存材料の適用）や実験室での取り扱い中にも発生する可能性があります。そのため、放射性炭素や安定同位体測定の前に、効率的に汚染を除去することが重要である。本研究では、ユニークな溶解特性を示す超臨界CO2を用いた骨のための革新的な試料前処理法の開発について述べる。保存物質を除去するための超臨界流体抽出(SFE)の有効性を、有機溶媒(メタノール,アセトン,クロロホルム)を用いた通常の抽出法を適用した場合と比較した。次に、2つの前処理前後の骨試料の化学組成を熱分解に基づく分析技術を用いて調査した。EGA-MS（Evolved Gas Analysis-質量分析）およびPy-GC/MS（Pyrolysis-Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry）。2つの洗浄プロトコールで調製された同じ骨から抽出されたコラーゲンサンプルもまた、加速器質量分析法（AMS）によって放射性炭素年代を測定した。この研究の結果、SFEは確立された処理プロトコルと同等の効果があったため、効率的な代替方法であることが示された。それは、最小限の取り扱いで骨試料から保存材料などの汚染物質を除去し、放射性炭素年代測定室で日常的に使用できる。本研究はまた、分析熱分解が骨中の汚染物質を同定するための非常に効率的な方法であるだけでなく、試料の放射性炭素測定の前に前処理の有効性を評価するための方法であることを実証しています。

Bone is one of the main sample types used for building chronologies in archaeology. It is also used in other research areas such as palaeodiet and palaeoenvironmental studies. However, for results to be accurate, samples must be free of exogenous carbon. Contamination can originate from a wide range of sources in the post-depositional environment but may also occur during excavation and post excavation activities (i.e. with the application of conservation materials) or during laboratory handling. Efficient procedures to remove contamination are therefore crucial prior to radiocarbon or stable isotope measurements. This work describes the development of an innovative sample pretreatment for bones, based on using supercritical CO2, which shows unique solvation properties. The effectiveness of supercritical fluid extraction (SFE) to remove conservation materials was compared with that obtained when applying a routine extraction based on the use of organic solvents (methanol, acetone and chloroform). The chemical composition of the bone samples before and after the two pre-treatments was then investigated using analytical pyrolysis-based techniques: EGA-MS (Evolved Gas Analysis-Mass Spectrometry) and Py-GC/MS (Pyrolysis-Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry). Collagen samples extracted from the same bones, prepared with the two cleaning protocols, were also radiocarbon dated by Accelerator Mass Spectrometry (AMS). The results of this study show that SFE is an efficient alternative method because it was as effective as the established treatment protocol. It removes contaminants such as conservation materials from bone samples with a minimum of handling and can be used routinely in radiocarbon dating laboratories. This work also demonstrates that analytical pyrolysis is not only a very efficient method to identify contaminants in bones but also to assess the effectiveness of the pretreatment prior to the radiocarbon measurement of the samples.