إجراء التحليلات للتعرف على مركبات وعناصر العينات القديمة

لا يقتصر استخدام أساليب تحليل المواد على البحث الأكاديمي والصناعي. أحد التطبيقات الأكثر إثارة للاهتمام لطرق التحليل هو علم الآثار. في هذه المقالة، ستتعرف على استخدام ثلاث طرق مشهورة لتحليل المواد، وهي مطياف رامان وفلورة الأشعة السينية (XRF) وحيود الأشعة السينية (XRD) في علم الآثار. يمكن لهذه الطرق توفير معلومات مفيدة حول المواد القديمة بسرعة عالية أو حتى على الفور.

يتم استخدام عدة طرق تجريبية للتحليل في فروع علم الآثار. من بينها، يتم استخدام مطيافية رامان وحيود الأشعة السينية وفلورة الأشعة السينية على نطاق واسع. يتم استخدام كل طريقة لوظيفة محددة. ولكل طريقة مكانها في مجال الاعتراف بالتراث الثقافي وحمايته.

طريقة رامان الطيفية في علم الآثار

إن قدرة هذه الطريقة على التنبؤ واكتشاف الخصائص الهيكلية للعينات القديمة مقارنة بالطرق الأخرى جعلتها تلعب دورا رئيسيا في مجال التراث الثقافي. خصوصية هذه الطريقة هي عدم التدمير والحساسية العالية. وأيضًا نظرًا لكونها أداة محمولة، فهي تعتبر خاصية مرغوبة جدًا للاختبار الميداني وفي الموقع للقطع الأثرية القديمة. كما أنه إذا تم دمجه مع النماذج الرياضية أو الإحصائية القادرة على التنبؤ بالظواهر المدروسة، فإن الاهتمام بهذه الطريقة يتعزز أكثر.

يتيح مطياف رامان والنماذج الرياضية نتائج مهمة على الفخار والخزف و الأوراق القديمة والحديثة والمجوهرات القديمة وتدهور الأصباغ. من خلال التحليل الذي تجريه هذه الطريقة، يمكن الحصول على معلومات مهمة مثل الفترة التاريخية والخصائص البيئية، والفترة التي تم فيها اكتشاف القطعة الأثرية ومن ثم حمايتها، وطريقة صنع الفن، والمواد الخام المستخدمة، وعملية الإنتاج والعوامل المحتملة القادرة على تدمير القطع الأثرية. يمكن رؤية صورة جهاز رامان المحمول في الشكل أدناه.

مطياف رامان المحمول

الشكل 1: مطياف رامان المحمول.

تعمل هذه الطريقة على أساس قابلية استقطاب الجزيئات وتحدد قابلية الاستقطاب هذه بناءً على الطول الموجي المبعثر. كل رابط له استقطاب خاص به، والذي يستخدم لتحديد روابط ومجموعات وظيفية محددة. وبهذه الطريقة يمكن الكشف عن المواد المعدنية وكذلك المواد العضوية أو المجموعات الوظيفية. على سبيل المثال، من خلال مقارنة الطيف التجريبي والمحاكاة لبنية السيكلوبروبينويد ذات السلسلة الطويلة والحلقة الواحدة المكتشفة في فخار بلاد ما بين النهرين من كيش (منتصف الألفية الثالثة قبل الميلاد)، فمن الممكن اكتشاف بعض الأحماض الدهنية المشتقة من نباتات معينة.

طريقة مضان الأشعة السينية (XRF) في علم الآثار

طريقة مضان الأشعة السينية (XRF) هي طريقة أخرى لتحديد العينات القديمة. تعتبر هذه الطريقة إحدى طرق التحليل العنصري، وباستخدامها يمكنك معرفة العناصر المكونة للعينات القديمة. ومن مميزات هذه الطريقة بالنسبة للأعمال الأثرية هي قابليتها للنقل. كما أن هذه الطريقة تتمتع بدقة جيدة بسبب سهولة العمل بها. في هذه الطريقة يتم تعريض المواد للأشعة السينية ذات الأطوال الموجية القصيرة أو لأشعة جاما، ونتيجة لهذا الإجراء يتم إزالة الإلكترونات من المدار، وتهبط الإلكترونات من المدارات الأعلى إلى المدارات الأدنى ، مما يؤدي إلى تكوين فوتون حر. بعد الحصول على الرسم البياني للشدة من حيث الطول الموجي أو الشدة من حيث الطاقة الموجية، يتم تحديد الطول الموجي أو الطاقة الموجية لنوع العنصر وتظهر كثافتهما التركيز.

يعد التحليل العنصري مهمًا لأنه يمكنه تحديد العصر الذي تم فيه إجراء العينة. يستخدم التحليل الطيفي XRF لتحليل الفخار والسيراميك القديم. على سبيل المثال، من خلال تحليل XRF، يمكن تحديد أن العينات تحتوي على حديد أو نحاس أو قصدير. ومن خلال هذا التحليل العنصري، اكتشفوا أن العينة تنتمي إلى العصر الحديدي أو البرونزي.

طريقة حيود الأشعة السينية (XRD) في علم الآثار

تعد طريقة حيود الأشعة السينية إحدى الطرق المستخدمة على نطاق واسع للتعرف على العينات القديمة. ومن مزايا هذه الطريقة أنها غير مدمرة ولا تتطلب إعداد عينة. يعتمد أساس هذا التحليل على حيود الأشعة السينية بزوايا مختلفة، والتي يمكن من خلالها فهم التركيب البلوري للعينة. يُستخدم تحليل XRD في علم الآثار لتحديد البنية والخصائص البلورية للعينات والمعادن ولتحديد المراحل الموجودة في العينات القديمة.

بعد تحليل العنصر يتم تحديد نوع العناصر، ومن خلال هذا التحليل يمكن معرفة نوع تركيب العناصر المختلفة. على سبيل المثال، يمكن استخدامه لتحديد نوع التزجيج المستخدم في صناعة الفخار القديم والتنبؤ بطرق حرق الفخار وتحليلها. ولأن حرق الفخار فعال في المركبات المتكونة، فمن خلال التعرف على المركبات يمكنك معرفة طريقة الحرق.