MOLEKULÁRNĚ-SPECIFICKÁ RADIOUHLÍKOVÁ ANALÝZA

Význam tématu

Metoda molekulárně-specifické radiouhlíkové analýzy (CSRA) rozšiřuje možnosti konvenčního radiouhlíkového datování tím, že cílí na jednotlivé organické sloučeniny (biomarkery) izolované ze složitých vzorků. Umožňuje stanovit stáří materiálů, které by kvůli heterogenní povaze nebo sekundární kontaminaci zůstaly nedatovatelné. Tento přístup nachází uplatnění v archeologii, environmentální geochemii, paleoklimatologii i v dalších disciplínách, kde je nutné oddělit a datovat konkrétní molekuly s přímou vazbou na sledovaný proces.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem referátu je seznámit čtenáře s principy CSRA, prezentovat základní chromatografické techniky používané k izolaci cílených sloučenin a ukázat jejich aplikace na lipidické a proteinové biomarkery. Text shrnuje vývoj metody od poloviny 90. let, technické nároky na přístrojové vybavení a klíčové příklady datování mastných kyselin v keramice, organických látek v sedimentech či aminokyselin kolagenu.

Použitá metodika a instrumentace

Celkový workflow CSRA zahrnuje:

• Extrahci a případnou hydrolýzu vzorků (např. lipidy z keramiky, kolagen z kostí, biomarkery ze sedimentů).
• Preparativní plynovou chromatografii (PCGC) s programovatelným split/splitless vstřikovacím systémem (PTV) a kapilárními kolonnami (cyklický dimethylpolysiloxan), detekci FID a frakčním sběrem Gerstel (6 nezávislých kolektorů).
• Preparativní kapalinovou chromatografii (PLC) s vysokokapacitními kolonami (normální i reverzní fáze, iontově-výměnné interakce) pro polární či vysoce molekulární látky (aminokyseliny, GDGTs).
• Převod izolovaných frakcí na CO2 (spalování v EA nebo přímo ve skelné vatě) a následnou redukci na grafit pro měření urychlovačovou hmotnostní spektrometrií (AMS). V některých zařízeních se využívá přímé spojení elementárního analyzátoru s AMS (EA-AMS) a vynechání grafitizace.
• Monitorování procesu pomocí procesních standardů a pozaďových vzorků pro kvantifikaci případné kontaminace cizorodým uhlíkem.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda CSRA umožnila:

• Datovat stopy mastných kyselin (C16:0, C18:0) adsorbovaných v archeologické keramice s přesností řádu desetiletí. Bezrozpouštědlové „solventless trapping“ sběrací kapiláry vyřešily otázku kontaminace organickými výplachy.
• Stanovit radiouhlíkové stáří organických sloučenin v jezerních a mořských sedimentech (lineární alkany C27–C31, alkenony, GDGTs, půdní aminokyseliny) a lépe tak rekonstruovat paleoklimatické a geochemické proměny.
• Oddělit a datovat 4-hydroxyprolin z kolagenu kostí starších než 40 000 let BP, kde celkový kolagen vykazuje vysokou izotopovou a molekulární heterogenitu.
• Zdůraznit význam pečlivé kontroly kontaminace – příspěvek cizorodého uhlíku se zvyšuje s klesajícím množstvím analyzované látky a stářím vzorku.

Přínosy a praktické využití metody

CSRA nabízí klíčové výhody:

• Možnost datovat konkrétní molekuly v heterogenních nebo kontaminovaných vzorcích.
• Využití ve výzkumu archeologických artefaktů, sedimentárních procesů či paleoekologických studií.
• Redukce nejistot způsobených různím původem uhlíku a sekundárními zásahy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry vývoje CSRA:

• Rozšíření aplikace solventless sběru frakcí na další třídní biomarkery (alkeny, alkenony, terpenoidy).
• Integrace EA-AMS pro automatizaci a snížení minimálních hmotností C pod 100 µg bez grafitizace.
• Vývoj nových sorpčních materiálů a vysoce selektivních kolonn pro zrychlení preparačních kroků.
• Uplatnění v environmentálním a forenzním průzkumu, sledování biosignatur v půdě, vodě či organických residuích.

Závěr

Molekulárně-specifická radiouhlíková analýza představuje významný pokrok v datování komplexních vzorků. Díky kombinaci selektivní separace biomarkerů PCGC/PLC a vysoké citlivosti AMS lze získat spolehlivé stáří i u nízkých koncentrací analyzované sloučeniny. Klíčovým předpokladem úspěchu je důsledná kontrola kontaminace a validace celého postupu standardními a pozaďovými vzorky.

Reference

1. Hajdas I., Ascough P., Garnett M. H., Fallon S. J., Pearson Ch. L., Quarta G., Spalding K. L., Yamaguchi H., Yoneda M.: Nat. Rev. Methods Primers 1, 62 (2021).
2. Světlík I., Dreslerova D., Limburský P., Tomášková L.: Archeologické rozhledy 59, 80 (2007).
3. Rosenheim B. E., Day M. B., Domack E., Schrum H., Benthien A., Hayes J. M.: Geochem. Geophys. Geosyst. 9, Q04005 (2008).
4. Mollenhauer G., Rethemeyer J.: IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 5, 1 (2009).
5. Ingalls A., Pearson A.: Oceanography 18, 18 (2005).
6. Tuniz C., Bird J. R., Fink D., Herzog G. F.: Accelerator Mass Spectrometry: Ultrasensitive Analysis for Global Science. CRC Press, Florida (1998).
7. Kusch S., Mollenhauer G., Willmes C., Hefter J., Eglinton T. I., Galy V.: Org. Geochem. 157, 104259 (2021).
8. Devièse T. a kol.: Nat. Commun. 10, 1 (2019).
9. Bronk Ramsey C.: Archaeometry 50, 249 (2008).
10. Wang X.-C., Druffel E. R. M., Griffin S., Lee C., Kashgarian M.: Geochim. Cosmochim. Acta 62, 1365 (1998).