同位素检测
同位素检测法就是所谓的碳十四同位素断代法。同位素是指原子序数相同，而质量数不同的各种原子。在元素周期表中占同一位置，其化学性质几乎相同。如C12、C13、C14。其中C14(碳十四)是具有放射性的同位素。所谓放射性同位素是指自然界存在的一些最重的元素，会发出三种辐射。而同位素断代法正是利用了放射性同位素的蜕变周期。
蜕变也叫衰变，放射性元素的半衰期即表示衰变的快慢。不同原子半衰期有很大差别。在考古学上，通过用常规的放射性衰减技术法测量C14的丰度(多少)。C14的含量与现在C为标准进行比较，就可推知该样品的年代了。实际上，鉴定古地图可以用超灵敏的加速器质谱技术，其技术也是建立在同位素检测原理上，但要先进很多。质谱技术测试时间更短，精度更准，相应的测年误差为正负50年。
碳十四测年法
碳十四测年法又称放射性同位素（碳素）断代法，一般写作 14 C 。 14 C 断代方法由美国芝加哥大学利比（ Libby ）教授于 1949 年提出。
1 、碳十四断代法的原理
自然界存在三种碳的同位素： 12C （ 98.9% ） , 13C (1.19%), 14C (10-10%) ，前两者比较稳定，而 14
C 属低能量的放射性元素。 14 C 的产生和衰变处于平衡状态，其半衰期为5730±40 年（现在仍使用5568±30 年）。宇宙射线同地球大气发生作用产生了中子，当热中子击中 14 N 发生核反应并与氧作用便产生了地球上的 14 C 。在大气环境中新生 14 C 很快与氧结合成 14 CO2 ，并与原来大气中 CO2 混合，参加自然界碳的交换循环。植物通过光合作用吸收大气中的 CO2 ，动物又吃植物，因而所有生物都含有 14 C 。生物死后，尸体分解将 14 C 带进土壤或大气中，大气又与海面接触，其中的 CO2 又与海水中溶解的碳酸盐和 CO2 进行交换。可见凡是和大气中进行过直接、间接交换的含碳物质都含 14 C 。同时 14 C 又以 5730 年的半衰期衰变减小；加上碳在自然界的循环交换中相当快，使得
14 C 在世界各地的水平值基本一致。如果生物体一旦死亡， 14 C 得不到补充，其中的 14
C 含量就按放射性衰变规律减少，经过 5730 年减少为原来的一半。因此可以计算出生物与大气停止交换的年代 t ，即推算出生物死亡的年代。所以，一切死亡的生物体中的残存有机物以及未经风化的骨片、贝壳等都可用 14 C 来测定年代。
碳十四测年技术（C14断代法）
又称放射性碳素断代法(Radiocarbon dating) 。
碳十四测年技术的起源和发展
公元1936年，一个名叫卡门的科学家发现并分离出一种分子，它是碳的一种同位素，分子量是十四，因此被称为碳十四。三年后，科学家柯夫经过研究，指出宇宙射线和大气作用后，射线中子的最终产物是碳十四，并计算出了其在大自然中的产生率。
这些成果引起了年青科学家利比的高度重视。利比是个爱好广泛的人，他一方面是研究放射现象的自然科学家，另一方面又喜欢诸如考古、历史之类的社会科学。利比敏锐的感觉到，这也许是解决考古学年代测定的一个突破口。二战结束后，利比出任芝加哥大学教授。有了自己的时间，他开始将心中的理想付诸实施。起初他对自己的研究秘而不宣，想给考古界带来个惊喜，但由于没有经费，他不得不于1946年圣诞节将自己的研究目的透露出来。消息传到考古界，立即引起维金基金会的重视，为利比提供了科研资金。在这笔资金的支持和众多考古学家的鼓励下，1949年利比终于成功的创建了碳十四测年的常规方法。
为了检验测年方法的准确性，专家们进行了严密的盲测实验。他们来许多已知年代的含碳标本，放在只有标号的盒子里，让利比进行测年，然后把结果与实际年代进行比对，所有的结果都在可接受的误差范围内。
经过重重考验，碳十四常规测年法被考古学家和地质学家所接受，成为确定旧石器晚期以来人类历史年代的有力工具。许多长久以来没有解决的难题迎刃而解。我们知道，考古学与历史学的重要的结合点就
在于确定遗址的年代。而碳十四测年技术则为这个结合点到了一个突破口。这是考古学的一个重要革命性的技术。
尽管碳十四测年常规技术为考古学的发展发挥了重要作用，但从它诞生之日起，这项技术的不足之处也令考古学家感到不便。其一是它需要的标本量比较大，并不是所有的遗址都能提供这么多的标本，当然也不能用它来对某些需要测年的文物来进行测年。再就是它的精度还是不够，年代越远的标本其误差也就越大，有时竟达到几百年。这对于研究年代学的学者来说，不能不说是一种遗憾。于是又出现了木轮年代校正曲线，经过科学家多年的努力，用这两者结合起来可以将误差缩小到几年甚至一两年！
随着核物理学的发展，一种新的测定碳十四的方法面世了，这就是用加速仪质谱学进行碳十四的分析。英文缩写为AMS。AMS具备了常规法的一切优点，同时又有许多优势。主要就是我在上文中讲到的，常规测年法精度不够，而AMS的灵敏度与精度比常规法要好得多.但更吸引专家的是,AMS所需的标本量极少，只需几毫克，几乎可以实现无损伤检测.于是便有了著名的"都灵裹尸布案".
碳十四测年的原理
我们知道，空气的主要成份是氮气和氧气.在宇宙射线的作用下，组成氮气的氮原子发生了变化，原子核由原来的七个质子变成了六个，成了碳元素的一种同位素，它的分子量是十四，因此叫碳十四.碳十四的原子核并不稳定，它放射出中子，最终又变回氮原子.这个变化是有一定的速度的，它每过5730年减少
一半，这个时间也就是碳十四的半衰期.尽管如此，碳十四的化学性质还是与普通的碳十二完全一样，它与氧气反反应生成了二氧化碳，与碳十二的二氧化碳混合在了一起.科学家经过计算，认为这个混合比例，基本上是一个恒定的值，例年的变化不是太大.
植物在光合作用时，将二氧化碳吸入合成有机物，碳十四二氧化碳也按比例进入植物体内.在整个自然界的食物链上，碳一层层的流动着，碳十四也跟着流动.随着新陈代谢，生物体内的碳十四含量也基本与大气保持一致.
但当生物死亡后，情况发生了变化，新陈代谢停止了.于是，尸体内的碳十四便以其特有的衰变规律进行衰变.只要我们测定其中碳十四的含量，就能知道这个生物是什么时候死的.比如，我们在一个遗址中发现一块人骨，只要测出其中所含的碳十四的量，就能算出这个人的死亡时间，进一步知道这个遗址的大致年代。这就是碳十四测年的技术原理.
有一点必须指出，过去大气中的碳十四放射性水平只是变化相对不大，但并不是真正恒定的。利用统一的现代标准计算出来的年代并不是日历年代，只能称为碳十四年代。为了解决这个矛盾，学者们又出了一个辅助的方法，就是通过树轮年代校正曲线来进行校正。树木春长秋止，在树干截面上形成疏密相间的年轮，年轮的宽窄是由当年的气候等因素决定的，科学家根据年轮的宽狭序列便可知道其生长的年代。他们首先建立起近几万年的树轮序列，然后测定每一个年轮的碳十四含量，作出了一个曲线，就是树轮年代曲线图。用它校正，可将误差缩减到几年。
都灵裹尸布奇案
耶稣的故事大家都不陌生吧？但到了文艺复兴后，人们大都认为那不过是神话。但在都灵天主教堂却长期保存着一块据称是耶稣裹尸布的圣物。围绕着这块布，科学家在争论，老百姓在谈论，就连教会内部也是议论纷纷。它本身的经历就很有传奇彩，多次易手，多次险些被毁，而对于它的真伪，更是众说纷纭。1898年，都灵大主教曾允许科学家进行直接实物考察，上面显示出有十分逼真精细的人体影像，诸多细节与《圣经》上的记载吻合。但这并没有使争论平息。1949年，碳十四常规测年法问世，有人便提出来要为裹尸布测年，但这种方法需要太多的样本，几乎要把整个裹尸布都搭进去，教会当然不会同意。
碳十四AMS法出现后，由于它只需几毫克样本，不会对裹尸布造成损害，因此科学家希望能用这个方法给裹尸测年。经过十年艰苦谈判，教会终于同意了。
公元1988年4月21日，激动人心的时刻来到了。不列颠博物馆的考古专家和大主教一块来到都灵教堂，他们关闭了严密的保安系统，从圣器中取出这块有争议的尸布，大主教亲自从上面剪下一块长七厘米、宽一厘米的布条，然后分成三小块，分别装在三个标有号码的金属盒中，送到三家权威检测实验室进行严格的盲测。结果很快出来了，三家实验室的独立测量结果非常一致，这块裹尸布的年代为公元1260至1380年之间。裹尸布是中世纪的产物，不可能是耶稣时代的东西。这件事本身固然很有意义，同时，也使碳十四测年技术名声大振。
碳十四测年法之父是个美国人，名叫W. F. 利比（W. F. Libby）。他是个著名的物理化学家、放射化学专家、热原子化学、示踪技术、同位素示踪技术专家。利比在1947年的时候创立了用放射性碳十四（14C）测定年代的方法，这个方法在考古学上中得
到了广泛的应用。1952年利比的著作《放射性测年法》由芝加哥大学出版社出版，1955年再版。这个方法的创立给利比带来了极大的荣誉；利比因1947年创立的放射性碳十四测年法而获得了1960年的诺贝尔化学奖。1960年以后，利比长期担任了《美国科学院公报》和《科学》的编委。W. F. 利比已于1980年去世。
碳十四测年法又称放射性碳素断代法(Radiocarbon dating) ，还可以写成C-14测年法等。我们都知道，碳是自然界中广泛存在的元素，占地壳重要组成的0.018%；天然碳有三种同位素，即碳十二(12C)、碳十三(13C)、碳十四(14C)，人工还可以合成碳的同位素。这其中，只有碳十四(14C)才具有放射性。碳十四(14C)在自然界含量极少，而且半衰期很长；它也是碳的最稳定、最重要的同位素。碳十四(14C)的半衰期为5730年，不走运的是，随着岁月的推移，大气中碳十四的含量还可能会有轻微的改变（诸如太阳黑子爆炸、火山喷发等）；所以碳十四半衰期还要按照具体的年代进行修订（树轮曲线），这个5730年最后算来大概还有正负四十年的误差存在。
由于新陈代谢，地球上生物体吸收或放出CO2的过程不断进行，生物体内的碳十四（14C）含量也保持
不变。但当生物失去新陈代谢作用（死亡），14C循环进入生物体内的过程就停止了。这时，留在体内的14C就只能按照其固有的半衰期5730年的衰变速率逐渐减少。因此，埋藏地下深层的样品，只要测定其14C与12C的含量比例，按14C的放射性衰变公式进行计算，校订之后便可推出待测物品的存在年代。
这个方法适应于考古学和第四纪地质研究，常用样品为木炭、泥炭、木材、贝壳、骨骼、纸张、皮革、衣服以及某些沉积碳酸盐等。但是，用碳十四测年法也只能准确测出5、6万年以内的出土文物；对于年代更久远的出土文物，如生活在五十万年以前的周口店北京猿人，实际上利用碳十四测年法是无法测定出来的。
树轮曲线
树木生长时，它的树杆每一年都长一轮（树轮或年轮）。每棵树的截面上，都可以看到一圈又一圈的年轮。数出多少个年轮，就可知树龄有多少年。实际上，从这棵大树的不同年轮取样作碳十四测年，所得的碳十四年代与树轮的实际年代还是有差别的；它们的实际差距在2000年内基本是一致的，但是到五、六千年前就有不小的差距了。因此，各国的科学家们在准确测定树木年轮的年代之后，将碳十四年代与精细的树轮年代学方法进行比较，从中到了误差的规律，再用树轮对碳十四年代作了精确校正，这就是树轮曲线和树轮校正的方法。现在已经可以用近万年的树轮，去校正碳十四测定的年代。
1965年问世的树轮校正曲线几经改进，综合1000多个由不同实验室测定的数据，建立了统一的曲线和表。1998年建立的年代校正曲线，是目前被国际通用的数据。
加速器质谱碳十四断代方法（AMS方法）
加速器质谱测年技术（AMS——Accelerator Mass Spectrometry）与碳十四断代原理基本相同，都是基于样品中碳十四同位素原子数随时间按指数函数衰变的规律；只是二者的所测物理量和测试技术有别，前者以对碳十四原子计数代替对β粒子的计数。
AMS方法是加速器技术、质谱技术和探测鉴别技术的产物，具有一些优点。首先AMS所需样品量少，一般1-5毫克就足够了，甚至20-50μg。其次，精确度高，灵敏度可达
10ֿ15至10ֿ16，误差小。第三，测定年代可以扩展到7.5-10万年。第四，测量所用时间较短（几十分钟）。
AMS方法还可以解决其他问题，诸如陶器起源的追溯、人类祖先何时到达美洲、农业起源的时间等问题。
碳十四测年法在国内的应用
为什么不建议年轻人做碳14
利比1947年创立了碳十四测年法后，在1950年后这一方法被广泛应用于考古学的年代测定，解决了不少遗址的年代测定问题（这些数据到现在还可在许多西方的史学著作中看到），甚至被当时的西方史学界称为“断代史上的一次革命”。但是，到了六十年代，碳十四测年法的不准确性也被大伙所了解了，这才有了1965年的树轮曲线校正和七十年代的AMS方法。
50年代末（一说是1952年），在著名考古学家夏鼐先生的首倡之下，原在中科院高能物理研究所工作的仇士华和蔡莲珍夫妇调入考古所，开始从事碳十四实验室的建立工作。您要留意，这两位（仇士华和蔡莲珍）一直到现在还是国内用碳十四测年法进行考古断代的权威（仇士华先生是院士）。许多遗址、文物的年代鉴定都是由这两位先生作出的。
但是，国内用碳十四测年法进行考古断代实际上还是比较晚的。一方面，在随后的六十年代，西史学界正好开始讨论碳十四测年法的不准确性；另一方面，在那个时期，碳十四测年法是一个真正的技术活，还是很需要经费的。譬如，大伙能了解到二里头遗址最早在1959年就被发现了，但是第一份关于二里头遗址年代断代的论文是由仇士华、蔡莲珍二位先生发表在1983年10月这一期的《考古》杂志上的《有关所谓“夏文化”的14C年代测定的初步报告》。
碳十四测年法也不是万能的，也存在误差。所以用碳十四测年法测量某件古物也不能准确到某一个具体的年份。此外，选取的样品也不一定正好是某个朝代开始的年份，换句话说它也有一个上限和下限的问
题；选取样品时，如果受到污染（下雪），那么这个样品的断代结果也是很值得怀疑的。（狮子看来，这也是仇士华和蔡莲珍二位先生在每次重要的断代结束之后，都写一个报告发表出来的重要原因）（《碳十四断代技术的新进展与夏商周断代工程》，考古，1997（7））
就说说《有关所谓“夏文化”的14C年代测定的初步报告》这篇论文。在这篇论文里，二位先生不但交待了到底是用那一种碳十四测年法，还交待了使用的样品（质量、数量（32）），最后还特别说明断出的年代只是根据这32件样品得到的比较可靠的上限和下限（“绝对年代被限制在公元前1900-1500年的范围内”）。