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Presseschau: Kulturgüter im Röntgenblick - Berührungsfreie Analyse von Materialien

Kulturgüter im Röntgenblick
Berührungsfreie Analyse von Materialien

Kunstgeschichte und Archäologie sind Wissenschaften, die oft kostbare oder seltene Gegenstanden untersuchen. Wenn aber kulturhistorische Analysen die Fragen nach Herkunft, Datierung, Echtheit oder auch nur nach den Materialien des Objektes nicht beantworten können, sind naturwissenschaftliche Untersuchungen gefragt. Musste man dazu früher noch ein wenig Probenmaterial opfern, haben Analysen heute zerstörungsfrei, bei besonders wertvollen Gegenständen gar berührungsfrei zu sein. Der Nachteil vieler Methoden ist aber, dass sie entweder nur eine Analyse der Oberfläche oder bei grosserer Eindringtiefe der Strahlen nur summarische Informationen liefern.
Neue Methoden der Röntgenanalytik können hier aber Abhilfe schaffen, zum Beispiel die Röntgenemissionsanalyse bei hohen Energien und die Analyse von durch Synchrotronstrahlung induzierter Röntgenfluoreszenz. Bei beiden ist der Gegenstand einer anregenden Strahlung ausgesetzt. Bei der erwähnten Röntgenfluoreszenzanalyse werden Röntgenstrahlen genutzt, die in einem Synchrotron erzeugt werden. Mit einem speziellen Aufbau nach dem Prinzip der Konfokal-Mikroskopie, mit der nur scharf abgebildet wird, was genau in der Brennebene liegt, lassen sich so übereinander liegende Schichten getrennt anregen, das heisst, die chemischen Elemente können tiefenaufgelöst bestimmt werden. Das erlaubt beispielsweise bei einem Schriftdokument die Trennung der Daten von Malschicht und Untergrund.
Bei der mittels Partikeln induzierten Röntgenemission (Pixe, particle-induced X-ray emission) erfolgt die Anregung durch geladene Teilchen wie Protonen oder Heliumkerne, die in einem Teilchenbeschleuniger erzeugt werden. Auch hier dient die entstehende charakteristische Röntgenstrahlung zur Identifizierung der Elemente, die Intensität zu deren Quantifizierung. Gegenüber der Pixe mit Energien von 2 bis 4 Megaelektronenvolt (MeV)hat die Verwendung von höheren Energien (68-MeV-Pixe) den Vorteil, dass sie mth bei grossen Objekten angewendet werden kann, da die Messapparatur aufgrund der grossen Reichweite hochenergetischer Protonen in Luft nicht so nahe ans Untersuchungsobjekt herangebracht werden muss. Schwere Elemente lassen sich damit bis in eine Tiefe von mehreren Millimetern nachweisen. Die Methode ist deshalb auch ideal, um Artefakte, die von einer objektfremden Schicht (Korrosion, Schutzlack) überzogen sind, berührungsfrei zu untersuchen.
So liessen sich Metallobjekte aus einem der grössten merowingischen Gräberfelder Deutschlands analysieren. Die zwischen 1940 und 1973 freigelegten Gräber in Eltville am Rhein (Hessen) enthielten reiche Beigaben, die - wie es bei der Restaurierung damals üblich war - mit einem Kunststoff luftdicht überzogen wurden, um sie vor weiterer Korrosion zu schützen. Dieser Kunststoff lässt sich heute nicht mehr entfernen, ohne dass das Objekt zerstört würde. Eine besonders interessante Grabbeigabe stellen die runden Scheibenfibeln aus verschiedenfarbigen Metallen dar; sie dienten adligen Damen in der Mitte des 7. Jahrhunderts als Mantelverschluss. Wie die am Hahn-Meitner-Institut in Berlin von Andrea Denker vorgenommene Hochenergie-Pixe zeigte, besteht die schwarze, runde Grundplatte der Fibel aus Eisen und das aufmontierte silberfarbene Ornament aus Silber mit wenig Kupfer. Die goldfarbene Dekoration hingegen ist nicht aus Gold -wie stets vermutet -, sondern stellt eine Legierung aus Silber, Kupfer und Zink dar.
Eine ganz andere Fragestellung lag der Röntgeniluoreszenzanalyse mittels Synchrotronstrahlung von 15 Silberstiftzeichnungen Albert Dürers (1471-1528) zugrunde. Maler des 15. und 16. Jahrhunderts wie Jan van Eyck, Hans Holbein d. J. oder eben Dürer setzten mit Vorliebe Silberstifte als Zeichenmittel ein. Die Zeichnungen bestehen aus hauchdünnen Spuren von Silber, sind sehr empfindlich und auf speziell präparierten Papieren aufgebracht. Die untersuchten Zeichnungen Dürers stammen aus einem heute aufgetrennten Skizzenbuch, das der Künstler anlässlich einer Reise in die Niederlande in den Jahren 1520/21 angefertigt hatte. Den Kunsthistorikern war aufgefallen, dass eines der Bilder - «Porträt eines Mannes mit Pelzmütze» - nicht im gleichzeitig entstandenen Tagebuch Dürers erwähnt wird. Die in Berlin in der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung von Ina Reiche und ihren Kollegen vorgenommene Analyse «zeigte nun eindeutig, dass. Dürer alle Skizzen mit einem Stift aus Silber mit etwa 11 Prozent Kupfer und Spuren von Zink angefertigt hatte - mit Ausnahme des erwähnten Porträts! Dieses war mit einem Silberstift, der einen relativ hohen Gehalt an 5 Prozent Zink enthielt, gezeichnet worden. Damit konnte gezeigt werden, dass der «Mann mit der Pelzmütze» nicht während Dürers Reise in die Niederlande entstanden ist, sondern in einen anderen Zusammenhang gehört.
Geneviève Lüscher
(Quelle: Nachrichten aus der Chemie 53, 118-123 [2005])
Quelle: Neue Zürcher Zeitung, 27. April 2005, Forschung und Technik

2005-04-27, Lorenz E. Baumer