Premična kulturna dediščina: arheološke in arheometrične raziskave

S kemijsko analizo arheoloških, zgodovinskih in umetniških predmetov lahko pridobimo pomembne podatke o njihovem izvoru, načinu izdelave ali izkoriščanju in trgovanju s surovinami. Zaželeno je, da je analizna metoda nedestruktivna, saj lahko tako meritve izvajamo in situ, predmeti kulturne dediščine pa se ohranijo za prihodnje generacije. Vse te zahteve izpolnjujejo spektroskopske metode z ionskimi žarki (ion-beam analysis, IBA), ki jih izvajamo s protonskim žarkom v zraku. Merilna postaja za meritve v zraku je opremljena s spektrometri za  izsevane rentgenske žarke in žarke gama, ki so osnova za metodi PIXE in PIGE. Možno je zaznati tudi sipane projektile, kar omogoča preiskavo površinskih plasti vzorcev z elastično (Rutherfordovo) spektroskopijo.

Preden protonski žarek zapusti tanko okno iz silicijevega nitrida, ga fokusiramo z magnetno lečo. S premikanjem vzorca v smeri xy je mogoče narediti tudi slike elementnih porazdelitev  s prostorsko ločljivostjo 0,1 mm. Trenutno v sodelovanju s kustosi Narodnega muzeja Slovenije in drugimi ustanovami preiskujemo več vrst gradiva:

a)       Arheološke kovine. Raziskave vključujejo študije funkcionalne uporabe kovin v rimski vojaški opremi, študije železnodobnih bronov in različne študije v numizmatiki. Pri svojem delu smo preučevali uvajanje medenine kot materiala v 1. stoletju pr. n. št. in ugotovili, kakšne kovine so uporabljali za specifične dele rimske vojaške opreme. Razvili smo diferencialno metodo PIXE, ki temelji na seriji meritev na istem merilnem mestu, a z različnimi energijami. Tako protoni dosežejo različno globino pod površino, zato je mogoče rekonstruirati koncentracijske profile. Na ta način smo preučevali tanke kovinske prevleke iz kositra, srebra in zlata. Na poznoantičnih predmetih smo identificirali tehniko pozlate z amalgamiranjem. Določanje slednih elementov v bakrovih zlitinah nam omogoča prepoznavanje sodobnih ponaredkov. Sestava novcev pa lahko nakazuje različne faze kovanja in uporabo določenega vira kovin.

b)      Prazgodovinsko, rimsko, beneško in sodobno steklo. Steklo je običajno narejeno iz treh mineralnih virov: kremena, alkalij, ki se uporabljajo kot talilo, in zemljoalkalnih oksidov, ki delujejo kot kemijski stabilizatorji; ker so ti viri običajno nečisti, vsebuje tudi sredstva za razbarvanje in pigmente. Steklo je sestavljeno iz številnih elementov, od najlažjih do najtežjih. Večino jih zazna metoda PIXE, medtem ko najlažji oddajajo prešibke rentgenske žarke, da bi prodrli skozi vstopno okence detektorja. Ker protoni vzbujajo jedra lahkih atomov, da oddajajo žarke gama, smo razvili kombinirano metodo PIXE-PIGE za analizo stekla in mineralov. Najbolj vznemirljivi rezultati laboratorija so bili analiza zgodnjesrednjeveškega stekla, ki je pokazala dve različni vrsti stekla: ena je bila izdelana iz alkalij, znanih kot egiptovski natron, druga pa iz pepela  solnoljubih rastlin. Ker je kronološka meja med obema stekloma približno leta 800 našega štetja, se sestava steklenih jagod v zgodnjesrednjeveških grobovih lahko uporablja kot neodvisna metoda datiranja. Trenutne raziskave vključujejo sestavo in tipologijo poznorimskega stekla in stekla, proizvedenega v gozdnih steklarnah v prvi polovici 19. stoletja.

c)       Pigmenti in organski materiali. PIXE je občutljiva metoda za določanje vrste pigmentov iz kovinskih oksidov, vendar je treba biti previden pri sevalnih dozah, da ne povzročijo poškodb zaradi sevanja. Nedavne raziskave vključujejo študije pigmentov na ročno barvanih ilustracijah v knjigi iz 16. stoletja. Metoda PIXE je bila uporabljena tudi za identifikacijo zgodnjih fotografskih tehnik.

Nadalje kombiniramo metode IBA z analiznimi metodami v drugih laboratorijih, na primer z rentgensko fluorescenco (XRF) z novim prenosnim aparatom ali z metodami na osnovi nevtronov, ki lahko dosežejo osnovni material globoko pod površino vzorca.

več o projektu (SICRIS)