Voltammetri af mikropartikler brugt til at datere arkæologiske artefakter lavet af kobber og bronze

Hvordan kan alder af arkæologiske objekter bestemmes, hvis den veletablerede kulstofdateringsmetode ikke finder anvendelse, for eksempel til metalgenstande? Spanske og portugisiske forskere har nu introduceret en teknik til dating artefakter lavet af kobber og bronze. Præsenteret i tidsskriftet Angewandte Chemie, deres elektroanalytiske metode er baseret på mikropartiklernes voltammetri. Den sammenligner forskellige korrosionsprodukter, der dannes over lange perioder og fungerer med kun få nanogram materiale, så det forårsager næsten ingen skade.

Voltammetriske eksperimenter producerer strøm-spændingskurver, der har karakteristiske former for mange forbindelser. For at datere kobberholdigt, arkæologiske fund, et hold ledet af Antonio Doménech-Carbó ved universitetet i Valencia undersøgte forholdet mellem to forskellige kobberoxider, tenorit og cuprite, der kan differentieres og kvantificeres baseret på deres voltammetriske kurver.

Når de udsættes for luft, kobberoverflader bliver dækket af et naturligt lag af cuprite (Cu2O). Over tid, dette lag omdannes langsomt til andre korrosionsprodukter. Når kobberholdige genstande ældes i et let ætsende miljø, uden kontakt med jord eller havluft, et lag af tenorit (CuO) dannes kontinuerligt over den primære cupritpatina. Dette sker, fordi cuprit reagerer med oxygen fra luften for fortrinsvis at danne tenorit i en atmosfære indeholdende CO2 eller i nærværelse af kalkholdige materialer. Undersøgelse af kobbermønter ved scanningelektronmikroskopi kombineret med røntgenspektroskopi bekræftede tilstedeværelsen af ​​cuprit og tenorit.

For at udføre de elektroanalytiske eksperimenter, forskerne imprægnerer en grafitstavelektrode med paraffin og dupper overfladen af ​​artefakten med den. Et par nanogram af prøveoverfladen klæber til elektroden, som derefter dyppes i en vandig elektrolyt. Dette forårsager næsten ingen skade på objektet. Kobberoxidmikropartikler resulterer i meget karakteristiske toppe i de resulterende strøm-spændingskurver.

Af særlig interesse for forskerne er forholdet mellem de nuværende toppe for tenorit og cuprit. Det viser en jævn stigning med stigende korrosionstid, som demonstreret med en række antikke mønter fra forskellige samlinger, herunder de forhistoriske museer i València og Xàtiva (Spanien), samt den kunstige ældning af eurocent-mønter lavet af kobber. Forskerne var i stand til at bruge mønterne til at etablere en kalibreringskurve, der kan bruges til at datere objekter af ukendt alder.

Den voltammetriske datering af en vandkande fra kalifalperioden og en Montefortino -hjelm fra romertiden gav 1050 ± 80 og 2150 ± 150 år, henholdsvis, der stemmer godt overens med datoer, der tidligere er etableret fra den arkæologiske kontekst.