Новости химической науки > Электрохимия определяет возраст артефактов

Как можно провести датировку археологических находок, если эту задачу не может решить метод радиоуглеродного анализа, например для исторических артефактов, изготовленных из металла? Исследователи из Испании и Португалии предлагают новую методику для определения возраста объектов из меди или бронзы.

Разработанный ими электроаналитический метод основан на вольтамперометрии микрочастиц. Этот метод позволяет сравнить различные продукты коррозии, которые образуются в течение длительных периодов времени; для анализа с помощью нового метода требуется всего лишь несколько нанограммов материала, так что в процессе такого анализа ценный артефакт, имеющий историческое значение остается практически неповрежденным.

Электрохимия в археологии – вольтамперометрия микрочастиц позволяет определить возраст артефактов, изготовленных из меди или бронзы. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Edi., 2014, doi: 10.1002/anie.201404522)

Вольтамперометрические эксперименты позволяют получить зависимости силы тока от напряжения (вольтамперометрические кривые), которые для ряда соединений имеют строго определенную форму. Для того, чтобы определить возраст медьсодержащих артефактов исследователи из группы Антонио Доменека-Карбо (Antonio Doménech-Carbó) из Университета Валенсии изучили соотношение содержания двух различных оксидов меди – тенорита и куприта, которые можно различить и определить количественно на основании формы их вольтамперометрических кривых.

При окислении поверхности меди кислородом воздуха на ней образуется слой куприта (Cu₂O). Со временем этот слой медленно превращается в другие продукты коррозии. Если медные или бронзовые артефакты находятся в окружении с умеренной коррозионной активностью (не в морской воде и не в почве), первичная патина из куприта начинает медленно покрываться слоем тенорита (CuO). Это происходит из-за того, что куприт реагирует с кислородом воздуха, образуя тенорит в атмосфере, содержащей диоксид углерода или в присутствии известковых материалов. Исследование медных монет с помощью сканирующей электронной микроскопии, сопряженной с рентгеновской спектроскопии подтверждает наличие на поверхности монет куприта и тенорита.

Для проведения электроаналитических экспериментов исследователи импрегнировали графитовый электрод парафином и слегка прикоснулись этим электродом к поверхности артефакта. В результате касания к поверхности электрода прилепилось несколько нанограмм образца, этот материал затем был погружен в водный раствор электролита, причем такая операция не повредила целостность объекта, а отобранные микрочастицы, содержащие оксиды меди, давали весьма характеристические вольтамперометрические кривые.

Особый интерес у исследователей вызвало соотношение тенорита и куприта. На основании анализа электрохимических кривых было показано, что количество тенорита увеличивается по мере протекания коррозии – для этого вывода исследователи изучили различные древние монеты из разных коллекций исторических артефактов музеев Валенсии и Сативы, а также искусственно состаренные медные евроценты. Исследователи использовали монеты для построения калибровочных графиков, которые могут быть использованы для датировки объектов, возраст которых неизвестен.

Вольтамперометрическое определение возраста кувшина для воды эпохи Кордовского Халифата и шлема Монтефортино эпохи Римской империи позволил определить, что возраст этих артефактов составляет 1050±80 и 2150±150 лет соответственно, что согласуется с результатами полученными ранее на основании археологического контекста.

Источник: Angew. Chem. Int. Edi., 2014, doi: 10.1002/anie.201404522

метки статьи: #аналитическая химия, #химическая археология, #электрохимия