Прислать материал
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ КЕРАМИКИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЖИГА МЕТОДОМ ИК-ФУРЬЕ СПЕКТРОСКОПИИ
Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, одним из первых используемых человеком материалов. Для изготовления многих вещей домашней утвари в эпоху неолита и эниолита очень часто использовалась материалы на основе глины. Используя современные аналитические методы можно определить температуру обжига керамики и сделать вывод о том, как изготавливались найденные на территории Среднего Поволжья изделия: на открытом огне или в горне.
Целью исследования являлась разработка методики изменения химического состава керамики от температуры обжига.
Выполнение эксперимента проводилось с использованием ИК-Фурье спектрометра «Nicolet iS 50 FT-IR Spectrometer».
Для построения зависимости использовались образцы глины, собранные в одной местности и прошедшие только стадию сушки. Затем образцы подвергались обжигу в муфельной печи 6 часов в диапазоне температур 400-1100 град. цельс. с шагом в 100 град. в лабораторных условиях. На этапе пробоподготовки поверхностный слой образцов снимался при помощи медицинского скальпеля и затем диспергировался при помощи агатовой ступки, и прессовался в таблетки с матрицей бромида калия.
Полученные таблетки помещались в рабочую зону ИК-Фурье спектрометра. Анализ полученных спектрограмм проводился в рабочей среде программного обеспечения OMNIC. Исследуя данные, были найдены характеристические пики. Таковыми являются пики, изменение высоты которых наиболее достоверно передают зависимость химического состава от температуры.
Пики характеризуются следующими волновыми числами: 1080, 1020, 520, 460 (1/см)
Вычислив соотношения выбранных пиков в каждой спектрограмме и, таким образом, найдя характеристические коэффициенты, используемые для построения зависимости.
Были найдены следующие коэфициенты: s3=1020/1080; s7=520/460.
Была произведена автоматизации анализа в программе OMNIC, путём создания библиотеки данных со спектрограммами обжигаемой керамики.
В данной работе рассматривались более семи различных коэффициентов. Однако использовать каждый из них не удалось, так как при определенной температуре, некоторые компоненты и соединения, характеризующие керамику, полностью меняли свою форму или разрушались.
Присланные археологические образцы из поселков Яшино, Пены и Глушково подверглись аналогичной процедуре пробоподготовки и анализу.
На рисунках 4, 5 представлены полученные зависимости коэффициентов от температуры.
Как видно из Рис. 4 и 5 зависимости рассчитанных коэффициентов линейны в диапазоне температур от 400 до 900
. Однако на высоких температурах наблюдается некоторое плато, говорящее о том, что большая часть компонентов уже претерпела изменения. Дальнейший нагрев приводит к уменьшению коэффициента, что обусловлено началом других химических процессов [1].
Путём нахождения значений коэффициентов для археологических образцов и сравнения их с графиком зависимости, были получены данные, представленные в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что значение температур обжига, определенные с помощью коэффициентов и при программном сравнении ИК-спектров при помощи программы OMNIC совпадают во всех исследуемых случаях, однако явным преимуществом программного метода является его экспрессность и большая точность. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что исследованные образцы керамики Среднего Поволжья не производились при помощи горна, так как температура обжига достаточно низкая. Однако образец керамики серой глины из поселка Глушково мог производиться и в горне.
Возможно увеличить точность метода, проанализировав большее количество стандартных образцов керамики, обжигаемых с меньшим шагом температуры. Однако он позволяет с достаточной достоверностью ответить на поставленный вопрос об изменении химического состава керамики в зависимости от температуры обжига.
Выводы.
В течении работы была разработана методика определения обжига археологической керамики, было применены два метода интерпретации ИК-спектров: программный и с расчётом коэффициентов по характеристическим пикам. Показано, что большей экспрессностью и точностью определения температуры обжига обладает метод с применением программного сравнения ИК-спектров. С помощью разработанной методики, были исследованы образцы керамики Среднего Поволжья, показано, что большинство исследованных объектов не производились при помощи горна, в связи с их низкой температурой обжига. Исключение составляет образцы керамики № 2 и 4 (температура обжига – 700 и 600 °С соответственно) мог производиться и в горне.
2. Russel J.D. A handbook of determinate methods in clay mineralogy, (Ed) M. J. Wilson (Blackie, London), 1987. P.133.