Smithsonian utilise le LIBS Academic Loaner pour l'étude des crochets de ceinture chinois

La finition Musée national d'art asiatique de la Smithsonian Institution a récemment utilisé un analyseur SciAps LIBS via le Programme de prêt académique mener une étude sur leur collection Chinese Belt Hook. Ariel O'Connor, restaurateur d'objets au Département de la conservation et de la recherche scientifique, et le Dr Blythe McCarthy, scientifique principal d'Andrew W. Mellon, ont terminé la spectroscopie à claquage induit par laser LIBS analyse sur 401 des 423 crochets de ceinture à l'aide du Z-300 (maintenant le Z-903). La majorité de la collection provient de l'ère de la dynastie Han, s'étendant d'environ le 5ème siècle avant notre ère au 2ème siècle de notre ère, et tous ont divers degrés de corrosion funéraire.

Comme son prédécesseur le Z-300, mais avec une forme et un logiciel mis à jour, l'analyseur portable SciAps Z-903 mesure chaque élément du tableau périodique des éléments - de H à U. La plage étendue du spectromètre de 190 nm à 950 nm permet la mesure de lignes d'émission de longueur d'onde plus longue provenant d'éléments tels que H, F, N, O, Br, Cl, Rb, Cs et S. D'autres avantages incluent une ligne plus sensible pour le lithium proche de 675 nm pour atteindre des limites de détection dans les 2-5 ppm gamme et potassium sans l'interférence du fer lourd. Le Z-903 est le plus largement utilisé pour l'exploration minière, la médecine légale, l'authentification et l'archéologie en raison de la large gamme d'éléments.

L'étude du crochet de ceinture chinois

Ce projet de recherche a commencé dans les années 1970 avec un ancien chef du département, W. Thomas Chase. Chase a rédigé sa thèse de maîtrise¹ sur le Crochets de ceinture plus libres. Il a poursuivi ses recherches par une étude technique au musée, analysant 157 crochets de ceinture en perçant de petits trous et en collectant des échantillons de métal en poudre sur lesquels il a fait de la chimie humide.

Au fil des ans, le musée a enrichi la collection. Ils ont maintenant 423 crochets de ceinture, dont la plupart sont en alliage de cuivre et ont une longueur moyenne d'environ 6". Bien que cette étude ne porte que sur les crochets de ceinture en bronze, certains de leur collection sont en d'autres métaux comme le fer, sont dorés ou ont des incrustations d'argent, d'or, de jade et de verre. C'est une collection unique, à la fois en termes de matériaux et de taille.

"Lorsque nous avons lancé ce projet, nous essayions de comprendre comment nous pourrions effectuer une analyse des alliages de cuivre de manière à comparer les données de Tom des années 1970 avec nos nouvelles pièces et à examiner la collection dans son ensemble", explique O'Connor.

Au début, O'Connor a utilisé la fluorescence X (XRF) portable, mais s'est rendu compte que, puisque la XRF est une technique de surface, ils obtenaient des chiffres très différents par rapport à l'analyse chimique par voie humide. Ils devaient trouver une technique pour regarder sous la surface de la corrosion.

Les échantillons forés des années 1970 ont un diamètre de 2 à 3 mm, l'équipe voulait donc une méthode qui ne serait pas aussi perceptible, c'est pourquoi la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) a été leur première idée ; cependant, la taille de la collection ainsi que certains des crochets de ceinture ont rendu l'ICP-MS problématique. "J'ai fait une recherche approfondie sur Internet pour essayer de trouver une autre technique qui pourrait nous donner des résultats qui répondraient à nos critères de ne pas causer de dommages majeurs à un objet", explique McCarthy. Les tests non destructifs étaient leur première option, mais la micro-destruction était la seconde.

"Dr Richard Hark [Conservation Scientist, Yale Institute for the Preservation of Cultural Heritage], utilisait votre LIBS pour son travail, alors je l'ai appelé et lui ai parlé. Il m'a ensuite présenté Morgan [Jennings] », explique McCarthy, « ce qui a conduit SciAps à nous prêter très généreusement l'instrument.

L'équipe a pu analyser la plupart des crochets de ceinture. L'analyse a exclu les crochets de ceinture en or massif, en argent ou en fer, se concentrant exclusivement sur les artefacts en alliage de cuivre qui présentaient des zones analytiques appropriées.

«Nous avons maintenant un groupe d'objets avec à la fois la chimie humide des années 1970 et l'analyse LIBS de 2023. Nous disposons d'un bon ensemble de données pour comparer les deux techniques », déclare O'Connor.

« Nous examinerons également la fluorescence des rayons X à des fins de comparaison, car de nombreuses personnes dans notre domaine utilisent la XRF, même s'il s'agit d'une technique de surface », déclare McCarthy. Contrairement au XRF, le laser LIBS peut ablater à travers la surface la plus externe de l'artefact avec la fonction de nettoyage et obtenir une analyse plus représentative du matériau sous-jacent. De nombreux musées interdisent au conservateur de faire toute sorte de technique destructrice, même si l'échantillon est aussi petit que celui du site d'échantillonnage LIBS, donc XRF est la seule option. "Vous ne pouvez pas comparer directement les résultats de plusieurs techniques, mais je pense que nous avons un ensemble de données que nous pouvons utiliser."

L'objectif

Ariel O'Connor travaille avec Donna Strahan, chef du département de la conservation et de la recherche scientifique, sur un livre de la collection rare.

« Tous les crochets de ceinture proviennent de sites en Chine. Le livre discutera de la typologie et de l'histoire des crochets de ceinture du point de vue des matériaux et de la technologie, avec le contenu LIBS en annexe. Nous travaillons également avec d'autres restaurateurs, conservateurs et scientifiques de la conservation », explique O'Connor.

"Notre prochaine étape consiste pour Ariel à traiter toutes les données. Et puis faire des statistiques et des regroupements et voir comment ils correspondent à ceux qui proviennent de l'archéologie comparée et de l'histoire de l'art », explique McCarthy.

Une question de recherche majeure à laquelle O'Connor et Strahan espèrent répondre est la façon dont les crochets de ceinture ont été fabriqués et comment la composition de l'alliage en vrac peut fournir des informations sur l'atelier et la date. Ils espèrent que la corrélation des groupes d'alliages avec des techniques décoratives permettra d'autres améliorations. La méthode de décoration la plus courante consiste à appliquer une incrustation d'or ou une dorure sur la surface. « Nous utiliserons les points de données LIBS pour voir s'il existe une tendance à une teneur en cuivre plus élevée dans les alliages d'objets dorés par rapport aux crochets de ceinture non décorés. Nous n'en sommes pas encore là avec nos conclusions, mais ce sont des choses que nous recherchons », déclare O'Connor.

Les crochets de ceinture sont très probablement venus en Chine du nord-ouest ou du nord-est et ont ensuite été incorporés dans les vêtements chinois. "Les guerriers en terre cuite ont des crochets de ceinture qui sont représentés comme faisant partie de l'uniforme qu'ils portent. Donc, nous savons qu'ils étaient fonctionnels, mais nous en avons aussi qui sont décorés de turquoise, d'or et de jade, et de verre, donc ils étaient aussi ornementaux. Je les considère comme similaires aux boucles de ceinture que vous voyez dans la culture du rodéo, qui sont des symboles de statut que vous pouvez voir de l'autre côté de la pièce », explique O'Connor. "Comme les boucles, les crochets de ceinture étaient probablement des symboles de statut."

Prêt académique

O'Connor et McCarthy ont tous deux parlé des avantages du programme de prêts universitaires.

« Je dirais qu'il n'y a pas que l'instrument. C'est toute l'aide que nous avons reçue de Morgan et Jonathan », déclare McCarthy. Morgan Jennings est chef de produit SciAps et Jonathan Moeller est spécialiste produit SciAps. Ils ont rencontré O'Connor et McCarthy via Zoom pour les guider à travers le logiciel.

"Mais il n'y a pas de monde dans lequel ce logiciel compliqué pourrait être compris dans une réunion Zoom d'une heure. Nous avons pris beaucoup de notes, puis, au fur et à mesure que nous avons commencé à utiliser l'analyseur et que nous avons commencé notre étalonnage, des questions ont surgi, et ce n'était pas seulement que nous avions des questions toutes en même temps. Il y a eu de très nombreuses sessions avec eux sur zoom ou par e-mail. Ils ont toujours été très généreux de leur temps », déclare O'Connor.

"Tester l'analyseur LIBS sur ce projet était vraiment essentiel, car les bronzes corrodés représentent une si grande partie de notre collection", explique McCarthy.

Programme de prêt académique SciAps fournit à la fois des instruments XRF et LIBS portables pour le travail en laboratoire avec des étudiants ou la recherche sur le terrain. Nos partenaires académiques proposent toujours de nouvelles applications pour les instruments et nous donnent des commentaires inestimables.

Comment pouvons-nous soutenir votre travail avec notre programme de prêts universitaires ? Contactez-nous au académique@sciaps.com. Les chercheurs universitaires peuvent emprunter une unité pour un mois à condition qu'ils nous remettent une publication synthétique de leur recherche, que nous pouvons mettre en ligne, sans que cela n'affecte leurs droits d'édition.

SciAps, Inc., est une société d'instrumentation basée à Boston, spécialisée dans les instruments d'analyse portables pour mesurer n'importe quel élément, n'importe où sur la planète. Leurs analyseurs à fluorescence X (XRF) et laser (LIBS) à la pointe de l'industrie sont à l'œuvre dans toutes les grandes industries, y compris le pétrole/gaz, les métaux et l'exploitation minière, l'aérospatiale, les batteries et les métaux stratégiques (lithium, éléments de terres rares) , recyclage de la ferraille, chimie et pétrochimie, militaire, médecine légale et application de la loi. Les instruments SciAps sont configurés pour mesurer des éléments dans tous les types de matériaux, de sorte que les applications sont en constante expansion, incluant récemment la recherche spatiale, les revêtements antiviraux pandémiques, l'agriculture et les contaminants environnementaux.

¹Thèse de maîtrise de 1967 de W. Thomas Chase pour l'Institut des beaux-arts de l'Université de New York «Crochets de ceinture chinois dans la Freer Gallery of Art» (739.151.C5 dans la bibliothèque principale de FS)

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