Kalibrierung des Messgeräts

Die Kalibrierung verfolgt den Zweck, den physikalischen Wirkungsgrad eines Messgeräts zu ermitteln. Dazu wird ein Standard benötigt, der eine bekannte Aktivität aufweist. Für diese Arbeit steht ein¹⁴C Standard der Internationalen Atom Energie Behörde (IAEA) zur Verfügung. Es handelt sich um IAEA C-3 Cellulose, deren¹⁴C Gehalt in der Einheit pMC gegeben ist. Der Wert ist (129,41 ± 0,06) pMC und der δ¹³C Wert ist (-24,91 ± 0,49)h [46]. Für die Bestimmung der Blindwertzählrate R0 steht ebenfalls ein von der IAEA zertizierter Standard zur Verfügung, IAEA C-1 Carrara Marble. Dessen¹⁴C Ge-halt ist 0,0 pMC [46]. Zusätzlich wurden Blindwerte auch mit Calciumcarbonat p.a. und Natriumhydrogencarbonat p.a. hergestellt, da die gemessenen Zählraten im Rahmen der Messgenauigkeit nicht von denen der Präparate mit dem zertizierten Blindwertstan-dard abweichen.

In dieser Arbeit wird der ¹⁴C Gehalt der zu messenden Proben als relative spezische Aktivität von ¹⁴C in der Einheit pMC angegeben (vgl. 2.2.5). Deswegen wird statt des

üblichen physikalischen Wirkungsgrads direkt die Zählrate des absoluten internationalen Standards normiert auf die Kohlenstomasse rabs berechnet. Mit dieser Gröÿe können dann direkt die pMC Werte unbekannter Proben berechnet werden (vgl. Gleichung 2.19).

Statt der Aktivitäten können in diese Gleichung direkt die entsprechenden Zählraten ein-gesetzt werden, da der physikalische Wirkungsgrad und die Emissionswahrscheinlichkeit identisch sind und sich damit kürzen.

Insgesamt wurden 5 Kalibrierkampagnen durchgeführt. Eine davon wurde durch Götz [12] im Rahmen eines Forschungspraktikums durchgeführt. Zwei der Datensätze entstan-den mit Präparaten hergestellt nach der Standardmethode und drei der Datensätze mit Präparaten nach der optimierten Methode. Die Messzeit je Einzelmessung betrug 1000 min. In den folgenden Abbildungen sind im linken Diagramm die Nettozählrate normiert auf die jeweils im Präparat gespeicherte Kohlenstomasse ri, deren Unsicherheit sowie der Mittelwert und die Standardabweichung aller Einzelmessungen gezeigt. Das rech-te Diagramm enthält die gemessenen Zählrarech-ten des/der Blindwertpräparats/e, R0,i und ebenfalls den Mittelwert und die Standardabweichung aller Einzelmessungen. Die erste Abbildung 5.1 enthält die Daten der ersten Messkampagne. Dazu wurden drei Präparate mit IAEA C-3 Cellulose (Messwerte 1-6, 7-12 und 13-18) und zwei Präparate mit IAEA C-1 Carrara Marble (Messwerte 1-6 und 7-12) erstellt. Die Nettozählrate normiert auf die jeweils im Präparat gespeicherte Kohlenstomasse r_i errechnet sich nach Gleichung 5.1 wie folgt:

r_i = R⁰_i−R₀

m_i(C) (5.1)

R₀entspricht dabei dem Mittelwert aus den einzelnen Nulleektzählraten R_0,iund m_i(C) der Kohlenstomasse im jeweiligem Kalibrierpräparat. Die Zählraten R_0,iund R'_iwurden aus den jeweiligen Spektren mit einem Fenster von Kanal 70 bis 370 ermittelt.

Abbildung 5.1.: Messwerte der ersten Kalibrierkampagne für¹⁴C; die Präparate wurden nach der Standardmethode hergestellt; die durchgezogene Linie stellt den Mittelwert und die gestrichelten Linien den Vertrauensbereich (Ver-trauensniveau 68,3 %) dar.

Abbildung 5.2 zeigt die Daten der zweiten Kalibrierkampagne. Die Präparate wurden ebenfalls nach der Standardmethode hergestellt. Ein Präparat mit IAEA C-3 Cellulose Standard (Messwerte 1-8) und zwei Präparate mit IAEA C-1 Carrara Marble (Messwerte 1-6 und 7-9) wurden hergestellt.

Abbildung 5.2.: Messwerte der zweiten Kalibrierkampagne für¹⁴C; die Präparate wurden nach der Standardmethode hergestellt; die durchgezogene Linie stellt den Mittelwert und die gestrichelten Linien den Vertrauensbereich (Ver-trauensniveau 68,3 %) dar.

Abbildung 5.3 zeigt die Daten der dritten Kalibrierkampagne. Die Präparate wurden nach der optimierten Methode hergestellt. Ein Präparat mit IAEA C-3 Cellulose Stan-dard (Messwerte 1-12) , ein Präparat mit IAEA C-1 Carrara Marble (Messwerte 1-3) und zwei Präparate mit Calciumcarbonat p.a. (Messwerte 4-5 und 6-9) wurden präpariert.

Abbildung 5.3.: Messwerte der dritten Kalibrierkampagne für ¹⁴C; die Präparate wur-den nach der optimierten Methode hergestellt; die durchgezogene Linie stellt den Mittelwert und die gestrichelten Linien den Vertrauensbereich (Vertrauensniveau 68,3 %) dar.

Abbildung 5.4 zeigt die Daten der vierten Kalibrierkampagne. Die Präparate wurden von Götz [12] im Rahmen eines Forschungspraktikums nach der optimierten Methode hergestellt. Drei Präparate mit IAEA C-3 Cellulose Standard (Messwerte 1-5, 6-9 und 10-12) , ein Präparat mit Calciumcarbonat p.a. (ohne vorherige Verbrennung; Messwerte 1-3), zwei Präparate aus Natriumhydrogencarbonat p.a. (Messwerte 4-6 und 7-9), ein Präparat aus Calciumcarbonat p.a. (Messwerte 10-12) und ein Präparat aus IAEA C-1 Carrara Marble (Messwerte 13-15) wurden präpariert.

Abbildung 5.4.: Messwerte der vierten Kalibrierkampagne für¹⁴C; die Präparate wurden nach der optimierten Methode hergestellt; die durchgezogene Linie stellt den Mittelwert, die gestrichelten Linien den Vertrauensbereich (Vertrau-ensniveau 68,3 %) dar.

Abbildung 5.5 zeigt die Daten der fünften Kalibrierkampagne. Die Präparate wurden nach der optimierten Methode hergestellt. Ein Präparat mit IAEA C-3 Cellulose Stan-dard (Messwerte 1-7) und zwei Präparate mit Calciumcarbonat p.a. (ohne vorherige Verbrennung; Messwerte 1-6 und 9-12) wurden präpariert.

Abbildung 5.5.: Messwerte der fünften Kalibrierkampagne für ¹⁴C; die Präparate wur-den nach der optimierten Methode hergestellt; die durchgezogene Li-nie stellt den Mittelwert, die gestrichelten LiLi-nien den Vertrauensbereich (Vertrauensniveau 68,3 %) dar.

Tabelle 5.1 fasst nun die Daten aus den fünf Kalibrierkampagnen zusammen. Diese werden in der Tabelle als Kal1, Kal2,..., Kal5 bezeichnet. Sie enthält den jeweiligen

Mittelwert der Nettozählrate normiert auf die Kohlenstomasse r den Mittelwert des jeweils bestimmten Blindwerts R0 und die mit Hilfe der Daten des Kalibrierstandards berechnete Zählrate des absoluten Standards normiert auf die Kohlenstomasse rabs. Diese Gröÿe errechnet sich nach Gleichung 5.2.

rabs= r

Die Gröÿe r stammt aus den Messungen des IAEA C-3 Cellulosestandards, die Parameter δ¹³C und pMC entsprechen den angegebenen Werten des Standards. Zusätzlich ist in der Tabelle der Zeitraum angegeben, in dem die Messungen durchgeführt worden sind.

Tabelle 5.1.: Zusammenfassung der Kalibrierkampagnen für ¹⁴C; die angegebenen Unsi-cherheiten beziehen sich auf ein Vertrauensniveau von 68,3 %

Kalibrierkampagne r / cpm/g R₀ / cpm r_abs / cpm/g Zeitraum Kal1 14,46 ± 0,24 3,23 ±0,08 11,17 ± 0,18 Dezember 2009 Kal2 14,04 ± 0,24 2,97 ±0,07 10,84 ± 0,20 Juni 2010 Kal3 14,10 ± 0,23 3,03 ±0,07 10,89 ± 0,18 Februar 2011 Kal4 14,02 ± 0,18 3,09 ±0,06 10,83 ± 0,14 Mai 2011 Kal5 14,03 ± 0,17 2,99 ±0,06 10,84 ± 0,13 August 2011

Im Rahmen der Unsicherheiten liefern alle Kalibrierkampagnen das gleiche Ergebnis.

Für die Bestimmung des pMC-Werts von unbekannten Proben werden immer die Daten aus der zuletzt gemessenen Kalibrierung verwendet.