Warsztaty GeoArcheo – Nowoczesne metody analityczne w archeologii – 25-26 września 2025

Spektroskopia Ramana to doskonała metoda identyfikacji chemicznej związków nieorganicznych i organicznych. Analiza opiera się na wzbudzeniu drgań atomów w próbce światłem laserowym i umożliwia punktowe, powierzchniowe (2D) oraz przestrzenne (3D) mapowanie próbek. Spektroskop ramanowski jest połączony z optycznym mikroskopem konfokalnym. Możliwa jest również rejestracja widma Ramana z bardzo małych próbek badanych pod skaningowym mikroskopem elektronowym. Metoda jest nieniszcząca i wymaga niewielkiego przygotowania próbki. Mikroskop SEM umożliwia obrazowanie próbek nieprzewodzących bez konieczności ich napylania. Badania ramanowskie znajdują zastosowanie w identyfikacji szerokiej gamy związków organicznych i nieorganicznych występujących w różnych zabytkach archeologicznych (np. pigmenty, tłuszcze, produkty korozji metali).

Warsztaty prowadzone będą w oparciu o spektrometr ramanowski inVia Qontor firmy Renishaw sprzężony z mikroskopem optycznym.

Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego (XRD), to najlepszy sposób identyfikacji faz krystalicznych. W archeologii niezastąpiona głównie w badaniach ceramiki, pigmentów, przedmiotów wykonanych ze skał oraz próbek gleb i nalotów na przedmiotach użytkowych. Do badań wystarczy próbka o minimalnej masie od kilkudziesięciu miligramów. W oparciu o uzyskane wyniki możliwe jest m. in. określenie składu fazowego pigmentów, produktów korozji metali oraz warunków wypalania ceramiki lub też pośrednio temperatur wytopu metali.

Warsztaty prowadzone będą w oparciu o proszkowy dyfraktometr rentgenowski X`Pert PRO MPD.

Mikroanaliza rentgenowska (EPMA) to bardzo precyzyjna i dokładna technika pomiaru koncentracji pierwiastków w ciałach stałych w obszarze od 1 mikrona. Metoda EPMA polega na bombardowaniu powierzchni próbki skupioną wiązką elektronów i analizie wyemitowanego charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego metodą WDS. Znajduje ona zastosowanie w oznaczaniu składu pierwiastkowego m. in. stopów metali, szkieł czy minerałów. Szczególnie użyteczna jest np. przy określaniu precyzyjnego składu chemicznego faz tworzących się podczas procesów hutniczych czy badaniu drobnych odmieszań fazowych w obrębie stopów metali.

Warsztaty prowadzone będą w oparciu o mikrosondę elektronową Cameca SX100.

Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) pozwala na obrazowanie obiektów w powiększeniach do około x500 000, a dzięki pracy przy zmiennym ciśnieniu możemy analizować próbki bez konieczności ich napylania. Wykorzystując punktową analizę składu chemicznego EDS możemy zmierzyć zawartości pierwiastków od C do U, przy limicie detekcji ok. 0.1 % wag. Możliwe jest również stworzenie map dystrybucji pierwiastków w próbce. Metoda ta znajduje szerokie zastosowanie przy badaniu powierzchni różnego typu zabytków archeologicznych, pigmentów oraz materiałów organicznych.

Warsztaty prowadzone będą w trzech grupach wykorzystujących różne urządzenia: a) mikroskop elektronowy Zeiss Auriga 60 (z możliwością rejestracji dyfrakcji elektronów oraz wycinania niewielkich objętości próbek z większej całości), b) mikroskop elektronowy Zeiss Sigma VP i c) JEOL 6380 umożliwiające analizę składu chemicznego oraz wykonywanie mapingów rozkładu pierwiastków.

Analiza ICP OES umożliwia jednoczesny pomiar kilkudziesięciu pierwiastków (głównych, śladowych, w tym pierwiastków ziem rzadkich – REE) na poziomie 1- 10 ppb. Analizy te pozwalają określić precyzyjny skład chemiczny konkretnej próbki dający informacje np. świadczące o zanieczyszczeniach środowiskowych. Metodą tą można analizować próbki wód, gleb, skał, osadów rzecznych i jeziornych, kości, rośliny itp.

Uzupełnieniem analizy wielopierwiastkowej jest oznaczenie zwartości węgla całkowitego (TOC), organicznego i nieorganicznego w próbce proszkowej o masie < 1g. Oznaczenia TOC wykorzystuje się w interpretacjach środowiskowych, czy w celu wytypowania materiałów do dalszych badań typu: datowanie radiowęglowe, analizy genetyczne, oznaczenia biomarkerów, izolacja kolagenu z kości, itd.

Metoda XRF wykorzystuje zjawisko fluorescencji rentgenowskiej pojawiające się podczas bombardowania próbki przez promieniowanie rentgenowskie. Umożliwia ona określenie zawartości pierwiastków od magnezu do uranu w koncentracjach poczynając od ppm w ciałach stałych (np. monety, ceramika, minerały, szkło, pigmenty). Ze względu na mobilny charakter urządzenia znajduje ono także zastosowanie w określaniu koncentracji pierwiastków in situ w profilach archeologicznych oraz w geochemicznym mapowaniu stanowisk.

Równocześnie z użyciem przenośnego spektrometru XRF na stanowiskach archeologicznych oraz w laboratoriach terenowych możliwe jest wykorzystanie przenośnego spektrometru ramanowskiego, który dostarcza dodatkowych danych dotyczących identyfikacji związków organicznych i nieorganicznych. Tego typu urządzenie znajduje zastosowanie w terenowej analizie m. in. fresków, obrazów i innych dzieł sztuki, kamieni szlachetnych, pigmentów stosowanych przy produkcji ceramiki, szkła oraz materii organicznej pojawiającej się w różnorodnych kontekstach archeologicznych (np. tłuszczów).

Warsztaty prowadzone będą w oparciu o przenośny spektrometr XRF VantaM (Olympus) oraz przenośny spektrometr ramanowski BRAVO.

Mikroskopia optyczna to szybka i niedroga metoda pozwalająca określić skład fazowy próbki w płytce cienkiej. Pozwala na obserwację, zarówno w świetle przechodzącym, jak i odbitym (np. badania stopów metali). Metoda znajduje zastosowanie np. w analizie petrograficznej artefaktów ceramicznych– pozwala na rozpoznanie poszczególnych składników masy ceramicznej, opisanie tekstury próbki (m.in. rozmiaru i kształtu ziaren, ich wysortowania, określenie porowatości). Interpretacja uzyskanych wyników umożliwia m.in. analizę techniki wykonania naczyń, określenie składu gliny i stosowanych domieszek, czy sposób przygotowania masy ceramicznej.

Warsztaty prowadzone będą w oparciu o mikroskopy polaryzacyjne Leica.

Wydział Geologii UW posiada dwa mikroskopy cyfrowe Keyence VHX 7000 oraz EA-300. Pierwszy umożliwia obserwacje i rejestrowanie obrazu 3D w zakresie powiększeń 20-2500x, co jest szczególnie przydatne w obserwacjach powierzchni zabytków archeologicznych (m. in. badania traseologiczne, odtwarzanie technologii wykonywani przedmiotów). Drugi wyposażony jest w głowicę z laserem LIBS (laser-inducted breakdown spectroscopy) umożliwiającą oznaczanie jakościowej zawartości pierwiastków (od wodoru do uranu, w tym szczególnie lekkich jak Li, B, Be).

Warsztaty prowadzone będą w oparciu o dwa mikroskopy cyfrowe Keyence.