Development of a Novel Archaeological Cleaning Method for Copper Alloys using Xanthan Gum
Bachelor thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3075840Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Hensikten med dette prosjektet var å teste ut en ny arkeologisk rensemetode ut fra forslag fra NTNU Universitetsmuseumet. Idéen bak rensemetoden var å teste ut xantan gel, en hydrogel som vil gjøre det enklere å ha kontroll på rensemiddelet samt forhindring av innhalering av farlig metallstøv. Metoden ble utviklet på arkeologiske kobberfragmenter fra 1600-tallet funnet i utgravninger på Trondheim Torg, Trøndelag. Denne metoden ble utviklet for å kunne brukes på alle kobberfragmenter, men i hovedsak for en romersk bronsekjele fra ca år 150-300 etter vår tidsregning.
X-Ray Fluorescence (XRF) er hovedmetoden som ble benyttet for å kvantifisere data i forsøket. Dette ble gjort for å sammenligne grunnstoffsammensetningen på overflaten av fragmentene før og etter rens. Det var forventet å se en nedgang i grunnstoffer som finnes i jord, typisk silisium, aluminium og jern. Grunnstoffer som kobber, bly og tinn var det forventet å se en oppgang for, da dette er typiske grunnstoffer for kobberlegeringer. Termogravimetrisk analyse (TGA) ble benyttet i forsøket for å etterforske om det var mulig å gjenkjenne fordampningspunktet til xantan, og bruke dette for å undersøke om det var etterlatt rensemiddel på overflaten etter endt rens. Dette viste seg å være vanskelig, da noen grunnstoffer i jord ser ut som å ha samme fordampningspunkt som xantan.
Fourier-Transformert Infrarødt Spekter (FT-IR) ble også benyttet ved å innhente det infrarøde spekteret for xantan. Deretter ble dette brukt til å se på muligheten for å gjenkjenne xantan i en metallblanding. Dette var veldig komplisert, da det ser ut som at ved en liten mengde xantan vil metallet overskygge spekteret for xantan. Scanning Electron Microscopy med Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS) ble tatt i bruk i slutten av prosjektet for å komplimentere tidligere metoder. Ved å både tillate høyere zoom samt overflatescanning av grunnstoffer som ikke blir detektert på XRF, som oksygen og karbon, ble dette brukt i et siste forsøk på å detektere xantan på overflaten. Resultatene fra SEM-EDS tilsa det samme som tidligere resultater med XRF, men ga et mer avansert innblikk i overflaten. Ved høyere konsentrasjon av xantan på overflaten var det mulig å se rester med SEM-EDS og bakspredte elektroner.
Metoden med xanthan gel har et potensial til å rengjøre på en mer tilfredsstillende og effektiv måte enn standard rensemetoder med vann og etanol. Denne metoden er HMS vennlig, grunnet egenskapene til hydrogelen som reduserer risiko for innhalering av farlig metallstøv. Med grunnlag i de ulike analysene gjennomført i denne bacheloroppgaven var det vanskelig å finne en metode for å bekrefte eller avkrefte eventuelle rester av xantan på overflaten. På grunn av dette ble det besluttet å ikke teste metoden på fragmentene fra bronsekjelen, da det ville vært uansvarlig å potensielt ødelegge og forurense uvurderlige arkeologiske fragmenter. Metoden er i mdilertid potensial når det gjelder rens av objekter laget av bly eller arsenikk, for å unngå innånding av farlig metallstøv. The purpose of this project was to test a new archaeological cleaning method based on suggestionsfrom the NTNU University Museum. The idea behind the cleaning method was to experimentwith xanthan gel, a hydrogel that would make it easier to control the cleaning agent and preventinhalation of hazardous metal dust. The method was developed on archaeological copper fragmentsfrom the 15th century, found in excavations at Trondheim Torg, Trøndelag. This method wasdesigned to be applicable to all copper fragments, but primarily for a Roman bronze cauldrondating back to approximately 150-300 AD.
X-Ray Fluorescence (XRF) was the main method used to quantify data in the experiment. Thiswas done to compare the elemental composition on the surface of the fragments before and aftercleaning. A decrease in elements commonly found in soil, such as silicon, aluminum, and iron,was expected. Elements like copper, lead, and tin were expected to show an increase, as theyare typical elements in copper alloys. Thermogravimetric Analysis (TGA) was employed in theexperiment to investigate whether it was possible to identify the evaporation point of xanthan anduse it to determine if any cleaning agent remained on the surface after cleaning. This proved tobe challenging, as parts of the soil appeared to have a similar evaporation point as xanthan.Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) was also utilized to obtain the infrared spectrumof xanthan. This was then used to explore the possibility of identifying xanthan in a metal mixture.This proved to be complex, as even a small amount of xanthan seemed to be overshadowed bythe metal spectrum. Scanning Electron Microscopy with Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy(SEM-EDS) was employed towards the end of the project to complement the previous methods. Byallowing higher zoom and surface scanning of elements not detected by XRF, such as oxygen andcarbon, this was used in a final attempt to detect xanthan on the surface. The results from SEM-EDS aligned with previous XRF results but provided a more advanced insight into the surface. Athigher concentrations of xanthan on the surface, it was possible to observe residues using SEM-EDSand backscattered electrons.
It could look like the cleaning method using xanthan gum has the potential to clean in a moresatisfying and efficient way. The method is HSE friendly, with the properties of a hydrogel makesthe probability to inhale hazardous metal dust lower. With various attempts to detect residue ofxanthan on the surface, it was difficult to find a way that could both deny and confirm any residue.With this, the decision was made not to test out the method on the fragments from the bronzecauldron as that would be irresponsible to potentially ruin priceless fragments. The method on theother hand has potential when it comes to cleaning objects made out of lead or arsenic, to avoidinhaling the hazardous metal dust.