Smithsonian nutzt LIBS Academic Loaner für chinesische Gürtelhakenstudie

Die Nationalmuseum für Asiatische Kunst der Smithsonian Institution nutzte kürzlich einen SciAps LIBS-Analysator durch die Akademisches Leihprogramm dirigieren a Studie an ihrer Sammlung chinesischer Gürtelhaken. Ariel O'Connor, Objektkonservatorin in der Abteilung für Konservierung und wissenschaftliche Forschung, und Dr. Blythe McCarthy, leitende Wissenschaftlerin bei Andrew W. Mellon, schlossen die Laser-Induced Breakdown Spectroscopy ab. LIBS Analyse von 401 der 423 Gürtelhaken mit dem Z-300 (jetzt der Z-903). Der Großteil der Sammlung stammt aus der Zeit der Han-Dynastie, die sich ungefähr vom 5. Jahrhundert v. Chr. bis zum 2. Jahrhundert n. Chr. erstreckte, und alle Stücke weisen in unterschiedlichem Ausmaß Korrosion durch Vergrabungen auf.

Wie sein Vorgänger, der Z-300, aber mit aktualisierter Form und Software, misst der tragbare Analysator SciAps Z-903 jedes Element im Periodensystem der Elemente – von H bis U. Der erweiterte Spektrometerbereich von 190 nm bis 950 nm ermöglicht die Messung von Emissionslinien mit längerer Wellenlänge von Elementen wie H, F, N, O, Br, Cl, Rb, Cs und S. Weitere Vorteile sind eine empfindlichere Linie für Lithium bei etwa 675 nm, um Nachweisgrenzen im Bereich von 2-5 ppm und Kalium ohne Störungen durch Schwereisen zu erreichen. Der Z-903 wird aufgrund des breiten Elementbereichs am häufigsten für die Mineralexploration, Forensik, Authentifizierung und Archäologie verwendet.

Die chinesische Gürtelhakenstudie

Dieses Forschungsprojekt begann in den 1970er Jahren mit einem früheren Leiter der Abteilung, W. Thomas Chase. Chase schrieb seine Masterarbeit¹ auf die Freer GürtelhakenEr setzte seine Forschung mit einer technischen Studie im Museum fort und analysierte 157 Gürtelhaken, indem er kleine Löcher bohrte und Metallpulverproben sammelte, an denen er Nasschemie anwandte.

Im Laufe der Jahre hat das Museum die Sammlung erweitert. Es verfügt nun über 423 Gürtelhaken, von denen die meisten aus Kupferlegierungen bestehen und eine durchschnittliche Länge von etwa 6 Zoll haben. Obwohl sich diese Studie nur mit Gürtelhaken aus Bronze befasst, bestehen einige in der Sammlung aus anderen Metallen wie Eisen, sind vergoldet oder haben Einlagen aus Silber, Gold, Jade und Glas. Es ist eine einzigartige Sammlung, sowohl in Bezug auf Materialien als auch Größe.

„Als wir mit diesem Projekt begannen, versuchten wir herauszufinden, wie wir eine Kupferlegierungsanalyse durchführen könnten, um Toms Daten aus den 1970er Jahren mit unseren neuen Stücken zu vergleichen und die Sammlung als Ganzes zu betrachten“, sagt O'Connor.

Zunächst verwendete O'Connor tragbare Röntgenfluoreszenzgeräte (XRF), musste jedoch feststellen, dass es sich bei XRF um eine Oberflächentechnik handelt und die Ergebnisse daher im Vergleich zur Nasschemieanalyse sehr unterschiedlich ausfielen. Sie mussten eine Technik finden, um unter die Oberflächenkorrosion zu blicken.

Die gebohrten Proben aus den 1970er Jahren haben einen Durchmesser von 2 bis 3 mm, daher wollte das Team eine Methode, die nicht so auffällt. Daher war die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) ihr erster Gedanke. Die Größe der Sammlung sowie einige der Gürtelhaken machten ICP-MS jedoch problematisch. „Ich habe im Internet umfassend gesucht, um eine andere Technik zu finden, die uns Ergebnisse liefern könnte, die unseren Kriterien entsprechen, einem Objekt keinen größeren Schaden zuzufügen“, sagt McCarthy. Zerstörungsfreie Prüfungen waren ihre erste Option, die mikrodestruktive Prüfung jedoch die zweite.

"Dr. Richard Hark [Konservierungswissenschaftler, Yale Institute for the Preservation of Cultural Heritage] verwendete Ihr LIBS für seine Arbeit, also rief ich ihn an und sprach mit ihm. Er stellte mich dann Morgan [Jennings] vor“, sagt McCarthy, „was dazu führte, dass SciAps uns das Instrument sehr großzügig lieh.“

Dem Team gelang es, die meisten Gürtelhaken zu analysieren. Gürtelhaken aus massivem Gold, Silber oder Eisen wurden von der Analyse ausgeschlossen. Der Fokus lag ausschließlich auf den Artefakten aus Kupferlegierungen, die geeignete Analysebereiche aufwiesen.

„Jetzt haben wir eine Gruppe von Objekten mit sowohl nasschemischen Analysen aus den 1970er-Jahren als auch der LIBS-Analyse von 2023. Wir haben einen guten Datensatz, um beide Techniken zu vergleichen“, sagt O'Connor.

„Wir werden uns zum Vergleich auch einige Röntgenfluoreszenzuntersuchungen ansehen, da in unserem Bereich viele Leute XRF verwenden, obwohl es sich um eine Oberflächentechnik handelt“, sagt McCarthy. Anders als XRF kann der LIBS-Laser mit der Reinigungsfunktion die äußerste Oberfläche des Artefakts abtragen und eine repräsentativere Analyse des darunter liegenden Materials erhalten. Viele Museen verbieten dem Restaurator jegliche Art von zerstörender Technik, selbst wenn die Probe so klein ist wie die der LIBS-Probenstelle, sodass XRF die einzige Option ist. „Man kann die Ergebnisse mehrerer Techniken nicht direkt vergleichen, aber ich denke, wir haben eine Datenmenge, die wir verwenden können.“

Der Tor

Ariel O'Connor arbeitet mit Donna Strahan, Leiterin der Abteilung für Konservierung und wissenschaftliche Forschung, an einem Buch über die seltene Sammlung.

„Alle Gürtelhaken stammen von Fundstätten in ganz China. Das Buch wird die Gürtelhakentypologie und -geschichte aus der Sicht der Materialien und der Technologie diskutieren, wobei der LIBS-Inhalt im Anhang zu finden ist. Wir arbeiten auch mit anderen Konservatoren, Kuratoren und Konservierungswissenschaftlern zusammen“, sagt O'Connor.

„Im nächsten Schritt wird Ariel alle Daten verarbeiten. Anschließend werden wir einige Statistiken und Gruppierungen erstellen und prüfen, wie diese mit denen aus der vergleichenden Archäologie und Kunstgeschichte übereinstimmen“, sagt McCarthy.

Eine wichtige Forschungsfrage, die O'Connor und Strahan beantworten möchten, ist, wie die Gürtelhaken hergestellt wurden und wie die Zusammensetzung der Legierung Aufschluss über Werkstatt und Datierung geben kann. Sie hoffen, dass die Korrelation der Legierungsgruppen mit dekorativen Techniken weitere Verfeinerungen ermöglichen wird. Die gängigste Methode der Dekoration ist das Auftragen von Goldeinlagen oder Vergoldungen auf die Oberfläche. „Wir werden die LIBS-Datenpunkte verwenden, um zu sehen, ob es einen Trend zu höheren Kupfergehalten in den Legierungen vergoldeter Objekte im Vergleich zu unverzierten Gürtelhaken gibt. Wir sind mit unseren Schlussfolgerungen noch nicht ganz am Ziel, aber das sind die Dinge, nach denen wir suchen“, sagt O'Connor.

Die Gürtelhaken kamen höchstwahrscheinlich aus dem Nordwesten oder Nordosten nach China und wurden dann in chinesische Kleidung integriert. „Die Terrakotta-Krieger haben Gürtelhaken, die als Teil der Uniform dargestellt werden, die sie tragen. Wir wissen also, dass sie funktional waren, aber wir haben auch welche, die mit Türkis, Gold und Jade und Glas verziert sind, also waren sie auch dekorativ. Ich denke, sie ähneln den Gürtelschnallen, die man in der Rodeo-Kultur sieht, die Statussymbole sind, die man vom anderen Ende des Raumes aus sehen kann“, sagt O'Connor. „Wie die Schnallen waren Gürtelhaken wahrscheinlich Statussymbole.“

Akademisches Darlehen

O'Connor und McCarthy sprachen beide über die Vorteile des Academic Loaner Program.

„Ich würde sagen, es liegt nicht nur am Instrument. Es liegt an der ganzen Hilfe, die wir von Morgan und Jonathan bekommen haben“, sagt McCarthy. Morgan Jennings ist SciAps-Produktmanager und Jonathan Moeller ist SciAps-Produktspezialist. Sie trafen sich mit O'Connor und McCarthy über Zoom, um ihnen die Software vorzustellen.

"Aber diese komplizierte Software könnte man in einem einstündigen Zoom-Meeting einfach nicht verstehen. Wir haben uns viele Notizen gemacht, und als wir dann mit der Nutzung des Analysators und der Kalibrierung begannen, kamen Fragen auf, und das nicht nur, weil wir alle Fragen auf einmal hatten. Es waren viele, viele Sitzungen mit ihnen, wieder per Zoom oder E-Mail. Sie waren immer sehr großzügig mit ihrer Zeit“, sagt O'Connor.

„Das Testen des LIBS-Analysators bei diesem Projekt war wirklich wichtig, da korrodierte Bronzen einen so großen Teil unserer Sammlung ausmachen“, sagt McCarthy.

SciAps Akademisches Leihprogramm bietet sowohl tragbare XRF- als auch LIBS-Geräte für die Laborarbeit mit Studenten oder die Forschung vor Ort. Unsere akademischen Partner entwickeln immer neue Anwendungen für die Geräte und geben uns wertvolles Feedback.

Wie können wir Ihre Arbeit mit unserem Academic Loaner Program unterstützen? Kontaktieren Sie uns unter academic@sciaps.com. Universitätsforscher können ein Gerät für einen Monat ausleihen, sofern sie uns eine zusammenfassende Veröffentlichung ihrer Forschung vorlegen, die wir veröffentlichen können, ohne dass ihre Veröffentlichungsrechte dadurch beeinträchtigt werden.

SciAps, Inc.ist ein in Boston ansässiges Instrumentierungsunternehmen, das sich auf tragbare Analysegeräte zur Messung jedes Elements an jedem Ort der Welt spezialisiert hat. Ihre branchenführenden Röntgenfluoreszenz- (XRF) und laserbasierten (LIBS) Analysatoren sind in allen wichtigen Branchen im Einsatz, darunter Öl/Gas, Metalle und Bergbau, Luft- und Raumfahrt, Batterien und strategische Metalle (Lithium, Seltenerdelemente). , Altmetallrecycling, Chemie und Petrochemie, Militär, Forensik und Strafverfolgung. SciAps-Instrumente sind für die Messung von Elementen in allen Arten von Materialien konfiguriert, sodass die Anwendungen ständig erweitert werden, zuletzt auch in der Weltraumforschung, bei antiviralen Beschichtungen für Pandemien, in der Landwirtschaft und bei Umweltschadstoffen.

¹W. Thomas Chases Masterarbeit von 1967 für das Institute of Fine Arts der New York University „Chinesische Gürtelhaken in der Freer Gallery of Art“ (739.151.C5 in der Hauptbibliothek der FS)

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