Domů > Odborné články > Gymnaziální vzdělávání > Chemická analýza historických materiálů a objektů kulturního dědictví – Aktivity
Odborný článek

Chemická analýza historických materiálů a objektů kulturního dědictví – Aktivity

14. 6. 2011 Gymnaziální vzdělávání
Autor
Ing. Anna Mittnerová
Spoluautoři
Ing. Miroslava Novotná, CSc.
Ing. Linda Mišková

Anotace

Článek obsahuje popisy zkoumání konkrétních předmětů za použití zobrazovacích metod a infračervené spektroskopie, ukázky spekter s vysvětlením, postupy, jak se ze spektra určí, o kterou látku jde. V příloze naleznete opakovací test.

Úkol 1

Šperky z jantaru od Baltského moře

Jantary jsou tvořeny mineralizovanou pryskyřicí třetihorních jehličnanů. Pro svoji barvu a přirozenou krásu je jantar používán od dávných dob na výrobu šperků a ozdobných předmětů. Naleziště jantarů jsou na různých místech světa, nálezy z okolí Baltského moře jsou označovány jako tzv. baltské jantary. Původ tohoto typu jantaru můžeme velmi dobře identifikovat pomocí infračervené spektroskopie, kde vidíme ve spektru tzv. baltské ramínko , tj. skrytý absorpční pás s vrcholem při vlnočtu 1150–1210 cm-1 (Obr. 3). Pokud toto ramínko ve spektru chybí, pochází jantar z jiné oblasti světa. Tato informace opět pomáhá archeologům k dotvoření přehledu o jantarových obchodních cestách v historických dobách.
unknown standard

Obr. 1 Fotografie jantarového korálku neznámého původu, který byl nalezen v hrobě archeologického naleziště v Čechách.

Obr. 2 Fotografie korálku z baltského jantaru, který byl použit jako standard.

 

curves
Obr. 3 FT-IR spektra: Zelená křivka – srovnávací spektrum baltského jantaru s charakteristickým „baltským ramínkem“, tj. absorpční pás s vrcholem při vlnočtu 1150–1210 cm-1, červená křivka – spektrum naměřené na vzorku kroužkového korálku nalezeného v hrobě pod lebkou. V obou spektrech identifikujeme tzv. baltské ramínko, což dokazuje, že jantarový korálek nalezený v hrobě byl vyroben z baltského jantaru. Můžeme usuzovat, že v místě nálezu obchodovali naši předkové s lidmi žijícími v okolí Baltského moře.

Rekonstrukce gotického Karlova mostu v Praze

V současné době prochází Karlův most rozsáhlou rekonstrukcí, která je pod drobnohledem široké veřejnosti. O příčinách degradace a i o kvalitě rekonstrukčních prací se vede v odborné veřejnosti velká diskuze, v tisku a médiích je publikováno mnoho odborných i populárních článků. Lícové zdivo gotického Karlova mostu v Praze bylo velice pozměněno v rámci rozsáhlých oprav během devatenáctého a dvacátého století. Jako pojivového a výplňového materiálu, namísto původní maltoviny na bázi hydraulického vápna a „coccocipesta“, byl v některých případech využit vytvrzený portlandský cement. Ten vytvořil téměř nepropustnou bariéru, jejíž propustnost je o tři až čtyři řády nižší než propustnost vody a vodní páry původní vápenné malty a opukového zdiva.

Tato nízká propustnost nového nekompatibilního materiálu vede k hromadění vodorozpustných solí, především dusičnanů, ale také chloridů a síranů na lícovém zdivu. Dalším problémem je přítomnost polymerů, kterými bylo lícní zdivo ošetřeno ve 20. století. Na povrchu kamene se tvoří nepropustná černá krusta, pod kterou bují veselý život mikroorganismů a dalších vodorozpustných solí, a hmota kamene se stává křehká a drolivá.Jak byste postupovali při zjišťování příčin degradace zdiva mostu? Kterou analytickou metodu byste navrhli a co by vám naměřené výsledky indikovaly? Nejdříve bychom odebrali vzorky, zalili do pryskyřice a vytvořili příčný nábrus, který bychom prohlédli pod mikroskopem ve viditelném světle (Obr. 4) a UV světle (Obr. 5). V UV světle můžeme pozorovat výraznou růžovou fluorescenci mikroorganismů.

visible uv

Obr.4 Mikroskopická fotografie nábrusu vzorku  kamene odebraného ze zábradlí ve viditelném světle.

Obr.5 Mikroskopická fotografie nábrusu vzorku kamene odebraného ze zábradlí v UV světle.

Pak bychom analyzovali vzorek v infračerveném spektroskopu (FT-IR.) Důkaz o výskytu mikroorganismů potvrzuje výskyt enzymu pektinázy (metabolického produktu mikroorganismů), který byl identifikován v naměřených spektrech (Obr. 6).

curves cervena fialova
Obr. 6 Červená křivka – FT-IR spektrum naměřené z odebraného vzorku zdiva, fialová křivka – srovnávací spektrum enzymu pektinázy, kterou produkují bakterie. Charakteristické pásy pro protein (enzym pektináza) jsou ve spektrální oblasti vlnočtu 1640 a 1520 cm-1.

Úkol 2

Analýza usazenin na středověkých nádobách

Ve středověku bylo vyrobeno veliké množství keramických nádob, které byly používány většinou v domácnosti. Podle typu usazenin na těchto nádobách usuzují archeologové, jak asi lidé ve středověku žili. Vhodnou chemickou analýzou pro zjištění charakteru těchto usazenin je infračervená spektroskopie. Na Obr. 7 a Obr. 8 vidíte způsob, kterým se odebírá vzorek pro analýzu. Ve třech vzorcích nádob byly identifikovány proteiny a tato skutečnost vede k úsudku, že nádoby byly používány ke skladování potravin: šlo tedy o kuchyňské keramické nádoby.Ve vzorku odebraném z nádoby 658 (Obr. 9 a Obr. 10) byla na základě porovnání charakteru infračerveného spektra (Obr. 11) odebraného vzorku (spektrum A) se srovnávacím spektrem E pro borovicovou pryskyřici potvrzena přítomnost borovicové pryskyřice v usazenině nádoby. Vzorek nádoby však obsahuje i další složky: chemické sloučeniny, jak vyplývá ze srovnání se spektry, a to se spektrem B pro fosforečnan vápenatý, spektrem C pro oxid křemičitý a spektrem D pro síran vápenatý. Z porovnání spekter můžeme usuzovat, že keramická nádoba mohla být používána k tavení pryskyřice na výrobu loučí.

vessel1

vessel2

Obr. 7 Obr. 8
vessel3 vessel4
Obr. 9 Obr. 10

 

curves pouze cervena
Obr. 11 Porovnáním spektra (A) vzorku č. 11 keramické nádoby 658, se spektrem čisté borovicové pryskyřice (E) můžeme potvrdit přítomnost pryskyřice v odebraném vzorku usazeniny. Na obou spektrech je shodný absorpční pás s vrcholem při vlnočtu 2930 cm-1.

Ošetření archeologického nálezu plastiky keltské hlavy ze středních Čech. Jeden z nejvýznamnějších objevů na českém území pocházející z období kolem poloviny 2. století před naším letopočtem, kdy území severně od Alp obývaly keltské kmeny, je nález kamenné plastiky hlavy keltského boha (Obr. 12). Nález jednotlivých kusů hlavy byl učiněn náhodně místními obyvateli na poli ve středních Čechách v blízkosti Mšeckých Žehrovic u Slaného v roce 1943. Po válce byly jednotlivé díly sošky spojeny, hlava byla restaurována a tento vzácný nález vystaven v Národním muzeu. V roce 2009 byla plastika zapůjčena na výstavu Umění Keltů do historického muzea v Bernu.Kvůli převozu do jiného prostředí bylo proto důležité zjistit, kterým materiálem byly jednotlivé díly hlavy slepeny a zda a čím byl ošetřen povrch plastiky. Jako vhodná analytická metoda byla použita infračervená spektroskopie. Miniaturní vzorky pro analýzu byly odebrány ze zadní strany hlavy (Obr. 13).

head1 head2
Obr. 12 Pohled na plastiku keltské hlavy zepředu. Obr. 13 Zadní strana keltské hlavy a dvě místa odběru  vzorků.
spectra1
Obr. 14 (A) Spektrum vzorku odebraného v místě 1, (B) srovnávací spektrum sádry a (C)                              srovnávací spektrum včelího vosku.

 

spectra2
Obr. 15 (A) Spektrum vzorku odebraného v místě 2, srovnávací spektra: (B) kalcium stearátu,                               (C) polyakrylátové pryskyřice, (D) sádry, (E) alfa křemene.

Na základě porovnání spekter zkoumaného vzorku a srovnávacích spekter čistých látek lze potvrdit, že na slepení jednotlivých částí plastiky byla použita směs sádry (vrchol 1695 a 1619 cm-1) a polyakrylátové pryskyřice (vrchol 1732 cm-1) a že povrch plastiky hlavy byl ošetřen včelím voskem, shodné absorpční pásy s vrcholy při vlnočtu 2917 a 2851 cm-1.

 


Tento výukový text vznikl jako součást projektu Chemistry is All Around Us (CIAAU), financovaného Evropskou komisí, prostřednictvím Výkonné agentury pro vzdělávání, kulturu a audiovizuální oblast (EACEA) v rámci programu Leonardo da Vinci, Podpora evropské spolupráce v oblasti vzdělávání a celoživotního učení, http://www.chemistry-is.eu/.

l l

Soubory materiálu
Typ
 
Název
 
pdf
97.66 kB
PDF
Test – formát PDF
doc
64.45 kB
Dokument
Test - formát DOC

Licence

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons BY-NC-ND.

Autor
Ing. Anna Mittnerová

Hodnocení od uživatelů

Článek nebyl prozatím komentován.

Váš komentář

Pro vložení komentáře je nutné se nejprve přihlásit.

Vazby na další články:

Navazuje na téma článku:

Článek pro obor:

Chemie