Zerstörungsfreie Materialanalyse für die Archäometrie
Das Ionenstrahlzentrum bietet zerstörungsfreie Materialanalysen an, um Fragestellungen aus der Archäometrie, Kunstgeschichte oder für Restaurierungen zu beantworten. Für die Analyse ist keine Probenentnahme nötig und die Objekte werden bei üblichen Luftdruck- und Temperaturbedingungen untersucht. Die Messungen geben detaillierte Auskunft über oberflächennahe Materialzusammensetzungen einschließlich Spurenelementen. Damit werden Rückschlüsse über Herstellung, Provenienz, Echtheit, Alter und Erhaltungszustand ermöglicht.
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Ansprechpartnerin: Dr. Denise Erb
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Anwendungsbereiche
Handwerkliche und künstlerische Produktionstechniken
Bei kunsthistorischen oder restauratorischen Untersuchungen stellt sich oft die Herausforderung, den Herstellungsprozess eines Objekts zu rekonstruieren ohne das Objekt zu beschädigen. Bei dieser Aufgabe können Methoden der Ionenstrahlanalytik helfen: Sie liefern auch bei komplexen Objekten wie Gemälden auf zerstörungsfreie Weise präzise Informationen zur lokalen Materialzusammensetzung und ggf. Schichtstruktur der Objektoberfläche. Damit ermöglichen diese Methoden Rückschlüsse zum Fertigungsverfahren und zur indirekten Datierung. Eine Kartierung der Materialzusammensetzung kann Inhomogenitäten oder nachträgliche Veränderungen sichtbar machen.
Das Servatius Reliquienkästchen |
Art Nouveau Glas |
Konservierung und Restaurierung
Durch Konservierung und Restaurierung werden Kunstobjekte erhalten, sodass die Allgemeinheit sie wertschätzen und die kunstgeschichtliche Forschung sie studieren kann. Beides ermöglicht uns eine Verbindung mit dem künstlerischen Streben der Menschen in vergangenen Zeiten. Die Wahl der richtigen Methoden ist von höchster Wichtigkeit für jegliche konservatorische oder restauratorische Aufgabe: Die falschen Substanzen zur Reinigung oder Konservierung zu wählen, kann die Erscheinung eines Kunstwerks verfälschen oder im schlimmsten Fall zu desaströsen chemischen Reaktionen führen. Zerstörungsfreie Methoden der Ionenstrahlanalytik können angewendet werden, um die Materialzusammensetzung eines Kunstwerks genau zu bestimmen und dadurch die optimale Vorgehensweise zur Konservation oder Restaurierung zu wählen.
Altägyptische Wandmalerei |
Präventive Konservierung |
Authentizitätsprüfung
Der finanzielle Wert von Kunstgegenständen basiert vor allem auf ihrer Authentizität und damit Einmaligkeit. Museen wie private Sammlungen sind daher sehr an Echtheitsprüfungen interessiert. Stilistische und kunsthistorische Betrachtungen können viele Fälschungen, Kopien oder Nachbearbeitungen erkennen – aber manche Indizien bleiben selbst dem erfahrensten Auge verborgen. Hier kann die Untersuchung mit materialwissenschaftlichen Methoden weiterhelfen: Ionenstrahlanalytik ermöglicht dazu den detaillierten Abgleich der Materialzusammensetzung eines vorliegenden Objekte mit der eines verifizierten Referenzobjekts.
Meißener Deckelvase |
Meißener Tabakdose |
Provenienzforschung und systematische Studien
Häufig vorkommende Artefakte bestechen zwar nicht durch ihre Einmaligkeit, ermöglichen aber durch ihre schiere Anzahl wertvolle statistische Aussagen, z. B. über die räumliche und zeitliche Verbreitung solcher Produkte, entsprechende Handelswege, sowie ihre Verwendung für verschiedene Zwecke bzw. von verschiedenen gesellschaftlichen Gruppen. Außerdem wird eine gute Nachvollziehbarkeit der zeitlichen Entwicklung von Herstellungstechniken und Stilen ermöglicht. Die materialwissenschaftliche Untersuchung vieler einzelner Objekte zu statistischen Zwecken kostet allerdings viel Zeit. Zu den ohnehin überbuchten synchrotron-basierten Methoden wird darum für solche Vorhaben kaum Zugang gewährt. Ionenstrahl-basierte Analytikmethoden können dagegen ausreichende Verfügbarkeit auch für umfangreiche Untersuchungsreihen anbieten.
Byzantinische Glasarmreifen | Bronzezeitliches Glas aus Amarna |
Messplatz und Methoden
Untersuchungsbedingungen
- Untersuchungen an archäologischen und kunsthistorischen Objekten oder an zu Test- und Vergleichszwecken gefertigten Werkstücken
- zerstörungsfrei, da keine Materialproben entnommen werden müssen
- beliebige Form der zu untersuchenden Objekte, Größe bis 1.5 m x 1.5 m
- geringe thermische Belastung (lokal bis ca. 50°C), keine mechanische Belastung
- Objekte verbleiben in Raumluft und unter unverändertem Luftdruck
- simultane Anwendung von drei Messmethoden zur Minimierung der Materialbelastung durch den Ionenstrahl
- schnelle und verlässliche Verfügbarkeit: i.d.R. binnen 6-12 Wochen nach Antragstellung, ausreichende Kapazität für alle Antragsteller
Anwendbare Methoden
- PIXE (protoneninduzierte Röntgen-Emission)
Detektion und Quantifizierung von Elementen, die schwerer als Aluminium sind - PIGE (protoneninduzierte Gamma-Emission)
Detektion und Quantifizierung von leichten Elementen: B, Mg, Na, Al, Si - RBS (Rutherford Rückstreuung)
Bestimmung der Materialzusammensetzung mit ausgeprägter Tiefenspezifizität - Möglichkeit zur Kombination mit komplementären, potentiell destruktiven Analytikmethoden (z. B. SEM)
Verfügbare Daten
- Analyse der Materialzusammensetzung nahe der Oberfläche bis in eine Tiefe bis ca. 100 µm, geschichteter Materialaufbau wird erkennbar
- Kartierung der Materialzusammensetzung mit 1 mm räumlicher Auflösung
- Bestimmung des Gehalts an Haupt-, Neben- und Spurenelementen