Aplicacion de la tecnica PIXE (Particle Induced X-Ray Emision) a la caracterización no destructiva de una pieza de ajuar funerario (siglo I d.c.) procedente de una excavacion arqueologica (antiguo Hospital de las Cinco Llagas, Sevilla)

Abstract

En el presente trabajo se ha realizado la caracterización de una pieza de ajuar funerario del Siglo I d.C. (anillo con pieza incrustada y grabada), encontrado en una excavación arqueológica en el antiguo Hospital de las Cinco Llagas de Sevilla, de la que inicialmente se desconocía su naturaleza cerámica o vítrea, utilizando las posibilidades que brindan una serie de técnicas instrumentales no destructivas ampliamente conocidas, como son microscopía óptica convencional, MEB-EDX, DRX y FRX. En este caso concreto se ha aplicado, además, la técnica de Emisión de Rayos X inducidos por partículas (Particle Induced X-ray Emision, PIXE). Dicha técnica permite extraer información de la composición química de una muestra para un análisis rápido de múltiples elementos traza. El estudio de esta interesante pieza pone de manifiesto la extrema calidad y precisión de la talla de las figuras o motivos, en particular algunos de ellos (garza y palma) a pesar del tamaño reducido de la misma, con efectos de relieve en el tallado del material aprovechando su propia constitución. El análisis de fases por DRX indica que la única fase cristalina constituyente del material es cuarzo y puede considerarse la pieza estudiada como una gema: cuarzo azul. La composición química de la gema determinada por FRX ha permitido comprobar que además de los elementos mayoritarios (Si y O), existen otros minoritarios, como son Ca y Fe (< 1,5 %), Na y Al (próximos al 0,3 %); otros elementos como Cl, K y P aparecen en porcentajes similares (0.2-0,25 %), además de Mg y S en porcentajes inferiores (ca. 0,08 %). Sin embargo, la aplicación de la técnica PIXE basada en haces de iones ha permitido determinar la presencia de Ti y V en la gema, lo que explicaría su coloración azul. Estos elementos deben encontrarse en forma iónica formando parte de la estructura cristalina del cuarzo. En consecuencia, esta técnica no destructiva permite encontrar una diferencia química importante entre zonas de una misma pieza, que no se aprecian mediante la aplicación de técnicas convencionales, con la ventaja añadida de utilizar directamente el objeto del análisis.

In this work, a non-destructive characterization of a burial-sample object dated S.I. a.C. (ring with an incrusted material) coming from an archaeological excavation (former Hospital de las Cinco Llagas, Sevilla) has been carried out. The glass or ceramic nature of this sample was unknown. Several non-destructive techniques have been applied: optical microscopy, SEM-EDX, XRD and XRF. In this particular case, the technique Particle Induced X-ray Emision (PIXE) has been also applied. PIXE allows to obtain a fast information concerning chemical composition of trace elements using the object directly. The study of this interesting object indicates the extreme quality and accurance of the engrave observed on its surface, for instance a long-legged bird and a palm leaf despite their reduced size. Relief effects have been observed in the engrave using the own constitution of this particular material. The XRD phase analysis demonstrates that crystalline quartz as single phase constitutes the incrusted material of the ring considered as a gem: blue quartz. The chemical composition obtained from XRF analysis confirm the XRD result, with Si and O as main elements, although there are minoritary elements such as Ca and Fe (< 1,5 %), Na and Al (ca. 0,3 %). Other elements, such as Cl, K and P were detected in similar percentages (0.2-0,25 %), besides Mg and S (less than 0,08 %). However, the application of the PIXE technique based on ion beam analysis to this material allowed to demonstrate the presence of Ti and V, probably as ions in the quartz crystal structure which constitutes the gem. This experimental fact would then explain the blue colour observed in the gem. Consequently, PIXE as a non-destructive technique allows to find an important chemical difference between zones of the same object. There are some advantages, first of all that these chemical differences can not be accurately observed using other conventional techniques and secondly, the analysis is performed directly on the object, which is very interesting in studies on glass and ceramics samples of the Cultural Heritage.