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Portables RFA-Gerät zur Untersuchung von Kunstwerken

Development and construction of an innovative and optimised portable XRF instrument for the in situ, non-destructive study of unique and valuable artworks

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist heute eine der bedeutendsten Methoden zur Kunstanalyse, da sie eine zerstörungsfreie Analysenmethode darstellt, die sowohl qualitative, als (zum Teil) auch quantitative Informationen über die Probenzusammensetzung liefern kann. Durch moderne instrumentelle Entwicklungen in diesem Bereich konnte sie in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung zulegen, v.a. durch die Konstruktion transportabler RFA-Systeme, welche entweder auf große Flexibilität oder hohe Mobilität optimiert wurden. Trotzdem ist die Analyse von Elementen mit niedriger Ordnungszahl aufgrund der Absorption von niederenergetischer Strahlung in Luft bei der in situ Analyse immer noch ein Problem, weshalb bei der Konstruktion des neuen RFA-Geräts PART II unter anderem die Analyse dieser leichten Elemente optimiert werden sollte.

Vor wenigen Jahren wurde durch Kooperation der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) mit dem Atominstitut der Österreichischen Universitäten Wien (ATI) der Prototyp eines portablen RFA-Geräts (PART I) konstruiert. Hier wir die Detektion niederenergetischer Strahlung durch die Verwendung einer Vakuum-Kammer – in der sich Röntgenoptik, Kamera, Positionierungslaser und Detektorfinger befinden – stark verbessert. Der Messstrahl verlässt die Kammer durch ein Kapton™ Fenster und wird bereits ca. 1-2 mm außerhalb der Kammer auf das Objekt fokussiert, wodurch Absorptionsverluste in der Anregungs- und Röntgenfluoreszenzstrahlung minimiert werden. Bei der Konstruktion von PART II konnte diese Vakuumkammer nun in der Form optimiert werden, um eine bessere Zugänglichkeit zu den Objekten zu ermöglichen. Auch eine Krümmung des Kaptonfensters beim Anlegen des Vakuums kann weitgehend verhindert werden, wodurch der Weg der Strahlung an der Luft minimiert, und die Detektion der leichten Elemente optimiert wird. Schließlich führt der Einsatz moderner Elektronik zu einer weiteren Verbesserung der Nachweisgrenzen.

Da das Gerät an den verschiedenen Standorten KHM, WMW, TM, Wagenburg, Schloss Ambras und Zentraldepot Himberg einsetzbar sein soll, sind hohe Anforderungen an die Mobilität gegeben. Das RFA-Gerät PART II ist mit einem stabilen Rahmen ausgerüstet, der mit lenkbaren Rädern ausgestattet ist. Das Gerät hat zwar ein beträchtliches Gewicht von ca. 100 kg, kann aber ebenerdig gerollt, und mit Liften und Hebebühnen in andere Ebenen transportiert werden.

Aufgrund der vielfältigen Sammlungen in den angegliederten Häusern und den unterschiedlichen Sammlungen im Haupthaus selber, ist die Palette der zu analysierenden Objekte sehr groß. Es ist daher auch eine große Flexibilität des Gerätes in Bezug auf die Positionierung gefragt. Hierfür konnten 3 computergesteuerte Linearverschiebetische angeschafft werden, durch die der Messkopf sehr präzise vor dem Objekt positioniert werden kann. Für die Messungen stehen drei Röntgenröhren mit unterschiedlichen Anodenmaterialien, Cr, Mo und Pd, zur Verfügung, die in Abhängigkeit vom analytischen Problem, d.h. von den zu untersuchenden Materialien, wechselweise gewählt werden können.

Dieses verbesserte Instrument konnte zur Durchführung einiger ausgewählter Studien an Objekten aus den unterschiedlichsten Materialien (Glas, Email, Pigmente, Metalllegierungen, u.v.m.) eingesetzt werden. Im Zuge des Projekts bisher durchgeführte Untersuchungen sind:

  • Analyse kleiner Glasobjekte (16. Jhdt.) aus der Sammlung von Erzherzog Ferdinand II von Tirol
  • Untersuchungen an einem Glaspokal (Venedig um 1500) und Glasschnittobjekten (Ende 16. – Mitte 17. Jhdt.) der Kunstkammer
  • Emailanalyse an einer antiken Feldflasche (2. Jhdt.) der Antikensammlung
  • Pigmentanalyse an teilweise komplex geformten Papierobjekten des TM
  • Pigmentanalyse an unterschiedlichen Gemälden der Gemäldegalerie
  • Analyse an Objekten der Antikensammlung aus Ton, Kalkstein und Marmor
  • Analyse von metallischen Überzügen, Metallteilen und Lasuren an Objekten der Kunstkammer
  • Email- und Metallanalysen an Objekten des Münzkabinetts
  • Untersuchungen an einem chinesischen Lackschirm (18. Jhdt.) des WMW und einem japanischen Lackkästchen (17. Jhdt.) der Kunstkammer
  • Messungen zur Identifizierung anorganischer Pestizide an Objekten des WMW
  • Untersuchungen zur Identifizierung von echtem Purpur in Manuskripten
  • Pigmentanalyse an einem Regalspinett (16. Jhdt.) der Sammlung alter Musikinstrumente

Publikationen

E. Putzgruber, M. Verità, K. Uhlir, B. Frühmann, M. Grießer, G. Krist, “Scientific investigation and study of the sixteenth-century glass jewelry collection of Archduke Ferdinand II”, in 2012 Vienna Congress, The Decorative: Conservation and the Applied Arts, IIC Vienna Congress 10. -14. September 2012, Studies in Conservation 57/1, S217-S226

K. Uhlir, B. Frühmann, G. Buzanich, M. Griesser, C. Streli, P. Wobrauschek, B. Grossmayer, S. Smolek, “A newly developed, portable, vacuum-chamber equipped XRF-instrument, designed for the sophisticated needs of the Kunsthistorisches Museum, Vienna”, in Proceedings XTACH 2011, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 37 (2012) 012008;

B. Woytek, “Lupa Traiana. Die traianischen Kleinbronzen mit Wölfin: Ein Beitrag zur Münzgeschichte der hohen römischen Prinzipatszeit. Mit einem metallanalytischen Anhang von K. Uhlir und M. Griesser, Naturwissenschaftliche Analysen an vier traianischen Kleinbronzen mit Wölfin”, Numismatische Zeitschrift 119 (2012), 7-30

G. Buzanich, P. Wobrauschek, C. Streli, A. Markowicz, D. Wegrzynek, E. Chinea-Cano, K. Uhlir, M. Griesser, “PART II (Portable ART Analyzer) – development of a XRF spectrometer adapted for the study of artworks in the Kunsthistorisches Museum, Vienna”, X-ray spectrometry 39/2 (2010) 98-102

Information

Projektleitung:
DI Dr. Martina GRIESSER

ProjektmitarbeiterInnen:
Dr. Katharina UHLIR, Dr. Bernadette FRÜHMANN, Dipl.-Rest. Christina Schaaf-Fundneider, in Kooperation mit dem Atominstitut der Österreichischen Universitäten und der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) – Laboratorien Seibersdorf sowie verschiedenen Sammlungen des KHM

FWF Projekt Nr. L430-N19

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