碳14（ carbon 14）也稱放射性碳，放射性碳同位素，半衰期為5.70E+03a。在碳的三種同位素中，碳12豐度為 98.89％，碳13豐度為 1.11％，它們性質穩定，無放射性，碳14豐度為1.2×10-10％，有放射性。
由于碳14具有放射性，可以通過設備檢測出來。因此碳14常被作為標記物廣泛應用于農業、化學、醫學、生物學以及考古等領域，例如在醫學中澳大利亞的兩位科學家利用碳14制成膠囊，用于監測人體是否含有幽門螺桿菌，而獲得2005年諾貝爾生理學或醫學獎；在化學反應機理研究中，碳14用于識別化學反應的中間產物、研究反應動力學和反應途徑等；此外，在考古學中，用于檢測生物存在的年代。碳14主要來源于自然界中宇宙輻射、核燃料、核反應堆，其衰變方式為β衰變，經過衰變后變為穩定的14N。
碳14多以化合物的形式存在于大氣、土壤、水中，其中，當生物圈14C處于平衡時，其含量為1.295×1019Bp，碳14在人體內通過呼吸和口攝入進行轉移。其中，空氣中碳14監測主要通過堿液吸收和吸附劑吸附收集，再通過閃液計數器進行監測；水樣中的碳14(H14CO3-)及土壤中的碳14通過沉淀法再通過閃液計數器進行監測。
雖然碳14具有一定的放射性，但在用于醫療方面時，由于放射量很小，對人體的影響微乎其微。據估計，人體內14C總活度為(34~36)×102Bq，直接吸入體內的14CO2，其危險性很小，它在血液中與碳酸氫鹽生成穩定性極差的氫化鈉14CO3在體內滯留很少，但是當碳14大量進入人體時，具有損傷脫氧核糖核酸的潛在風險。
歷史
1940年2月，美國科學家馬丁·卡門(Martin Kamen)與同事繆爾·魯賓(Sam Ruben)，在加州大學伯克利(City of Berkeley)實驗室的加速器上，用核轟打天然石墨靶獲得碳的放射性同位素碳14，而后時任芝加哥(Chicago)大學教授、加州大學伯克利分校化學博士威拉得·利比（Willard Libby） 確定碳14的物理半衰期為5730年，衰變方式為β衰變，并應用碳14發明了年代測定法并獲得1960年諾貝爾化學獎。澳大利亞的兩位科學家羅賓·沃倫(Robin Warren)和巴里·馬歇爾(Barry Marshall)于1982年成功培養出螺旋菌，改變了人類醫學史上對胃部疾病的傳統認知，并發明了用尿素[14C]呼氣試驗即可輕松檢測人體胃內幽門螺桿菌，羅賓·沃倫和巴里·馬歇爾于2005年獲得諾貝爾醫學獎。
理化性質
碳14化學性質與普通的碳12質量不同，擁有多余的兩個中子，會引起標記藥物和非標記藥物之間的理化性質差異，只不過差異較小，可忽略不計，此外碳14是帶有放射性的。
應用領域
化學領域
碳14廣泛應用于化學反應機理研究，可用于識別化學反應的中間產物、研究反應動力學和反應途徑、研究化學鍵的形成過程、確定化學鍵的斷裂位置、研究催化劑中毒的原因等。如在H2與CO合成烷烴的過程中，用碳14標記的乙醇混入原料，結果發現除甲外，其他一氧化碳 、二氧化碳和烴類進行了碳同位素交換；此外通過14C分析可以精確定量化石源和非化石源對碳質氣溶膠的貢獻占比。
醫學領域
碳14被做成[14C]尿素膠囊，人們吃入膠囊后進行呼氣檢測，就可以檢測它其中的碳14含量以此判斷人體內是否含有幽門螺桿菌。碳14示蹤技術在藥代動力學研究和藥物體外研究中也有著廣泛的應用，在評價藥物腸道滲透能力和預測藥物口服吸收利用度、建立有效的藥物轉運蛋白體外篩選評價體系、體外酶代謝實驗等研究中，能夠提供準確有效的數據，加快新藥研發的進程。
生物學領域
通過研究植物光合作用中的化學機理過程，利用碳14作為示蹤元素，確定了光合作用的生物化學流程。
考古領域
雖然碳14在自然界中的含量極少，但是與碳12的比例幾乎是一定的。因次對于凡是含碳的骨頭、木質器具、焦炭木或其他無機化合物遺留物均可通過測定其碳14與碳12含量的比例，并按碳14的放射性衰變公式進行計算，校正之后便可推算出樣品存在的年代；此外14C也可用于測定地下水中無機碳的年齡，一般認為地下水的無機碳與土壤CO2隔絕后便停止了與外界14C的交換，因次地下水14C年齡一般指地下水與土壤CO2隔絕至今的年代。
農業領域
在農業領域中，在農藥中加入“碳14”后期通過檢測農作物上“碳14”的含量可以判斷農藥的殘留量；利用14CO2對杉木苗進行喂飼，收集根系分泌物進行確定分泌物的占比。
來源
來源一：自然界中宇宙射線，當來自太陽輻射中子于空中的14N碰撞時即產生14C，在這個碰撞的過程中有一小部分氮轉變為碳14，14N含有7個質子和7個中子，在14N含有7個質子和7個中子，在宇宙射線的轟擊下得到一個中子同時失去一個質子，成為含有6個質子和8個中子的14C，也即
來源二：核實驗、核電站反應堆或其他研究堆運行過程中被動產生的含14C 的低放排放物，產生的14C在大氣層中又迅速與氧結合，形成14CO2。
環境中的遷移
不論天然生成的或人為因素造成的，凡是進入環境中的14C都能在大氣層或臭氧層中被氧化成14CO2，14CO2在大氣中經干沉降和濕沉降遷移到土壤和植物中。14CO2在空氣和土壤間以及空氣和植物間的濃度梯度引起干沉降。當滿足植物的生長條件時，大氣中的14CO2很快通過新陳代謝固定到植物中。在光合作用過程中生成的有機化合物通過呼吸作用產生能量，并把14C排入大氣。14C主要通過食入污染的植物和動物產品進入動物和人的體內。動物和植物死亡分解后14C返回土壤，并最終通過擴散回到大氣。土壤中14C的量由于長期的濕沉降和有機物死亡分解而增加。
大氣層中的14C向陸生植物的轉移系數是1，陸生植物和海生植物（主要是浮游植物）對14C的富集比例是1:9。
環境水平及人體照射途徑
環境水平
（1）14C在大氣層的濃度。14C在大氣層的濃度見表1。
（2）大氣層核試驗。據計算，20世紀50年代全球14C的平均產率是2.5原子/(cm2·s)，按質量計 22.5g/d，按活度計4x102Bq/d。當生物圈內的14C處于平衡狀態時，其含量1.295x1019Bq。
（3）核電站氣體流出物排放量。秦山第三核電廠放射性氣態流出物中14C的平均排放量為1.51×1012(6.96×1011-2.31×1012)Bq/a；歸一化釋放量平均為1.39×103 (7.73×102-2.00×103) GBq/GWa。
由煤和石油中天然生成的14C幾乎完全衰變盡，由這些燃料燃燒向大氣中引入的碳相對來講趨向于減小大氣CO2中14C的比活度。
人體照射途徑
14C向人體內轉移的途徑有兩條：一是人直接吸入環境中的14CO2；二是經口攝入含有14C的動、植物食品。其中99％的14C劑量主要來自食入途徑。人體內的14C濃度比天然本底高50％。
監測
空氣中14C的分析
空氣中14C以多種化學形態存在，其中最主要的是14CO2，14CO2的采集主要有堿液吸收法和吸附劑吸收法，最后被捕集吸收的CO2以CaCO3，沉淀析出，用乳化閃爍液的固體懸浮物測量技術在閃液計數器上直接測量出CaCO3中的碳14放射性。核設施排出的C除14CO2形式外，也有少量的14CO或14CH4，可通過旁路系統加催化劑將CO和/或CH4氣體轉變為CO2氣體收集后進行測量。
水樣中14C（無機碳 H14CO3-）的分析
采樣時為回收1g 碳，一般至少需要采集100L以上的水樣。為分析和保存，一個地表水樣至少需采集 200～300 L。同時注意樣品應密閉保存在不易混入空氣中CO2的容器中（如聚乙烯塑料瓶）并盡可能減少樣品的蒸發，采樣時不可加酸。采集到的樣品用硫酸酸化，通入高純氮驅趕出水中的CO2收集于氫氧化鈉溶液中。再加CaCl2生成碳酸鈣沉淀，將沉淀過濾并烘干稱重待測量。測量方法同空氣中碳14的分析，用乳化閃爍液的固體懸浮物測量技術在液閃計數器上直接測量出CaCO3中的14C放射性。
生物與土壤14C的分析
為分析生物與土壤的14C活度濃度，首先需將樣品脫水干燥，而后將樣品在氧氣流中加熱燃燒，使有機化合物分解成二氧化碳和水。分解產生的CO2氣體捕集于堿溶液中，加CaCl2得到CaCO3沉淀。CaCO3粉末均勻懸浮于閃爍液中，測量計數率，計算得出樣品的碳14活度濃度。
用低本底液體閃爍計數儀測量生物樣品的14C活度濃度，CO2吸收法為滿足最低探測限的要求，每次分析至少需要有含1g碳的CaCO3量。因此每次至少需要處理5～10g生物干樣，或 50～100g 鮮樣。
健康風險與危害
體內代謝
吸收與分布
人們在體檢時服用的含有碳14的膠囊，其生物半衰期僅為6個小時，也就是碳14在人體的排出速率近似地服從指數規律時，身體內碳14濃度下降一半所需的時間，但是膠囊中的碳14在48小時內基本都會被人體排出體外。并且，膠囊中的碳14含量僅為37.5Kbq，放射性活度約為1.59×10-3mSv，在國家標準中孕婦所承受的最大放射性值為15mSv，因次一粒膠囊中的放射性非常低。2010年英國核醫學雜志《核醫學快訊》中，得出來碳14的膠囊所受到的放射量，不高于一天接觸的自然環境中放射量，所以是安全的。
排出
14C的無機化合物，如碳酸根和碳酸氫鹽，主要是以14CO2的形式由呼吸道呼出體外，其特點是，不但排除速度快，而且數量多；14C的有機化合物，如14C—葡萄糖、14C—十八碳烯酸或14C—奶油，在體內大部分被氧化生成14CO2后隨呼氣排出體外，但排除速度較緩慢，數量也比較少；14C亦可經乳汁排出少部分。
需要指出的是，直接吸入人體內的14CO2，其危險性較小，因為它在血液中與碳酸氫鹽生成穩定性極差的NaH14CO3，在體內的滯留量很少。但是，經口攝入14C的化合物時，在體內的滯留量將大大增加，與吸入時比較，乃至近牛膝。因此，其構成的危險性值得重視。
損傷效應
14C 衰變釋放的是弱β射線，沒有γ照射，只有當14C進入人體才會對人體健康造成危害。基于14C有機化合物在體內的滯留量比無機化合物多，帶來的危險性也較大。另外，在估計14C對機體的危害時，還必須考慮到它是參與機體碳代謝的一個長壽命放射性核素。在14C化合物的生物轉化過程中，14C可摻入脫氧核糖核酸和核糖核酸分子中，對DNA損傷。
參考資料 >
一問到底丨“碳-14”國產化批量生產 “碳-14”究竟是個啥？.新華網.2023-09-14
科普丨科學認識放射性同位素碳14.中國核技術網.2023-09-14
我國首次啟動碳-14批量化生產.中國經濟網.2023-09-15
為什么碳-14可以用于考古鑒年？.中國輻射防護學會.2023-09-14
碳14有放射性，為什么查體時還用它做呼氣試驗，安全嗎？.澎湃新聞.2023-09-17
福島核污染水的64種超標放射性元素是什么？.環球網.2023-09-27