Ramanspectroscopie

Ook de pigmenten van de muurschilderingen uit Pompeii zijn met ramanspectroscopie onderzocht, al weet ik niet of dat ook is gebeurd met deze banketscène uit het Nationaal Archeologisch Museum in Napels.
12 november 2020

U herinnert het zich nog wel: als u op de middelbare school scheikundelessen had, maakte u met stokjes en bolletjes modellen van moleculen. Een methaanmolecuul (moerasgas) bestond dus uit een bolletje koolstof, vier stokjes en vier bolletjes waterstof. Ik weet zeker dat mijn scheikundeleraar, die in veel dingen het humoristische herkende, erop heeft gewezen dat het weliswaar een model heette maar in feite geen verkleinde maar een vergrootte weergave was. Ik dénk dat ik me herinner dat hij ons er eveneens op wees dat het slechts een manier was om voorstelbaar te maken wat een molecuul was en dat die atomen in feite heen en weer trilden. In jargon: oscillatie.

Elk molecuul trilt op een andere manier – ethanol ofwel alcohol trilt bijvoorbeeld anders dan benzeen – en dat kun je meten. Dat doe je door er een laser op te richten, waardoor de balans in zo’n molecuul verandert en straling kan vrijkomen. Het energieverschil tussen de toegevoegde energie en de uitgestraalde energie correspondeert met de trillingsenergie binnen een molecuul, die weer samenhangt met de structuur daarvan. Het spectrum van de vrijkomende straling biedt dus een aanwijzing voor de aard van het molecuul en is even uniek als een vingerafdruk. Dat is allemaal onderzocht en de resultaten zijn neergelegd in uitgebreide databases; is de meting eenmaal gedaan, dan kan een ramanspectrometer (een verrassend klein instrument overigens) contact maken met de database en het materiaal identificeren.

Oudheidkundigen gebruiken ramanspectroscopie voor allerlei doeleinden. Het meest tot de verbeelding spreekt de toepassing bij het vaststellen van oude pigmenten. Een interessant voorbeeld uit de architectuur is het Alhambra in Grenada, waar het Comarespaleis in de negentiende eeuw nogal grondig is gerestaureerd zonder dat precies was gedocumenteerd wat middeleeuws was en wat eigentijds. Door ramanspectroscopie konden onderzoekers niet alleen vaststellen welke verfstoffen oorspronkelijk waren gebruikt en welke negentiende-eeuws waren, maar ook wat het bindmiddel in de gebruikte middeleeuwse verf was. De Andalusische meesters gebruikten al olieverf.

Dit voorbeeld geeft al aan dat het met dit type onderzoek mogelijk kan zijn oud en nieuw te onderscheiden. Dat kan worden gedaan door, zoals hierboven, te kijken naar de gebruikte verfstoffen. Een andere aanpak is erop gebaseerd dat bij een verouderingsproces – denk aan verwering – nieuwe, herkenbare chemische substanties ontstaan. Op een stenen voorwerp of een munt groeit patina en een ijzeren voorwerp kan roesten. Dat kun je meten. Op deze wijze zijn bijvoorbeeld enkele ivoren voorwerpen ontmaskerd die tot dan toe hadden gegolden als antiek: het ramanspectrum week te zeer af van het spectrum van ivoor dat een eeuwenlang verouderingsproces had ondergaan.

Sprekend over ivoor: het is afkomstig van diverse zoogdieren en oudheidkundigen zouden graag willen weten van welke dieren precies. Dat blijkt lastiger dan je denkt, maar met ramanspectroscopie kon worden vastgesteld dat bijvoorbeeld het in Fenicië bewerkte ivoor in het tweede millennium v.Chr. afkomstig was van nijlpaarden (en dus was geïmporteerd uit Egypte), terwijl het in het eerste millennium ging om olifantslagtanden (afkomstig uit Tunesië). Dit is niet zomaar een betekenisloos feitje, het vertelt iets over handelsnetwerken en suggereert iets over de overbejaging van het nijlpaard in het Egyptische Nieuwe Rijk. Daarmee vertelt dit onderzoek méér dan alleen iets over de smaak van deze of gene ivoorsnijder.

Dat een ogenschijnlijk klein feitje past in een groter kader, valt ook te zeggen over een dertiende-eeuws beeld van de heilige Anna in de abdij van Santo Domingo de Silos in de Spaanse provincie Burgos. De goudkleurige zoom van de mantel van het beeld bleek niet te zijn gemaakt bladgoud maar van tinsulfide, wat lijkt op goud maar het niet is. (U kunt de oude naam “jodengoud” kennen.) Het wonderlijke is nu dat dit pigment, dat allang bekend was in China, pas een eeuw later voor het eerst vermeld staat in de Europese literatuur. Omdat er geen bewijs is dat de mantelrand ooit is gerestaureerd, vormt dit een aanwijzing dat ideeën zich ook konden verspreiden zonder dat ze op schrift stonden. De ambachtslieden langs de Zijderoute hebben een techniek aan elkaar geleerd zonder dat er geleerde schrijvers aan te pas kwamen. Daarmee kadert deze ontdekking netjes in het groeiende inzicht dat mensen en ideeën vroeger mobieler zijn geweest dan lange tijd aangenomen is geweest.

Voor ik verder ga met de mogelijkheid om met ramanspectroscopie antieke inkt te dateren, nog even enkele voordelen. Eén daarvan is dat deze methode niet veronderstelt dat het monster eerst speciaal wordt geprepareerd, zoals moet gebeuren bij bijvoorbeeld een koolstofdatering. Een ander voordeel is dat een ramanspectrometer niet heel groot is en vaak kan worden meegenomen naar de plek waar een onderzoeker iets wil analyseren. Het object hoeft dus niet naar het lab. Tot slot: de methode is nondestructief, wat weer als gevolg heeft dat het onderzoek herhaalbaar is.

[Wordt vervolgd]

[Deze blog verscheen oorspronkelijk in de reeks “Methode op Maandag“.]

Deel dit blog:
Hoe dateer ik een papyrus?

Stel, archeologen graven in Egypte een kleine verzameling papyri op waarop Griekse teksten blijken te staan. Een classicus die de Read more

Ramanspectroscopie en antieke inkt

Wat ik dertig jaar geleden tijdens mijn studie niet leerde, was dat ramanspectroscopie, waarover ik eerder blogde, nuttig was bij Read more

Ktesifon

Een iwan (schaduwboog) van het Parthische/Sasanidische paleis Ik schreef gisteren over de Macedonisch-Grieks-Syrisch-Babylonische stad Seleukeia, die in de tweede eeuw Read more

Hunebed van de dag: D16 (Balloo)

Hunebed D16 bij Balloo Toen ik onlangs een gewaardeerde collega vertelde over deze reeks, zei ze me dat ze die Read more