Научная статья на тему 'ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА В АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ'

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА В АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
1829
298
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
физико-химический анализ / сканирующая электронная микроскопия / СЭМ / термический анализ / СТА / пиролиз рентгенофлуоресцентный анализ / РФлА / рентгенофазовый анализ и рентгеновская дифрактометрия / РФА инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия / ИК / УФ / хроматография / ГХ-МС / ВЭЖХ / спектроскопия ядерного магнитного резонанса / ЯМР / элементный анализ / АЭА / ИСП / механический анализ / микротвёрдость / археология / находки / минералы / керамика / металл / стекло / красители / пигменты / physicochemical analysis / scanning electron microscopy / SEM / thermal analysis / STA / pyrolysis / X-ray fluorescence analysis / RFlA / X-ray phase analysis and X-ray diffractometry / XRF infrared and ultraviolet spectroscopy / IR / UV / chromatography / GC-MS / HPLC / nuclear magnetic resonance spectroscopy / NMR / elemental analysis / AES / ICP / mechanical analysis / microhardness / archeology / finds / minerals / ceramics / metal / glass / dyes / pigments.

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Мокрушин И. Г., Красновских М. П., Подосенова Ю. А., Сарапулов А. Н.

Комплексное изучения культурного слоя, артефактов и реконструкция окружающей среды сегодня представляется невозможным без использования естественнонаучных методов, которые гарантируют достоверность археологических исследований и подчеркивают объективность научных результатов. В данной работе описаны различные инструментальные методы анализа, которые могут быть использованы археологами Камской археолого-этнографической экспедиции в сотрудничестве с Химическим факультетом ПГНИУ. Среди них выделяются: термический анализ (СТА, ТА, ТГ, ДТГ, ДТА, ДСК); сканирующая электронная микроскопия (СЭМ); рентгенофлуоресцентный анализ (РФлА); рентгенофазовый анализ и рентгеновская дифрактометрия (РФА); инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия (ИК, УФ); хроматография (ХМС, ГХ-МС, ВЭЖХ); спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР); элементный анализ (ЭА, АЭА, ИСП); механический анализ. Трудно переоценить роль описываемых методов, их вклад в интерпретацию археологических материалов и реконструкцию среды обитания, хозяйственного уклада, экономической и культурной деятельности наших предков. На основании представленной статьи возможна разработка списка рекомендаций по единообразному описанию археологических находок с помощью физико-химических методов анализа, который позволил бы классифицировать полученные при работе на раскопе данные и разработать единый универсальный язык общения археологов, исследующих различные памятники в разных частях света. Основы междисциплинарного сотрудничества, заложенные в данном обзоре, позволяют решать поставленные учеными-археологами задачи методами физикохимического аппаратурного анализа, реализовать которые могут только ученыехимики.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Мокрушин И. Г., Красновских М. П., Подосенова Ю. А., Сарапулов А. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PHYSICAL-CHEMICAL METHODS OF ANALYSIS IN ARCHAEOLOGICAL RESEARCH

A comprehensive study of the cultural layer, artifacts and the reconstruction of the environment today seems impossible without the use of natural scientific methods that guarantee the reliability of archaeological research and emphasize the objectivity of scientific results. This paper describes various instrumental methods of analysis that can be used by archaeologists of the Kama archaeological and ethnographic expedition in cooperation with the Faculty of Chemistry of Perm State National Research University. Among them stand out: thermal analysis (STA, TA, TG, DTG, DTA, DSC); scanning electron microscopy (SEM); Xray fluorescence analysis (XRF); X-ray phase analysis and X-ray diffractometry (XRD); infrared and ultraviolet spectroscopy (IR, UV); chromatography (GC-MS, HPLC); nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy; elemental analysis (EA, AES, ICP); mechanical analysis. The described methods contribute greatly to the interpretation of archaeological materials and the reconstruction of the habitat, economic structure, economic and cultural activities of our ancestors. On the basis of the presented article, it is possible to develop a list of recommendations for a uniform description of archaeological finds using physicochemical methods of analysis, which would allow classifying the data obtained during excavation work and developing a single universal language of communication for archaeologists who study various sites in different parts of the world. The foundations of interdisciplinary cooperation, laid down in this review, make it possible to solve the problems posed by scientists-archaeologists by methods of physical and chemical instrumental analysis, which can only be realized by chemists.

Текст научной работы на тему «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА В АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ»

УДК 902.01: 543.42: 543.442:543.5 DOI: 10.24412/2658-7637-2020-17-14-26

1 1 2 3 2

И.Г. Мокрушин, М.П. Красновских, Ю.А. Подосенова, ' А.Н. Сарапулов ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА В АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЯХ*

1 Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, РФ

2 Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет, Пермь, РФ 3 Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, РФ

Комплексное изучения культурного слоя, артефактов и реконструкция окружающей среды сегодня представляется невозможным без использования естественнонаучных методов, которые гарантируют достоверность археологических исследований и подчеркивают объективность научных результатов. В данной работе описаны различные инструментальные методы анализа, которые могут быть использованы археологами Камской археолого-этнографической экспедиции в сотрудничестве с Химическим факультетом ПГНИУ. Среди них выделяются: термический анализ (СТА, ТА, ТГ, ДТГ, ДТА, ДСК); сканирующая электронная микроскопия (СЭМ); рентгенофлуоресцентный анализ (РФлА); рентгенофазовый анализ и рентгеновская дифрактометрия (РФА); инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия (ИК, УФ); хроматография (ХМС, ГХ-МС, ВЭЖХ); спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР); элементный анализ (ЭА, АЭА, ИСП); механический анализ.

Трудно переоценить роль описываемых методов, их вклад в интерпретацию археологических материалов и реконструкцию среды обитания, хозяйственного уклада, экономической и культурной деятельности наших предков.

На основании представленной статьи возможна разработка списка рекомендаций по единообразному описанию археологических находок с помощью физико-химических методов анализа, который позволил бы классифицировать полученные при работе на раскопе данные и разработать единый универсальный язык общения археологов, исследующих различные памятники в разных частях света.

Основы междисциплинарного сотрудничества, заложенные в данном обзоре, позволяют решать поставленные учеными-археологами задачи методами физико-химического аппаратурного анализа, реализовать которые могут только ученые-химики.

Ключевые слова: физико-химический анализ, сканирующая электронная микроскопия, СЭМ, термический анализ, СТА, пиролиз рентгенофлуоресцентный анализ, РФлА, рентгенофазовый анализ и рентгеновская дифрактометрия, РФА инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия, ИК, УФ, хроматография, ГХ-МС, ВЭЖХ, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, ЯМР, элементный анализ, АЭА, ИСП, механический анализ, микротвёрдость, археология, находки, минералы, керамика, металл, стекло, красители, пигменты.

1 1 2,3 2

I.G.Mokrushin, M.P.Krasnovskikh, Yu.A.Podosenova, ' A.N.Sarapulov PHYSICAL-CHEMICAL METHODS OF ANALYSIS IN ARCHAEOLOGICAL

RESEARCH

1 Perm State University, Perm, Russia 2 Perm State Humanitarian Pedagogical University, Perm, Russia 3 Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (PFRC UB

RAS), Perm, Russia

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Пермского края, соглашение № С-26/1192 от 19.12.2019 г.

A comprehensive study of the cultural layer, artifacts and the reconstruction of the environment today seems impossible without the use of natural scientific methods that guarantee the reliability of archaeological research and emphasize the objectivity of scientific results. This paper describes various instrumental methods of analysis that can be used by archaeologists of the Kama archaeological and ethnographic expedition in cooperation with the Faculty of Chemistry of Perm State National Research University. Among them stand out: thermal analysis (STA, TA, TG, DTG, DTA, DSC); scanning electron microscopy (SEM); X-ray fluorescence analysis (XRF); X-ray phase analysis and X-ray diffractometry (XRD); infrared and ultraviolet spectroscopy (IR, UV); chromatography (GC-MS, HPLC); nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy; elemental analysis (EA, AES, ICP); mechanical analysis.

The described methods contribute greatly to the interpretation of archaeological materials and the reconstruction of the habitat, economic structure, economic and cultural activities of our ancestors.

On the basis of the presented article, it is possible to develop a list of recommendations for a uniform description of archaeological finds using physicochemical methods of analysis, which would allow classifying the data obtained during excavation work and developing a single universal language of communication for archaeologists who study various sites in different parts of the world.

The foundations of interdisciplinary cooperation, laid down in this review, make it possible to solve the problems posed by scientists-archaeologists by methods of physical and chemical instrumental analysis, which can only be realized by chemists.

Keywords: physicochemical analysis, scanning electron microscopy, SEM, thermal analysis, STA, pyrolysis, X-ray fluorescence analysis, RFlA, X-ray phase analysis and X-ray diffractometry, XRF infrared and ultraviolet spectroscopy, IR UV, chromatography, GC-MS, HPLC, nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR, elemental analysis, AES, ICP, mechanical analysis, microhardness, archeology, finds, minerals, ceramics, metal, glass, dyes, pigments.

Введение

Отличием человека от животного, отмеченным американским профессором Джозефом Ламбертом, является умение проводить химические реакции [Раков, 1999].

Процессы, протекающие при термической обработке пищи, стали первым неосознанным химическим опытом формирующегося человечества. Последовавшее затем закономерно необходимое развитие технологических навыков обращения с огнём для производства посуды и орудий труда явилось толчком для изучения химического превращения минералов и глины, получения металлов и керамических изделий. Важными вехами развития стали использование и переработка сырья растительного и животного происхождения, способы химической консервации, окрашивание текстиля, получение цветных эмалей, дубление кож, создание мыла, получение композиционных материалов на основе глин, растительных компонентов и угля, изготовление ароматических веществ.

Время беспощадно уничтожает произведения человеческих рук. Зачастую для изучения остаются лишь небольшие фрагменты. Работа археолога, состоящая в восстановлении аспектов всех сфер жизни человека, основанная на изучении древних предметов - орудий труда, посуды, оружия, а также следов жизнедеятельности, оставленных в окружающей среде, немыслима без современных естественнонаучных методов исследования. Микрохимический

15

анализ своеобразных «свидетелей» прошлого, дополняемый геологией, биологией и физикой, помогает установить, например, места поселений и пастбищ, торговые связи между отдельными племенами, уровень развития технологии, реконструировать быт и среду обитания, воссоздать социокультурный облик человека прошедших эпох [Хакимова, Цыбиктаров, 2013; Lambert, 1997].

В археологической практике широко используют доступные средства физического, физико-химического или микрохимического анализа. Он основывается на принципах хемотаксономии, когда присутствие определенного соединения или распределение соединений в неизвестном образце сопоставляется с его присутствием в современном природном веществе. Грамотное определение и выбор метода работы в зависимости от поставленной задачи, сохранение находки для дальнейшего изучения, как правило, ставится во главу угла при проведении исследования. Способность выбрать наиболее эффективный метод исследования зависит от предмета и объекта изучения. Результативность зачастую определяется правильной постановкой цели исследования и умением определить значение тех отдельных фактов, которые устанавливаются в ходе работы. Для корректной интерпретации результатов исследования необходим специалист, обладающий даром предвидения, знакомый как со спецификой труда археологов, так и со свойствами изучаемого материала, а также с возможной реакцией этих материалов на применение того или иного аналитического метода [Осипова, 2012].

Неразрушающие описательные исследования применимы к большинству артефактов, в то время как дополнительные исследования, требующие изъятия пробы, повреждения или безвозвратного разрушения артефакта, иногда являются единственным способом получить необходимый естественнонаучный материал [Цыбульская и др., 2010].

В мировой литературе только формируется стандартный подход к исследованию находок с применением методов естественных наук. Проблемой является то, что у археологов отсутствует широкий доступ к использованию физических и химических методов, наблюдается бессистемность и случайность получаемых результатов, и, как следствие, невозможность их сравнения [Молодин, Мыльникова, 2015].

Создание экономичного и информативного подхода, стандартизация методик, отработка единых механизмов для анализа и интерпретации результатов при многообразии используемых методов являются приоритетной задачей [Дребущак и др., 2006].

Наблюдается тенденция к формированию баз данных, систематизирующих знания по различным направлениям, например по погребальному обряду средневекового населения Предуралья, сельскохозяйственному инвентарю, костяным изделиям, включающим результаты палеозоологического анализа, а также металлических изделий разного предназначения (ножи, наконечники стрел, мечи, напильники, зубила), содержащих краткое описание (памятник, год раскопок, автор раскопок, шифр, название предмета) и данные, полученные при проведении металлографического анализа (микроструктура металла, шлаковые включения, уровень углерода, микротвердость, технологическая схема, особенности изготовления изделия) [Белавин, 2016].

Таким образом, интерпретация лабораторных данных - наиболее ответственный этап исследования. Объективный характер естественнонаучных аналитических методов гарантирует высокую точность и достоверность, в то время как правильность прочтения и истолкования полученных данных в значительной степени зависит от субъективной оценки интерпретатора - его умения разобраться в большом числе подчас противоречивых фактов [Гренберг, 1976, с. 38; Бахматова, 2013].

Характ ерист ика физико-химических мет одов анализа

Рассмотрим основные инструментальные методы исследования, доступные учёным-археологам Прикамья.

Термический анализ изучает изменение определенного свойства образца под воздействием температуры. В зависимости от наблюдаемого свойства и результата измерения выделяют Дифференциально-термический анализ (ДТА) для определения температуры фазовых превращений; дифференциально-сканирующую калориметрию (ДСК) - теплоты фазовых превращений; термогравиметрический анализ (ТГА) - масса образца; термомеханический анализ (ТМА) - линейные размеры образца; дилатометрия (Дил) - объём и линейный размер образца; динамический механический анализ (ДМА) -механическая жёсткость и амортизация; анализ выделяемых газов (ГТА; АВГ) -газовые продукты разложения. Группа методов относится к разрушающим, однако для анализа требуются микроколичества представительного образца (порядка 50 мг). Здесь и далее в описании метода приводится масса анализируемого образца, зачастую необходимы большие массы самой археологической находки, из которой потребуется извлечение представительных проб.

Сканирующая элект ронная микроскопия (СЭМ) пригодна для изучения микроструктуры твердых тел, их локального состава с помощью электронного пучка и соответствующего аналитического комплекса. Часто визуальное исследование поверхности образца может быть совмещено с определением качественного и количественного химического состава поверхности с помощью рентгенофлуоресцентнот анализа (РФлА). Последний метод, в свою очередь, основан на измерении рентгеновской флуоресценции атомов, и может применяться в виде самостоятельного метода, даже в полевых условиях. Он относится к неразрушающим видам анализа, что позволяет сохранить археологическую находку для дальнейшего описания и изучения, и позволяет работать даже со следовыми количествами вещества.

Рент генофазовый анализ (РФА) позволяет установить фазовый (химический) качественный и количественный состав (например, керамики, почвы, минерала, металлического артефакта) с помощью отражения рентгеновских лучей от слоёв кристаллов по всему объему образца. Высоко достоверный и экспрессный метод исследования относится к неразрушающим методам, который также можно применять на месте проведения раскопок для образцов массой от 100 мг.

Инфракрасная и ульт рафиолет овая спект роскопия (ИК, УФ) изучает взаимодействие соответствующего вида излучения с веществами массой от 1 мг и позволяет идентифицировать химические вещества или функциональные

группы в твердых, жидких или газообразных формах, в т.ч. с автоматическим поиском по базам данных.

Хромат ография исторически сложилась как метод разделения и анализа смесей веществ (чувствительность по одному соединению, далее просто чувствительность, от тысячных долей миллиграмма). Среди множества вариаций для целей археологии можно отдельно выделить хромато-масс-спектрометрию (ХМС) и её разновидности: газовую (ГХ-МС) и высокоэффективную жидкостную (ВЭЖХ-МС), включающую предварительное разделение исходной сложной смеси массой от нескольких миллиграмм на относительно простые, которая позволяет идентифицировать по базам данных органические соединения с помощью характерных «отпечатков пальцев» - масс-спектров.

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) регистрирует отклик атомных ядер, вызываемые радиочастотным излучением и может быть использована для качественного и количественного определения как органических, так и неорганических соединений в составе образца. ЯМР, позволяющий изучать образцы массой от 1 мг, делится на твердотельный анализ и спектроскопию растворов.

Элементный анализ (ЭА) позволяет вести качественное обнаружение и количественное определение содержания элементов и элементного состава веществ, материалов и различных объектов. Отдельно стоит выделить атомно-эмиссионный анализ (АЭА), масс-спектроскопию с индуктивно-связанной плазмой (ИСП) и непосредственно анализ углерода, водорода, азота, серы с помощью CHNS анализатора.

В исследовательской работе археолога широко используются различные методы материаловедения и механический анализ образца, включающий определение гранулометрического состава смесей, изучение прочности и вязкоупругих свойств объектов, микротвердости поверхностей, исследование газо- и водонасыщения, термомеханический анализ в условиях различных статических и механических нагрузок (ТМА).

Анализ металлических находок

Для археолога, исследующего сложные процессы становления, развития и трансформации культур, начиная с эпохи энеолита, актуальнейшей задачей является использование естественных методов для изучения состава и способа изготовления предметов (и монет) из металла - золота и серебра, меди (бронзы, в том числе сложных составов, содержащих цинк и другие цветные металлы) и железа. В металлических изделиях содержится бесценная информация о месте и времени добычи руды, о навыках и возможностях металлурга-литейщика, о способах и приемах обработки полученного изделия, об истории использования и ремонта [Тишкин, Хаврин, 2006; Цыбульская и др., 2010; Колмыков, Созинов, 2016; Савельева, 2010; Шайхутдинова и др., 2018; Schreiner и др., 2004].

Ранее описан с использованием обсуждаемых методов широкий набор технологических операций кузнеца, в том числе: свободная кузнечная ковка, двухслойная и многослойная сварка, наварка стального твердого лезвия на более мягкую основу, термическая обработка стали и некоторые приемы холодной обработки металла (клёпка, обрубка, обточка) [Зиняков, 2012]. Возможно

установить шлаковые и неметаллические включения в виде точечных и строчечных оксидов и сульфидов, дефекты металлургического производства, структурные составляющие сплавов (например, феррита-перлита с добавлением углерода), локальные науглероженности, следы травления и упрочняющей термообработки [Цыбульская и др., 2014]. Интересно отметить, что возможен анализ даже мелких находок, покрытых слоями коррозии [Лобода и др., 2018; Подосенова, Сарапулов, 2013].

Можно с уверенностью считать, что булат является первым в мире композиционным материалом на основе железа и углерода, обладающим неравновесной структурой с ярко выраженной макро- и микронеоднородностью по слоям или волокнам из-за разного содержания углерода. В процессе ковки слои или волокна могут перемещаться, образуя характерный рисунок, т.е. булат - узорчатая сталь. После специальных методов ковки, термомеханической и термической обработок и отделки булат приобретает замечательные свойства: высокую твердость, прочность, вязкость и упругость. Чередование слоев или волокон с разной структурой и свойствами на лезвии булатного изделия превращает его в микропилу и обеспечивает самозатачиваемость [Гуревич, 2005].

Особо выделяется группа химических и инструментальных методов, применяемых при реконструкции ювелирного дела и металлургии различных памятников, позволяющих дать общую характеристику ювелирного ремесла на изучаемой территории. На основе проведенных ранее классификаций височных колец, браслетов, пронизок, привесок, бус, поясных наборов, могут быть датированы ювелирные изделия и сами археологические памятники [Крыласова, Подосёнова, 2015].

Анализ керамических находок

Инструментальный анализ направлен, прежде всего, на выявление признаков, позволяющих идентифицировать технические и технологические традиции и приемы древнего гончарства: сырьевую стратегию и рецептуру формовочных масс, реконструировать гончарную технологию. В научных источниках показаны возможности ЭА, РФА, РФлА, ТА, ТГ, ТМА, ДСК, ИК, СЭМ для анализа керамики. Данная информация позволяет локализовать керамические образцы в соответствии с сырьевым источником.

Использование физико-химических методов для изучения древней керамики может существенно расширить возможности исследования материала по сравнению с традиционными методами и увеличить уровень доказательности и объективности выдвигаемых историко-культурных положений [Молодин, Мыльникова, 2015].

Методы современных строительных ГОСТов применяются с целью идентификации керамической продукции конкретного гончарного центра и определение месторасположения источников сырья, также могут быть применены к изучению обожжённой глины. Эта группа включает исследование водонасыщения, петрографический метод, порометрию, испытания керамики на прочность в зависимости от характера примесей, температуры обжига и качества глины, сходств и отличий в технологии керамического производства [Сумманен, Светов, 2017; Востриков, Бородина, 2018; Поташева, Светов, 2014; Согй и др., 2013].

Методы термического анализа широко применяются для определения качества и режимов обжига керамики (в том числе в простейшем теплотехническом устройстве - костре), проводится сравнительный анализ сохранности глинистых компонентов в формовочных массах [Дребущак и др., 2010; Мыльникова, 2017; Krapukaityte и др., 2008].

Таким образом, применение аналитических методов в изучении керамики даёт большие возможности лишь при использовании комплекса методов, а корректная интерпретация результатов зависит от множества факторов, в первую очередь, от компетентности исследователей и аналитиков.

Анализ стеклянных находок

Актуальное описание культурно-исторического и историко-технического аспекта технологии производства, а также физико-химических методов, подходящих для определения состава стекла и определения конкретных компонентов, наиболее полно приводится в книге «Современные методы анализа археологического и исторического стекла» [Jones и др., 2013].

Основными направлениями анализа являются: определение основных составляющих стекла и их контекстуализация; определение происхождения стеклянного сырца и, как следствие, торговых маршрутов; степень переработки стеклобоя, если таковая имеется, в качестве альтернативы импорту свежего сырого стекла; выявление возможных связей между археологической типологией и химическим составом стекла [Maltoni и др., 2015].

Стеклянные изделия бывают: свинцовой, известково-щелочной и калийно-известковой природы. Для окраски глазури и стекла использовались классические элементы: олово для белого, кобальтовая руда для синего, медь для зеленого, марганец и железо для черного и железо для желтого. Глазурованная керамика и стекла, их керамические тела могут успешно идентифицироваться с применением портативных РФА спектрометров [El Amraoui и др., 2017].

Проводилось изучение стекловаренных тиглей и цветных смальт, в т.ч. смальты в образцах клея для кожи, а также механизмы их деградации и восстановления в климатической камере для описания влияние атмосферных воздействий и концентрации загрязняющих веществ на процесс разрушения этой системы окраски [Тихонов, Калинина, 2011; Altavilla, Ciliberto, 2004].

Анализ каменных находок, минеральных красителей и пигментов

На памятниках археологии минеральные красители могут встречаться в самом разном контексте, виде и состоянии: в виде следов окрашивания на предметах быта (например, на керамической посуде и костяных изделиях), в виде приготовленного к использованию пигмента, в виде сырья и т.д. [Сериков, 2014]. Для их анализа применимы методы ЭА, РФА, РФлА, ТГ, ДСК.

Порошки пигментов, подвергшиеся термической и/или механической обработке, могут использоваться в чистом виде либо как компонент наполненных композиционных материалов, придающий им непрозрачность, цвет или другие свойства. В данном контексте интересна как семантика материала, так и физико-химический анализ, реконструкция технологии их изготовления и использования, поиск возможного сырья [Юдина и др., 2016].

Анализ минерального сырья и красителей

Наряду с определением источника происхождения минеральных красителей, одной из главных проблем изучения природных пигментов

в археологии является вопрос их происхождения. Множество работ посвящено разработке комплексной методики идентификации признаков термической обработки минерального сырья с использованием ЭА, ТА, РФА, РФлА, ИК и СЭМ анализа [Калинин и др., 2018; Velraj и др., 2010; Hemamalini, Velraj, 2011; Пахунов и др., 2014; Pires, Cruz, 2007; Meyvel и др., 2012].

Анализ находок органического происхождения

При анализе находок органического происхождения целесообразно пользоваться методами ЭА, ИК, ЯМР, ТА, ГХ-МС (либо ВЭЖХ-МС) анализа.

Малые количества органических остатков, которые служат прямым доказательством деятельности человека, сохраняются в культурном слое лучше, чем считалось ранее. Возросшая чувствительность современных аналитических спектральных приборов позволяет получить ранее недоступную информацию о составе находки как на молекулярном, так и структурном уровнях.

Типичные встречающиеся в природе органические материалы включают масла, жиры, воски, смолы, красители, камеди, углеводы, белки, битумные материалы и целлюлозные материалы. Эти соединения позволяют археологам и археохимикам получить представление о жизни и обычаях прошлых поколений, включая торговлю, диету, переработку и хранение пищевых продуктов. С того момента, как эти вещества производятся и используются, они подвергаются воздействию условий окружающей среды, способных изменить исходный материал. Всесторонне описаны и могут использоваться в работе устойчивость органических веществ и пигментов к выщелачиванию и экологической деградации определяются структурными и молекулярными особенностями [Reber, 2014]. Некоторые материалы, такие как жиры и целлюлозные материалы, могут претерпевать химические или микробные изменения, которые изменяют исходные компоненты (например, всем известен факт, что масло становится горьким за счет окисления кислородом воздуха), тогда как другие, такие как даммар, мастика и ладан, сохраняют свой характерный состав в течение тысяч лет.

В общем, молекулярные маркеры принадлежат к классу соединений, называемых липидами, гетерогенной группе молекул, которая включает жиры и масла, а также молекулы с общей растворимостью, такие как составляющие смол и восков. Интерес для исследователя представляют остатки пищи и натуральных продуктов, а также результаты манипуляций с ними (например, их приготовления, консервации, термообработки). Стабильные соотношения изотопов имеют особое значение для исследований пищевых сетей из-за характерных изотопных сигнатур растений, использующих различные пути фотосинтеза. Эти отличительные соотношения передаются по пищевой цепочке травоядным и плотоядным животным [Heron, Stacey, 2000].

В литературе встречаются данные об анализе археологических образцов гудрона, древесных и нефтяных смол, герметиков, ископаемых смол и янтаря, канифоли, камеди, белковых материалов, масел, жиров, растительных и пчелиных восков (например, в виде остатков на поверхностях сосудов) [Ghisalberti, Godfrey, 1998], погребальных бальзамов и следов красок, пропитанных в текстиль [Beck и др., 1974], навоза и продуктов жизнедеятельности [Pecci, 2018].

Отдельно стоит отметить проработанные методики определения старения и деградации древесных (вплоть до определения угля и обгоревших остатков), волосяных, кожаных и костяных изделий, предметов быта, одежды, украшений, упряжки коней и т.д., в т.ч. с возможностью раздельной видовой идентификации находок [Полосьмак и др., 1995; Сапрыкина, Пельгунова, 2013]. Разрабатываются методики комплексного анализа обугленных древесных остатков, создаются базы данных для идентификации археологического угля [Мокрушин и др., 2019].

Интересен опыт идентификации принадлежности янтаря к балтийской или украинской группам с помощью девяти (!) видов инструментальных методов, а также определения плотности, микротвёрдости растворимости, содержания золы, содержания серы, присутствие янтарной кислоты [Воротников и др., 2018; Мокрушин и др., 2020]. Янтарь, возраст которого насчитывает много миллионов лет, является полимерной матрицей, сохраняющей различные включения, поскольку его ядро защищено выветрившимся внешним слоем [МегкеуШш и др., 2007].

Таким образом, несмотря на тенденцию к разложению, целостность некоторых остаточных органических археологических материалов часто сохраняется, тем самым обеспечивая источник ценной археологической информации.

Заключение

На основании приведенного обзора возможна разработка списка рекомендаций - своеобразной путевой карты - по единообразному описанию археологических находок с помощью физико-химических методов анализа, который позволил бы классифицировать и систематизировать (в том числе с созданием онлайн баз данных) полученные при работе на раскопе данные и разработать единый универсальный язык общения археологов, исследующих различные памятники в разных частях света.

Создание экономичного и информативного подхода, стандартизация методик и их опубликование, отработка единых механизмов для анализа и интерпретации результатов при многообразии используемых методов являются приоритетной задачей, включающей: разработку универсального языка и условных обозначений с целью перевода информации в машинопонятный вид (для ведения атрибутики и разделения классов археологических объектов); систематизацию новых методических наработок получения метрической информации, принципов и правил ведения подобных исследований и обработки фактического материала, базирующихся на современной технической и технологической основе.

Библиографический список

1. Бахматова В.Н. Использование естественнонаучных методов в изучении неполивной керамики (на примере джукетаусской группы керамики Волжской Болгарии) «Актуальная археология: археологические открытия и современные методы исследования» // Тезисы научной конференции молодых ученых Санкт-Петербурга. - СПб.: ИИМК, 2013. - С. 29-31

2. Белавин А. М. Патент № 2016621611. Результаты металлографического анализа изделий из железа из средневековых памятников Пермского

Предуралья. заявл. 13.10.2016. опубл. 20.12.2016 // Белавин А.М., Чирков М.В. Заявитель, патентообладатель Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет.

3. Воротников Б.Ю., Булычев А.Г., Мещеряков А.Н., Мусурчак М.С., Попов Е.А. Сравнительный анализ образцов балтийского и украинского янтаря // Балтийский морской форум: Материалы международного Балтийского форума. Калининград: КГТУ; Балт. гос. акад. рыбопромысл. флота, 2018. - С. 65-70

4. Востриков С.С., Бородина В.В. Проблемы физико-химического исследования керамики из археологических памятников Нижнего Дона // Нижневолжский археологический вестник. - 2018. - Т. 17. №. 2. - С. 70-81

5. Гренберг Ю.И. Основы музейной консервации и исследования произведений станковой живописи. - М.: Искусство, 1976. - 221 с.

6. Гуревич Ю.Г. Булат - первый в мире композиционный материал // Вестник Курганского государственного университета. - 2005. №2 (2). - С. 53-56

7. Дребущак В.А. Болдырев В.В., Молодин В.И. Физико-химическое исследование керамики (на примере изделий переходного времени от бронзового к железному веку). Рос. акад, наук, Ин-т археолог, и эти., науч.-образовательный центр «Молекулярный дизайн и экологически безопасные технологии» при Новосибирском гос. ун-те. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - 98 с.

8. Дребущак В.А., Мыльникова Л.Н., Дребущак Т.Н. Физикохимическое исследование керамики с поселения переходного времени от бронзового к железному веку Линево-1: возможности методов и интерпретация результатов // Археология, этнография и антропология Евразии. - 2010. №. 4. - С. 60-75

9. Зиняков Н.М. Кузнечное производство г. Тобольска ХУП-ХУШ вв. (металлографическое исследование хозяйственного инвентаря) // Вестник КемГУ. - 2012. №1. - С. 46-52

10. Калинин П.И. Трифонов В.А., Шишлина Н.И., Алексеев А.О. Красные пигменты в погребениях эпохи бронзы на Северном Кавказе: методика идентификации признаков термической обработки минерального железосодержащего сырья // Вестник Волгоградского государственного университета. - Серия 4: История. Регионоведение. Международные отношения.

- 2018. Т. 23. №. 3.-С. 82-91

11. Колмыков Р.П., Созинов С.А. Оптико-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой в археологии для анализа древних металлических изделий на основе меди // Успехи современного естествознания.

- 2016. № 11-2.- С. 226-231

12. Крыласова Н.Б., Подосёнова Ю.А. Металлургическая мастерская с Рождественского городища: к вопросу о развитии товарного производства в Пермском Предуралье // Вестник Пермского федерального исследовательского центра. - 2015. №. 4. - С. 27-41

13. Лобода А. Ю., Терещенко Е. Ю., Антипенко А. В., Ретивов В. М., Пресняков М. Ю., Колобылина Н. Н., Кондратьев О. А., Шишлина Н. И., Яцишина Е. Б., Кашкаров П. К. Методы определения элементного состава металла археологических объектов при коррозионных наслоениях и в ограниченных условиях пробоотбора материала // Поволжская Археология. -2018. №4 (26). - С. 203-220

14. Мокрушин И.Г., Красновских М.П., Иванов П.А., Каменщиков О.Ю., Крыласова Н.Б., Сарапулов А.Н. Опыт определения пород древесины методом сканирующей электронной микроскопии (по материалам Рождественского городища в Пермском крае) // Труды Камской археолого-этнографической экспедиции. Вып.ХУ.: Хозяйственно-культурный облик Предуралья / отв. редактор Н.Б.Крыласова. - 2019.- С. 34-43

15. Мокрушин И.Г., Красновских М.П., Иванов П.А., Каменщиков О.Ю., Сарапулов А.Н., Подосенова Ю.А. Первые находки средневекового янтаря на территории Пермского Предуралья (использование методов инструментального анализа в изучении ископаемых археологических смол). Экология древних и традиционных обществ: Материалы VI Международной научной конференции, Тюмень, 2-6 ноября 2020 г. - Тюмень: Изд-во ТюмНЦ СО РАН, 2020. - Вып. 6. -С. 429-432

16. Молодин В.И., Мыльникова Л.Н. Теория и практика исследования древней керамики: традиционные и новейшие методы // Самарский научный вестник. - 2015. №3 (12). - С. 122-127

17. Мыльникова Л.Н. Термический метод в определении качества обжига керамики из памятников Барабинской лесостепи: неолит-переходное время от эпохи бронзы к раннему железному веку // Теория и практика археологических исследований. - 2017. - №. 4 (20). - C. 67-81

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

18. Осипова Т.В. Применение методов естественных наук в современных археологических исследованиях // Известия ПГУ им. В.Г. Белинского. - 2012. № 27. - С. 870-872

19. Пахунов А.С. Пахунов А.С., Житенев В.С., Брандт Н.Н., Чикишев А.Ю. Предварительные результаты комплексного исследования красочных пигментов настенных изображений Каповой пещеры // Вестник археологии, антропологии и этнографии. - 2014. - №. 4 (27). - С. 4-15

20. Подосенова Ю.А., Сарапулов А.Н. Ювелирные изделия городища Купрос // Казанская наука. - 2013. №. 6. - С. 20-24

21. Полосьмак Н.В., Власов А.А., Кундо Л.П., Малахов В.В., Овсянникова И.А., Плясова Л.М., Шумакова Е.В. Физико-химические методы в археологии. - Отчет о НИР/НИОКР. Российский фонд фундаментальных исследований, 1995. - № 95-06-17534.

22. Поташева И.М., Светов С.А. ICP-MS анализ древней керамики как метод определения источников сырья и места производства гончарной продукции // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. - 2014. №4 (141).-С.71-77

23. Раков Э. Химия - археология - история // Химия. Первое сентября. -№23/1999.

24. Савельева А.С. Металл поселения Исток в Кузнецкой котловине: результаты рентгенофлюоресцентного анализа // Вестник НГУ. - Серия: История, филология. - 2010. №5. - С. 56-63

25. Сапрыкина И.А., Пельгунова Л.А. Перспективы исследования археологических предметов с помощью РФА-спектрометрии (на примере m4 Tornado Bruker, Германия) // Фотография. Изображение. Документ. - 2013. № 4. - С. 80-87

26. Сериков Ю.Б. Краски и цвет в ритуалах древности // Очерки по первобытному искусству Урала. - Ниж.Тагил: Изд. центр НТГСПА, 2014. -С. 141-159

27. Сумманен И.М, Светов С.А. ICP-MS исследование образцов формовочных масс лепной керамики средневековых памятников Карелии // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. - 2017. №1 (162). - С. 18-26

28. Тихонов П.А., Калинина М.В. Физико-химическое исследование цветных смальт и стекловаренных тиглей из раскопок химической лаборатории и Усть-Рудицкой фабрики МВ Ломоносова // Ломоносов. Сб. статей и материалов. -2011. №. 10.- 407 с.

29. Тишкин А.А., Хаврин С.В. Использование рентгено-флюоресцентного анализа в археологических исследованиях // Теория и практика археологических исследований. - 2006. №. 2. - С.143-156

30. Хакимова Э.О., Цыбиктаров А.Д. Междисциплинарные подходы в изучении бронзового и раннего железного веков Монголии // Вестник Томского гос. ун-та. - История. - 2013. №2 (22). - С. 129-132

31. Цыбульская О.Н., Буравлев И.Ю., Юдаков А.А., Гельман Е.И., Никитин Ю.Г. О влиянии гидротермальной обработки археологического металла на его металлографическую структуру // Вестник ДВО РАН. - 2014. №2 (174). -С. 62-67

32. Цыбульская О.Н., Буравлев И.Ю., Юдаков А.А., Никитин Ю.Г. Использование физико-химических методов анализа при изучении археологических объектов // Вестник ДВО РАН. - 2010. № 5. - С. 85-90

33. Шайхутдинова Е.Ф, Храмченкова Р.Х., Бакиров Б.А. Сравнительный анализ результатов исследования химического состава средневековых серебряных монет методами СЭМ, РФА и ОЭС // Археология евразийских степей. - 2018. №5. - С. 242-247

34. Юдина Е.А., Тонкушина М.О., Кулеш Н.А., Остроушко А.А. Элементный анализ археологической охры: методика и возможности применения рентгенофлуоресцентной спектроскопии (по материалам неолитических и энеолитических памятников Среднего Зауралья и Западной Сибири) // Вестник археологии, антропологии и этнографии. - 2016. №. 3 (34). - C. 21-34

35. Altavilla C., Ciliberto E. Decay characterization of glassy pigments: an XPS investigation of smalt paint layers //Applied Physics A. - 2004. - Vol. 79. - №. 2. -P. 309-314

36. Beck C.W., Fellows C.A., Mackennan E. Nuclear magnetic resonance spectrometry in archaeology. Advances in Chemistry; American Chemical Society: Washington, DC, 1974.

37. Corti C., Castelletti L., Rampazzi L., Bugini R., Sansonetti A., Biraghi M., Nobile I., Orsenigo C. Thermal analysis and archaeological chronology: the ancient mortars of the site of Baradello (Como, Italy) // Thermochimica Acta. - 2013. Vol. 572.- P. 71-84

38. El Amraoui M., Haddad M., Bejjit L., Ait Lyazidi S., Lakhal R. On-site XRF characterization of archaeological materials in CERA center of Rissani (Morocco) // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - IOP Publishing, 2017. -Vol. 186. - №. 1. - P. 12-29

39. Ghisalberti E.L., Godfrey I.M. Application of nuclear magnetic resonance spectroscopy to the analysis of organic archaeological materials // Studies in conservation. - 1998. - Vol. 43. - №. 4. - P. 215-230

40. Hemamalini R., Velraj G. FT-IR X-ray diffraction and thermal analysis to estimate the firing temperature of the archaeological samples excavated recently at Banahalli in Karnataka, South India // Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences 4(4). - P. 135-140

41. Heron C., Stacey R. Archaeology: uses of chromatography in // Encyclopedia of Separation Science. - 2000. - P. 2083-2089

42. Jones J.J., Schmelzer J.W., Gutzow I.S., Mazurin O.V., Todorova S.V., Petroff B.B., Priven A.I. Modern methods for analysing archaeological and historical glass. - 2013. -746 pp.

43. Krapukaityte A. Tautkus S., Kareiva A. & Zalieckiene E. Thermal analysis-a powerful tool for the characterization of pottery // Chemija. - 2008. - Vol. 19. - №. 2. - P. 4-8

44. Lambert J.B. Traces of the past, unraveling the secrets of archaeology through chemistry. - 1997. - 336 pp.

45. Maltoni S., Chinni T., Vandini M., Cirelli E., Silvestri A. & Molin G. Archaeological and archaeometric study of the glass finds from the ancient harbour of Classe (Ravenna-Italy): new evidence //Heritage Science. - 2015. - Vol. 3. - №. 1.

46. Merkevicius A., Bezdicka P., Juskenas R., Kiuberis J., Senvaitiene J., Pakutinskiene I. & Kareiva A. XRD and SEM characterization of archaeological findings excavated in Lithuania // Chemija. - 2007. - T. 18. - №. 1. - P. 36-39

47. Meyvel S., Sathya P., Velraj G. Thermal characterization of archaeological pot sherds recently excavated in Nedunkur, Tamilnadu, India // Ceramica. - 2012. -Vol. 58. - №. 347. - P. 338-341

48. Pecci A. Chromatography and Archaeological Materials Analysis // The Encyclopedia of Archaeological Sciences. - 2018. - P. 1-4

49. Pires J., Cruz A. J. Techniques of thermal analysis applied to the study of cultural heritage // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2007. - Vol. 87. -№. 2.- P.411-415

50. Reber E.A. Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS): Applications in Archaeology. In: Smith C. (eds) Encyclopedia of Global Archaeology. Springer, New York, NY. - 2014. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-0465-2_340.

51. Schreiner M., Fruhmann B., Jembrih-Simburger D., Linke R. X-rays in art and archaeology: an overview //Powder Diffraction. - 2004. - Vol. 19. - №. 1. - P. 3-11

52. Velraj G., Sudha R., Hemamalini R. X-Ray Diffraction and Tg-Dta studies of archaeological artifacts recently excavated in Salamankuppam Tamilnadu // Recent Research in Science and Technology. - 2010. - Vol. 19, Issue 1. - P. 3-11

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.