Arheometrie



Analize cu fascicule de ioni (IBA) și raze X (XRF)
Microscopie electronică cu baleiaj cuplată cu mapare elementală 2D (SEM-EDX)
Tomografie aplicată în arheometrie

Arheometria poate definită ca “aplicarea științelor exacte în domeniul artei și arheologiei”. Acest domeniu interdisciplinar se bazează pe utilizarea unor tehnici analitice, inițial dezvoltate în domeniul științelor materialelor (tehnici bazate pe fenomene fizice și chimice) în studiul obiectelor de artă și arheologice. Studiile efectuate pot astfel oferi istoricilor și arheologilor informații calitative și cantitative ce pot fi utilizate în înțelegerea societăților din vechime. În DFNA dispunem de o largă bază de facilităţi experimentale avansate care ne permit efectuarea de analize arheometrice complexe (datare, determinare de compoziție elementală și imagistică) folosind diverse tehnici analitice (AMS, CT, XRF, PIXE, LA-ICP-MS, SEM). Facilitățile experimentale ce pot fi utilizate pentru aplicații arheometrice sunt următoarele:
• Acceleratoare de tip Tandetron de 1 MV si 3 MV;
• Laborator de chimie;
• Instalaţie de tomografie computerizată cu raze X (CT);
• Spectrometru cu plasmă cuplată inductiv și ablație laser LA-ICP-MS (Laser Ablation – Inductive Coupled Plasma Mass Spectrometer);
• Spectrometre de fluorescență de raze X (XRF) staționare și portabile;
• Microscop electronic cu baleiaj cu modul EDX (SEM);
• Microscoape optice.
Pentru acest tip de cercetare este absolut necesară crearea unei comunități interdisciplinare. Cercetarea în domeniul arheometriei implică realizare unor rețele care să creeze o legătură strânsă între arheologi, muzeografi și istorici pe de-o parte și fizicieni și chimiști pe de altă parte, aceștia provenind la rândul lor din varii muzee, instituții de cultură și institute de cercetare, și care eventual să fie interconectate la nivel internațional. În cadrul DFNA în ultimi anii s-a concentrat o masă critică de cercetători cu o expertiză relevantă în domeniul arheometriei – în particular, datare prin C-14 (AMS), analize de compoziție chimică (XRF, PIXE) și imagistice (CT). Acest grup este vizibil atât în plan national, cât și internațional, fiind implicat în decursul timpului în numeroase proiecte de cercetare.

Mai multe detalii despre arheometrie pot fi explorate în pagina dedicată studiului patrimoniului cultural în IFIN-HH.


Brățară dacică
Brăţară Dacică de aur spiralată provenită dintr-un lot de 13 brățări cu compoziție: Au=84.2-92.9%, Ag=6.3-16.2% și Cu=0.4-2.1%, analizate în cadrul DFNA cu spectrometrul XRF Midex M

Fragment ceramic antropomorf
Fragment de recipient antropomorf, cu partea frontală lustruită și acoperită cu decor excizat si incrustație cu pastă albă, pictat pe gât și pe față cu ocru roșu. Partea dorsală netezită și nedecorată. Provine din situl neolitic de la Vădastra, sudul Olteniei, cca 5200-4900 Cal. BC. Colaborare cu Institutul de Arheologie ”Vasile Pârvan”

Analize cu fascicule de ioni (IBA) și raze X (XRF)
Responsabili: Roxana Bugoi, Dragoș Mirea, Daniela Stan, Mihai Straticiuc

Tehnicile analitice bazate pe fenomene atomice şi nucleare pot fi utilizate cu succes în studiul obiectelor de artă şi arheologie, oferind arheologilor şi muzeografilor indicii despre materiile prime şi tehnicile de manufacturare pe care le descoperiseră și perfecționaseră strămoşii nostri. În anumite cazuri, markerii/elementele-urmă şi pattern-urile compoziţionale pot releva reţele de schimb/comerciale complexe şi provenienţe ale artefactelor supuse studiului. Analizele fizico-chimice pe obiecte de patrimoniu se dovedesc a fi extrem de utile și în procesele de conservare și restaurare, dar și pentru testarea autenticității artefactelor propuse spre achiziționare muzeelor sau apărute pe piața obiectelor de artă – vezi cazul celebrelor brățări dacice, expertizate în anii precedenți și în cadrul IFIN-HH (eventual link-uri la articole). Bunurile de patrimoniu cultural sunt supuse degradării prin „îmbătrânire”, proces care trebuie înțeles, atât în cauze, cât și în dinamica sa pentru a găsi căi de a-l preveni sau încetini.

• Fluorescenţă de Raze X (XRF - X-ray Fluorescence) folosind spectrometre fixe (analize elementale în laborator) şi portabile (analize în laborator și in-situ direct în muzee, galerii, colecţii) permite identificarea elementelor chimice (de la Mg până la U) prezente în artefacte într-o concentrație minimă de zeci de părţi per milion (ppm). Suprafaţa analizată are un diametru de 30, iar adâncimea analizată a probei poate varia între zeci, până la sute de micrometri, în funcţie de materialul analizat și de elementul detectat. XRF este prin excelență o tehnică nedestructivă, ce oferă o analiză cantitativă multielementală pentru o gamă variată de probe, de la aliaje metalice, până la artefacte din sticlă și ceramică.

• Fasciculele de ioni accelerați folosind emisia de raze X Indusă de Protoni (PIXE - Proton Induced X-ray Emission) la accelerator de particule de tip Tandetron de 3 MV, permit identificarea și cuantificarea elementelor chimice de la Na până la U, prezente în concentrații de ordinul ppm-urilor în obiectele analizate. Cu ajutorul unui sistem de poziționare al probelor cu 3 axe, ce se deplasează cu precizie micrometrică și utilizând un fascicul de protoni cu diametrul de ~1 mm, artefactele pot fi analizate atât în vid cât şi în atmosferă de He, la presiune atmosferică. Adâncimea sondată este de ordinul zecilor de microni și la fel ca în cazul metodei XRF depinde de densitatea materialului analizat și de elementul chimic a cărei concentrație se dorește a fi determinată.

Podoabe neolitice
Podoabe neolitice (civilizaţia Gumelniţa) din nefrit poziționate pe suportul de probe al instalației SEM-EDS ZEISS EVO MA15

Hărți elementale 2D
Hartă elementală realizată cu SEM-EDS pe monezi dacicie si romane de argint, datând din secolele I î.H. - III d.H. (Histria, Dobrogea)

Microscopie electronică cu baleiaj, cuplată cu mapare elementală 2D (SEM-EDS)
Responsabil: Paul Mereuță

În cadrul DFNA, tehnica analitică SEM-EDS este aplicată pentru studiul unei game diverse de materiale. Datorită posibilității de optimizare ai parametrilor fasciculului de electroni (E=1-30 keV, I=1-2000 nA) această metodă este nedestructivă, însă presupune câteva limitări de ordin geometric impuse de faptul că analizele se pot efectua doar în vid. Rezoluţia imaginii SEM poate ajunge până la 3 nm, în timp ce rezoluţia energetică a detectorului de raze X (sistemul EDS) este de 129 eV (Kα Mn), având o limită de detecţie de aproximativ 100 ppm. Pot fi astfel detectate elementele chimice de la C până la U și cuantificate cele cu numărul atomic mai mare de 10. Totodată se pot obține hărți elementale bidimensionale pentru anumite porțiuni ale artefactelor analizate.

Referințe:
[1] P. Mereuta et al., SEM-EDS AS INVESTIGATION TOOL FOR ARCHAEOLOGICAL ARTIFACTS – THE CASE OF NEPHRITE ADORNMENTS, Romanian Reports in Physics 71, 802 (2019)
[2] D. Cristea-Stan et al., ANCIENT SILVER AND BRONZE METALLURGY STUDIES BY MICRO-PIXE AND SEM-EDS, Romanian Journal of Physics 63, 204 (2018)

Tomograf Nikon XT H 225
Tomograf Nikon XT H 225

Zeiță a fertilității descoperită la Sultana (Giurgiu)
Zeiță a fertilității descoperită la Sultana (Giurgiu)

Tomografia zeiței fertilității descoperită la Sultana (Giurgiu)
Tomografia zeiței fertilității descoperită la Sultana (Giurgiu)

Tomografie aplicată în arheometrie
Responsabili: Mircea Lechințan, Stelian Mihălceanu, Robert Sîrbu

...



...

Schematic presentation
tomoscan...

...

...
...

...
...

Referințe:
[1] ...