Центр коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ», объединивший ресурсы четырёх научных организаций — Института ядерной физики СО РАН имени Г.И. Будкера, Института археологии и этнографии СО РАН, Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирского государственного университета — успешно прошёл 7-й международный кросс-тест лабораторий, занимающихся радиоуглеродным датированием. В 2024 году подтверждающая это информация была опубликована в журнале Radiocarbon. ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» зарегистрирован в международном реестре как AMS Golden Valley, по имени живописной долины на берегу реки Обь, где был основан новосибирский Академгородок.
Международный кросс-тест выявляет достоверность определения содержания редкого изотопа — С-14 — и сравнивает результаты множества лабораторий по всему миру. Ускорительная масс-спектрометрия (УМС) — относительно молодой метод изотопного анализа, и первый международный тест с его применением прошёл в 1989 году. Тогда маленькие фрагменты Туринской плащаницы разослали по лабораториям УМС трёх университетов: в Оксфорде, Аризоне и Цюрихе, и все лаборатории показали один и тот же неожиданный результат: время происхождения волокон плащаницы относится к периоду 1260-1390 годов нашей эры. С тех пор кросс-тестирование действующих и вновь появляющихся лабораторий стали проводить раз в несколько лет. Предпоследний, 6-й тест проходил десять лет назад, то есть в то время, когда в России только появилась и начала работу первая установка УМС.
В 2008 году по заданию Сибирского отделения РАН в рамках интеграционного проекта с участием различных организаций Академгородка во главе с Институтом ядерной физики СО РАН под руководством академика РАН Василия Васильевича Пархомчука был сконструирован, собран и через три года запущен первый в стране ускорительный масс-спектрометр («Уникальная научная установка (УНУ) УМС ИЯФ СО РАН»). Стал формироваться коллектив из специалистов-физиков, химиков, программистов, инженеров. Евгений Львович Гольдберг возглавил работы по созданию в Новосибирске Центра коллективного пользования «Геохронология кайнозоя», в котором отрабатывались методики химической обработки образцов и выделения целевых веществ, проходил испытания криогенно-ректификационный способ зауглероживания СО2 из смеси газов, подбирались стандартные и «фоновые» образцы, проверялись параметры установки УМС ИЯФ СО РАН. Позже сотрудниками Института катализа был собран абсорбционно-каталитический стенд (ACS) для получения графитовых мишеней из биологических образцов различного происхождения: твёрдых материалов, жидкостей и растворов, газообразных веществ. В 2019 году НГУ приобрел ещё один комплекс радиоуглеродного датирования, произведенный швейцарской компанией Ionplus, который включает графитизатор CHNS-типа (AGE-3) и компактный ускорительный масс-спектрометр, называемый MICADAS (Mini Carbon Dating System), и в 2020 году был создан единый ЦКП «УМС НГУ-ННЦ», включивший четыре названные выше организации.
7-й международный кросс-тест The Glasgow International Radiocarbon Inter-comparison (GIRI) планировался на 2020 год, но из-за пандемии был отложен на два года. GIRI начался с того, что в Школе математики и статистики Университета Глазго подготовили идентичные комплекты из 17-ти различных образцов, которые представляли собой неподготовленные материалы, такие как ячменная шелуха, китовая кость, отдельные годичные кольца деревьев и фрагменты древесины, а также заранее выделенные и очищенные целевые вещества – целлюлозу и гуминовые кислоты. Лаборатории получали комплект образцов, и через несколько месяцев необходимо было представить результаты УМС-анализа отправителю. Испытание лабораторий проходило путём слепого тестирования: история образцов и возраст биологических объектов лабораториям не сообщались, хотя некоторые образцы уже были проанализированы ранее во время нескольких предыдущих кросс-тестов.
ЦКП получил комплект GIRI в ноябре 2021 года и сразу приступил к работе с образцами: предварительно был проведен анализ оптической микроскопией древесных фрагментов для выяснения количества годичных колец в каждом образце, в процессе которого удалось даже идентифицировать вид деревьев – дуб, лиственницу и дерево каури. Затем провели необходимые химические процедуры: выделили коллаген из кости, целлюлозу из образцов древесины и ячменной шелухи. И далее предстояла «тройная работа» по датированию, поскольку в ЦКП функционируют две установки УМС — УНУ УМЯ ИЯФ СО РАН и MICADAS — и два графитизатора — AGE-3 и ACS. В итоге были проведены три независимых серии экспериментов с максимально возможным количеством образцов в каждой серии: ACS + MICADAS, AGE-3 + MICADAS и AGE-3 + УНУ УМС ИЯФ СО РАН. Требовалось правильно выполнить все химические процедуры, проанализировать и учесть «фоновые» образцы, измерить изотопные сдвиги и провести нормировку показаний исследовательских образцов относительно стандартных. Полученные результаты, с некоторым волнением и «дрожью в руках», были отправлены в Глазго в марте 2022 года. В сентябре этого же года в Техническом университете Цюриха состоялось масштабное международное мероприятие – объединённое собрание сразу двух международных конференций: 24th Radiocarbon Conference и 10th 14C & Archaeology, собравшее более тысячи человек со всего мира. Во время конференции один из организаторов GIRI, профессор Мариан Скотт сделала доклад с рассказом об образцах и «огласила» предварительные «consensus» результаты, полученные лабораториями и известные ранее. Она сообщила, что 70 лабораторий изъявили желание принять участие в кросс-тесте, получили образцы, но только 55 из них смогли представить результаты вовремя. Было крайне радостно увидеть, что все 17 образцов были продатированы в ЦКП верно и тем самым – и это самое важное – подтверждён высокий уровень работы собранных руками новосибирских учёных установок графитизации и ускорительной масс-спектрометрии, продемонстрирован верный выбор методик и процедур пробоподготовки в химической лаборатории, а также показана правильность обработки и выдачи результатов.
Полученные результаты «тройной работы» ЦКП с образцами GIRI послужили материалом для двух статей, в которых сравниваются параметры графитизаторов и установок УМС различных типов и способов функционирования. Обе статьи были отобраны опытными экспертами для публикации в специальном выпуске журнала Radiocarbon, в котором также приводится итоговая статистика по результатам, полученным в 55-ти лабораториях мира.
Можно отметить, что тремя основными производителями, находящимися в Швейцарии, Канаде и Нидерландах, сейчас уже произведено и продано около 150 комплексов УМС. Метод УМС, который, по словам одного из создателей MICADAS, профессора Арно Синала, произвел революцию в археологии, сейчас набирает обороты и используется в самых разнообразных направлениях, среди которых наиболее значимы экологические, климатические и фармацевтические исследования.
В настоящее время в Новосибирске обрабатывается несколько сотен образцов в год от заказчиков со всех уголков России и ближайшего зарубежья, производится около 1500 графитовых мишеней и проводится их изотопный анализ. Кросс-тест позволил выявить ограничения, слабые и сильные стороны каждого из приборов, которые используются для радиоуглеродного датирования в Центре коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ», сотрудниками накоплен уникальный опыт создания и технического обслуживания комплексов УМС. В планах – расширение функционала центра на другие редкие изотопы и создание собственного производства комплексов для обеспечения растущей потребности в УМС-анализе различных материалов.
Екатерина Васильевна Пархомчук,
кандидат химических наук,
заведующая Центром коллективного пользования «Геохронология кайнозоя» ИАЭТ СО РАН
Иллюстрации: ИАЭТ СО РАН