Metalle

Prüfen Sie die Qualität und Eigenschaften wie die Partikelgröße oder die elementare Zusammensetzung von Metallen bis ins kleinste Detail. Hier finden Sie Praxisberichte rund um maßgeschneiderte Instrumente für die Metallurgie und andere Anwendungen, die zerstörungsfreie Methoden für die Metallanalytik verlangen.

Zerstörungsfreie Lösungen für die Metallanalytik

Application Notes

Röntgentechnologie im Kulturgutschutz

Historische Gegenstände sind ein Zeugnis der kulturellen Geschichte. Sie erzählen von Persönlichkeiten, von Nationen und von der Menschheit. Die wichtigste Aufgabe des Kulturgutschutzes ist dieses Erbe zu bewahren. Dafür müssen die überlieferten Kunst- und Alltagsgegenstände sorgfältig untersucht und erforscht werden.

Jede Kultur hat ihre Traditionen, ihre Rituale und ihre künstlerische Epochen. Daraus, wie Gegenstände gestaltet sind, können Historiker vieles über die Menschen ablesen, die sie benutzt haben. Häufig ist auch die Materialzusammensetzung charakteristisch für eine Epoche oder eine Region. Deswegen erlaubt eine genaue Materialanalyse, Originale von Fälschungen oder von später hinzugefügten Elementen zu unterscheiden.

Um die oft empfindlichen und wertvollen Gegenstände nicht zu beschädigen, sollte die Untersuchungsmethode möglichst schonend sein. Deswegen eignet sich die zerstörungsfreie Röntgenfluoreszenz-Analyse hervorragend für den Kulturgutschutz.

Das Röntgenfluoreszenz-Instrument XAN 500 von Fischer ist als ein flexibles Handgerät konzipiert und kann deswegen bequem außerhalb eines Labors eingesetzt werden. Trotz seiner Größe ist es mit der vollwertigen WinFTM® Software ausgestattet. Mithilfe der Fundamental-Parameter-Analyse können unbekannte Legierungen ohne eine vorherige Kalibrierung auf ihre Bestandteile hin untersucht werden.

Das Handgerät XAN 500, erlaubt es, sperrige und komplex geformte Teile zu messen – direkt in ihrer Umgebung, z.B. in Museen oder auf Ausgrabungen. (Foto: Esther Hoyer)Das Handgerät XAN 500, erlaubt es, sperrige und komplex geformte Teile zu messen – direkt in ihrer Umgebung, z.B. in Museen oder auf Ausgrabungen. (Foto: Esther Hoyer)

Das XAN 500 wurde im GRASSI Museum für Angewandte Kunst Leipzig getestet. Es wurde ein Lesepult in Form eines Adlers untersucht. Das Objekt stammt vermutlich aus dem 12. oder dem 13. Jahrhundert und wurde in Italien hergestellt. Das Pult bestand aus mehreren Teilen, die unterschiedliche stilistische Elemente trugen. Daher vermutete der Restaurator, dass möglicherweise nicht alle Elemente original sind.

Messung an einem Lesepult mit einer Säule: Alle Teile bestehen aus Messing. Die geringen Unterschiede in der Zusammensetzung gehen vermutlich auf die Ungleichmäßigkeiten bei der Herstellung zurückMessung an einem Lesepult mit einer Säule: Alle Teile bestehen aus Messing. Die geringen Unterschiede in der Zusammensetzung gehen vermutlich auf die Ungleichmäßigkeiten bei der Herstellung zurück

Eine Legierungsanalyse mit dem XAN 500 zeigte, dass das Pult aus Tombak bestand, einem hochwertigen Messing mit hohem Kupferanteil. Für alle Teile des Pults ergaben sich vergleichbare Konzentrationen von Kupfer, Zink und Blei – ein starkes Indiz dafür, dass es sich um ein Original handelt. Zusätzlich wurden in der Legierung Spuren von Nickel, Zinn, Eisen und Antimon gefunden.

Röntgenfluoreszenz-Analyse basierend auf der Fundamental-Parameter-Methode erlaubt es, alle Bestandteile einer Legierung aufzuspüren. So können die Restauratoren, die richtigen Materialien auswählen, um die Kulturgegenstände möglichst originalgetreu instand zusetzten und sie für die nachfolgenden Generationen zu erhalten.

Analyse der Legierungselemente antiker Münzen

Um mehr über die Herkunft antiker Münzen zu erfahren, nutzen Forscher die unterschiedlichsten Informationsquellen. Die bei der Herstellung der Münzen verwendeten Schmelzprozesse oder die beinhalteten Erze geben z. B. Hinweise auf die Herkunft und das Alter der Münzen. Aber wie erhält man diese Informationen, ohne die meist wertvollen und seltenen Münzen zu beschädigen? Da in den Münz-Legierungen sowohl leichte als auch schwere Elemente vorkommen, wird zum einen ein Messsystem benötigt, welches einen breiten Element-bereich abdeckt, zum anderen eine leistungsfähige Messroutine, um aussagekräftige Messergebnisse zu erzielen.

Eine gute Möglichkeit, mehr über den bei der Münz-Herstellung verwendeten Schmelzprozess oder die verwendeten Erze zu erfahren, ist die Röntgenfluoreszenz-Analyse (RFA). Eines der größten Vorteile der RFA ist ihr zerstörungsfreies Prinzip, welches ohne Beschädi­gung der Probe die Analyse der Zusammensetzung an unterschiedlichen Stellen ermöglicht.

Abb. 1: Römische Münze, gefertigt ca. 355 n. Ch. in Konstantinopel, gefunden 2005 im Saarland. Das Quadrat markiert den untersuchten Bereich

Als Beispiel wurde eine römische Münze aus dem Jahre 355 n. Chr., welche Constantius II. zeigt, auf ihre Zusammensetzung hin untersucht. Die Messergebnisse, erzielt mit dem Messsystem FISCHERSCOPE® X-RAY XUV®, sind in Tabelle 1 dargestellt: In der Legierung sind 13 Elemente enthalten; darunter sowohl sehr leichte Elemente, wie z. B. Aluminium oder Silizium als auch schwere Elemente wie Silber und Blei.

Die Auswerte-Software WinFTM®, mit der alle FISCHERSCOPE® X-RAY Geräte ausgestattet sind, enthält eine sehr leistungsfähige Routine, welche einen einzelnen Messgegenstand automatisch mit mehreren Anregungsbedingungen (Hochspannung der Röntgenröhre bzw. Primärfilter) misst und so sowohl leichte als auch schwere Elemente gleichzeitig optimal nachweist.

Element

Inhalt [%]

Element

Inhalt [%]

Al

2,52 ± 0,06

Fe

0,16 ± 0,01

Si

3,16 ± 0,06

Ag

0,94 ± 0,04

P

0,25 ± 0,01

Sn

0,80 ± 0,03

S

0,18 ± 0,02

As

0,09 ± 0,02

Cl

7,37 ± 0,12

Pb

3,54 ± 0,05

K

0,37 ± 0,01

Cu

79,90 ± 0,27

Ca

0,91 ± 0,01

   

Tab 1: Ergebnis einer Wiederholmessung im Auge des Kopfes

In der Antike wurden für die Herstellung von Münzen fast ausschließlich die Metalle und Legierungen Gold, Elektron, Silber, Billon, Kupfer, Bronze, Potin und Messing bzw. Aurichalkum verwendet. Kennt man die genaue Zusammensetzung der Legierungsbestandteile inklusive der Spurenelemente einer Münze, so lassen sich daraus Rückschlüsse auf deren Herkunft und Alter ziehen.

Das Röntgenfluoreszenz-Messsystem FISCHERSCOPE® X-RAY XUV® ist prädestiniert für die Analyse von Legierungen mit einem breiten Element-Spektrum. Zusammen mit der ausgefeilten Auswerte-Software WinFTM® bietet es ideale Bedingungen für ausgefallene und herausfordernde Messaufgaben wie z. B. die Legierungsanalyse antiker Münzen. Für weitere Informationen steht Ihnen Ihr Ansprechpartner von Fischer gerne zur Verfügung.

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