MoM | Ramanspectroscopie

Ook de pigmenten van de muurschilderingen uit Pompeii zijn met ramanspectroscopie onderzocht, al weet ik niet of dat ook is gebeurd met deze banketscène uit het Nationaal Archeologisch Museum in Napels.

U herinnert het zich nog wel: als u op de middelbare school scheikundelessen had, maakte u met stokjes en bolletjes modellen van moleculen. Een methaanmolecuul (moerasgas) bestond dus uit een bolletje koolstof, vier stokjes en vier bolletjes waterstof. Ik weet zeker dat mijn scheikundeleraar, die in veel dingen het humoristische herkende, erop heeft gewezen dat het weliswaar een model heette maar in feite geen verkleinde maar een vergrootte weergave was. Ik dénk dat ik me herinner dat hij ons er eveneens op wees dat het slechts een manier was om voorstelbaar te maken wat een molecuul was en dat die atomen in feite heen en weer trilden. In jargon: oscillatie.

Elk molecuul trilt op een andere manier – ethanol ofwel alcohol trilt bijvoorbeeld anders dan benzeen – en dat kun je meten. Dat doe je door er een laser op te richten, waardoor de balans in zo’n molecuul verandert en straling kan vrijkomen. Het energieverschil tussen de toegevoegde energie en de uitgestraalde energie correspondeert met de trillingsenergie binnen een molecuul, die weer samenhangt met de structuur daarvan. Het spectrum van de vrijkomende straling biedt dus een aanwijzing voor de aard van het molecuul en is even uniek als een vingerafdruk. Dat is allemaal onderzocht en de resultaten zijn neergelegd in uitgebreide databases; is de meting eenmaal gedaan, dan kan een ramanspectrometer (een verrassend klein instrument overigens) contact maken met de database en het materiaal identificeren.

Oudheidkundigen gebruiken ramanspectroscopie voor allerlei doeleinden. Het meest tot de verbeelding spreekt de toepassing bij het vaststellen van oude pigmenten. Een interessant voorbeeld uit de architectuur is het Alhambra in Grenada, waar het Comarespaleis in de negentiende eeuw nogal grondig is gerestaureerd zonder dat precies was gedocumenteerd wat middeleeuws was en wat eigentijds. Door ramanspectroscopie konden onderzoekers niet alleen vaststellen welke verfstoffen oorspronkelijk waren gebruikt en welke negentiende-eeuws waren, maar ook wat het bindmiddel in de gebruikte middeleeuwse verf was. De Andalusische meesters gebruikten al olieverf.

Dit voorbeeld geeft al aan dat het met dit type onderzoek mogelijk kan zijn oud en nieuw te onderscheiden. Dat kan worden gedaan door, zoals hierboven, te kijken naar de gebruikte verfstoffen. Een andere aanpak is erop gebaseerd dat bij een verouderingsproces – denk aan verwering – nieuwe, herkenbare chemische substanties ontstaan. Op een stenen voorwerp of een munt groeit patina en een ijzeren voorwerp kan roesten. Dat kun je meten. Op deze wijze zijn bijvoorbeeld enkele ivoren voorwerpen ontmaskerd die tot dan toe hadden gegolden als antiek: het ramanspectrum week te zeer af van het spectrum van ivoor dat een eeuwenlang verouderingsproces had ondergaan.

Sprekend over ivoor: het is afkomstig van diverse zoogdieren en oudheidkundigen zouden graag willen weten van welke dieren precies. Dat blijkt lastiger dan je denkt, maar met ramanspectroscopie kon worden vastgesteld dat bijvoorbeeld het in Fenicië bewerkte ivoor in het tweede millennium v.Chr. afkomstig was van nijlpaarden (en dus was geïmporteerd uit Egypte), terwijl het in het eerste millennium ging om olifantslagtanden (afkomstig uit Tunesië). Dit is niet zomaar een betekenisloos feitje, het vertelt iets over handelsnetwerken en suggereert iets over de overbejaging van het nijlpaard in het Egyptische Nieuwe Rijk. Daarmee vertelt dit onderzoek méér dan alleen iets over de smaak van deze of gene ivoorsnijder.

Dat een ogenschijnlijk klein feitje past in een groter kader, valt ook te zeggen over een dertiende-eeuws beeld van de heilige Anna in de abdij van Santo Domingo de Silos in de Spaanse provincie Burgos. De goudkleurige zoom van de mantel van het beeld bleek niet te zijn gemaakt bladgoud maar van tinsulfide, wat lijkt op goud maar het niet is. (U kunt de oude naam “jodengoud” kennen.) Het wonderlijke is nu dat dit pigment, dat allang bekend was in China, pas een eeuw later voor het eerst vermeld staat in de Europese literatuur. Omdat er geen bewijs is dat de mantelrand ooit is gerestaureerd, vormt dit een aanwijzing dat ideeën zich ook konden verspreiden zonder dat ze op schrift stonden. De ambachtslieden langs de Zijderoute hebben een techniek aan elkaar geleerd zonder dat er geleerde schrijvers aan te pas kwamen. Daarmee kadert deze ontdekking netjes in het groeiende inzicht dat mensen en ideeën vroeger mobieler zijn geweest dan lange tijd aangenomen is geweest.

Voor ik verder ga met de mogelijkheid om met ramanspectroscopie antieke inkt te dateren, nog even enkele voordelen. Eén daarvan is dat deze methode niet veronderstelt dat het monster eerst speciaal wordt geprepareerd, zoals moet gebeuren bij bijvoorbeeld een koolstofdatering. Een ander voordeel is dat een ramanspectrometer niet heel groot is en vaak kan worden meegenomen naar de plek waar een onderzoeker iets wil analyseren. Het object hoeft dus niet naar het lab. Tot slot: de methode is nondestructief, wat weer als gevolg heeft dat het onderzoek herhaalbaar is.

[Wordt vervolgd.

Geschiedenis is geen amusement, leuk voor een vrijblijvend stukje in een tijdschrift of een item op TV. Het is een wetenschap. In de reeks “Methode op Maandag” (MoM) leg ik uit wat de oudheidkundige wetenschappen, en de historische wetenschappen in het algemeen, maakt tot wetenschappen. Een overzicht van deze en vergelijkbare stukjes is hier.]

14 gedachtes over “MoM | Ramanspectroscopie

  1. FrankB

    “Ik weet zeker …… Ik dénk …..”
    Opmerkelijk, ik zou het omdraaien. Zelfs Wikipedia erkent dat een schaalmodel ook een vergroting kan zijn. Aan de andere kant weet iedereen die een Hbo-opleiding natuur- of scheikunde heeft gedaan dat atomen trillen. Beter nog: wegens de Onzerkerheidsrelatie van Heisenberg wordt de positie van een atoom weergegeven door een waarschijnlijkheidsverdeling. Jouw docent wist dat ongetwijfeld ook.

    “Het energieverschil tussen de toegevoegde energie en de uitgestraalde energie correspondeert met de trillingsenergie binnen een molecuul, die weer samenhangt met de structuur daarvan.”
    Dat roept bij meteen de vraag op hoe aan de Eerste Wet van de Thermodynamica. Dat energieverschil moet ergens vandaan komen of ergens naartoe gaan.

    “Dit voorbeeld geeft al aan dat het met dit type onderzoek mogelijk kan zijn oud en nieuw te onderscheiden.”
    Wellicht overbodig, maar ik wil toch benadrukken dat ook ramanspectroscopie dit niet zelfstandig kan. Er is achtergrondinfo nodig; men moet van te voren al weten welke mengels en welke molecuulstructuren tot welke tijdsperiode behoren. Je voorbeeld van ivoor geeft dit al aan – ramanspectroscopie werkt omdat men al bekend is met het verouderingsproces van ivoor.
    Niet alleen geschiedkundige methoden, ook natuurwetenschappelijke methoden werken alleen dankzij hun context.

    1. Roger Van Bever

      “Ik weet zeker …… Ik dénk …..”

      Helemaal mee eens! Enkele voorbeelden: Atomium (enorm vergroot ijzerkristal), het DNA-model van Watt en Crickson), virussen, afbeeldingen van atomen.

      Onze hoogleraar biochemie (derde jaar) bracht om een ons onduidelijke reden naar ieder college een in hout uitgevoerd model mee van een methaanmolecule waar hij verder niets mee deed. Ik had de indruk dat hij de quadrivalentie van koolstof wou benadrukken, iets wat wij natuurlijk alllang wisten uit de scheikunde. Wij hadden achteraf gezien (het was 1963) het grote geluk dat wij voor het eerst structuurformules niet met symbolen voor elementen en enkele en dubbele bindingen, ringstructuren etc. maar de moderne voorstellingen (weeral vergrote schaalmodellen) van molecules met probaliteitswolkjes (van die uitgerekte ballonnetjes) van de elektronen leerden. De golfvergelijking van Schrödinger en de waarschijnlijkheidsverdeling van Heisenberg hebben we uitvoerig bestudeerd. De oude prof hield er mee op en er woei meteen een heel nieuwe wind in het scheikunde onderwijs. De nieuwe prof had een aantal jaren gedoceerd aan het M.I.T. en we moesten meteen een Amerikaans leerboek aanschaffen, waarvan ik de naam vergeten ben, maar er ging een wereld voor ons open. Voor Heisenberg was de golffunctie van Erwin Schrödinger van belang. Ik meen mij te herinneren dat de probabiliteitsverdeling van elektronen van belang was en hun energieniveau dat discontinu ingevuld werd gerelateerd aan het energie-niveau van de elektronen.

      Medicijnen duurde toen nog 7 jaar in Leuven en het eerste jaar zaten we samen met de natuurkundigen en de scheikundigen voor een aantal vakken. Het eerste jaar heette dan ook: Eerste Kandidatuur Natuurkundige en Geneeskundige Wetenschappen. We hadden maar 4 vakken, maar welke vakken! Algemene en Anorganische Scheikunde, Natuurkunde deel 1, Plantkunde (Systematiek, Morfologie, Fysiologie, Genetica), Filosofie: Logica. Als keuzevak koos ik: Geologie en kristallografie. Voor scheikunde had ik ook nog veel aan Linus Pauling’s General Chemistry. Op dat moment dacht ik: wat heeft dit nu met geneeskunde te maken? Achteraf ben ik blij dat ik zo’n brede basis heb gehad. Misschien herken je dat gevoel.

      1. FrankB

        “Ik meen mij te herinneren ….”
        U herinnert zich dat goed; ik wilde niet te technisch worden. De Onzekerheidsrelatie van H. kan ook in energie en tijd worden uitgedrukt en de waarschijnlijkheidsverdeling van electronen dus ook. De Nederlandse Wikipedia zegt het voor de verandering best goed, al is de Engelse zoals altijd met natuurkunde beter.

        “Misschien herken je dat gevoel.”
        Ja, maar om andere redenen.
        1. Ik heb nooit een natuurwetenschap gestudeerd aan een universiteit, alleen aan een HBO;
        2. Ik studeerde in de jaren 1980.

        Daar staat tegenover dat ik eerst anderhalf jaar politicologie aan de A’damse VU heb gestudeerd en daar basiscursussen methodologie, filosofie, economie, recht en nog wat dingen gehad. Bovendien kon ik aan mijn HBO nog twee vakken doen; ik deed wis- en natuurkunde. Na mijn afstuderen in 1989 sloeg verdere verschraling toe – geschiedenis van de natuurkunde ging er uit en voortaan was nog maar één vak mogelijk.
        Waar ik nooit van genezen ben is nieuwsgierigheid. Hoewel ik beslist geen Homo Universalis ben (het aantal onderwerpen dat mij niet interesseert is vele malen groter) heb ik wel een gevarieerde belangstelling. Gecombineerd met leesverslaving betekende dat ik hele openbare bibliotheken heb weggelezen, ook aan non-fictie.
        En ik ben natuurlijk ook een nerd. Men kan mij blij maken door mij de nieuwste editie van de BINAS cadeau te doen. Dat ga ik daadwerkelijk zitten lezen.

  2. jan kroeze

    Jan van Eyck werkte ook met olieverf. Ik weet alleen niet of die wijze van werken uit het zuiden kwam of dat het ongeveer gelijktijdig werd toegepast. Met olieverf kan je bijna alles, vooral het glaceren is prachtig.

    1. Die laatste zin zegt mijn vrouw ook altijd, vooral over dat glaceren. Jan Van Eyck was beslist niet de eerste die olieverf gebruikte. Deze bewering valt aan Carel van Mander toe te schrijven. Hij is wel de eerste geweest die het tot zo’n hoge perfectie heeft gebracht. Maar ook iemand als Robert Campin (de meester van Flémalle) gebruikte deze techniek al.
      Tevens is deze techniek al ca. 1100 beschreven:
      https://www.wikiwand.com/nl/Theophilus_Presbyter
      Persoonlijk denk ik wel dat de techniek is uitgevonden in onze regionen. Vasari heeft dit ook geschreven.

      1. Natuurlijk, van Mander, Cennino Cennini en natuurlijk Doerner staan hier gebroederlijk naast elkaarin de kast en daarnaast weer alles over etstechnieken etc. Al in jaren meer ingekeken! Mijn dank voor het noemen van Carel van Mander!

    2. En daar plukt u nu de vruchten van. Een onverzadigbare nieuwsgierigheid naar kennis en een besef dat aan alles getwijfeld moet/ kan worden. Dat is ook mijn devies. En naar het schijnt zou het ook de ziekte van Alzheimer vertragen, dat is ook nog lekker meegenomen.

      Niet alleen in NL, maar overal slaat de verschraling toe. Ik zie dat nu ook in de programma’s in Leuven. En de geschiedenis van de wetenschap is zo belangrijk! Goethe heeft ooit gezegd – in een vraaggesprek over zijn Farbenlehre als ik mij niet vergis – “die Geschichte der Wissenschaft ist die Wissenschaft selbst. Man kann dasjenige, was man besitzt, nicht rein erkennen, bis man das, was andere vor uns besessen (haben), zu erkennen weiß. ”

      Toevallig kocht ik onlangs ook nog de laatste editie van de BINAS. Een juweeltje!

      Wat de quantummechanica betreft, ik ontdekte pas een leuke site die u waarschijnlijk al kent, maar voor alle zekerheid nog even: http://www.quantumuniverse.nl/
      Het gaat over veel meer m.b.t. de theoretische natuurkunde en sterrekunde en voor mij is het soms niet gemakkelijk, maar ik vind de opbouw, weeral omdat de geschiedenis niet verwaarloosd wordt, buitengewoon goed. Wat tijdschriften betreft probeer ik EOS en de Scientific American bij te houden en Science et Vie (niet slecht, maar iets oppervlakkiger).

      En dan blijft natuurlijk nog de onvolprezen blog van Jona over met zijn enorme kennis die hij dag in dag uit deelt met ons.

      1. Roger Van Bever

        Sorry, deze reactie was @ FrankB. De vroege uurtjes spelen mij parten!
        Wil de webmaster dit corrigeren a.u.b. Met dank!

  3. eduard

    Misschien een domme vraag, maar zijn die kleine mensjes op de afgebeelde muurschildering nu klein om hun nederige status van personeel aan te geven, of omdat men zich van kinderen bediende?

    1. Ik meen dat het een atelier is waar stoffen vervaardigd worden of mantels van stoffen. De mensen achter de tafel zitten of liggen niet, maar ze staan. Er ligt veel doek vóór hen. Ze keuren het materiaal, het zijn misschien ‘keurmeesters’. De kleinere gestalten zijn werknemers of slaven die stoffen aandragen ter keuring of bewerking. Wat er met de man links en zijn schoen gebeurt, zover reikt mijn veronderstellingsvermogen niet. Misschien is het een goede klant die een beker wijn aangereikt krijgt. Tegenwoordig krijg je in de betere kledingzaken ook een kop koffie of sherry dus niets nieuws onder de zon.
      Komt de afbeelding misschien uit een straat met winkels of werkplaatsen?

      1. Rechts gebeurt ook iets. Wordt de (oudere?) man ondersteund? Hij lijkt wel voorover te vallen.
        Je kijkt naar zo’n afbeelding met de ogen van nu. Maar welke inhoud toen vanzelfsprekend werd opgepikt, dat is verloren gegaan. De clou gaat aan je voorbij en meer dan een interpretatie zit er vaak niet in. Je weet niet welke betekenis tijdgenoten erin hebben gezien.

  4. @ eduard en saskia: Ik moet eerlijk zeggen dat ik er volledig overheen gekeken had. De twee linker figuurjes lijken kinder(slaafjes), de kleinste doet de sandalen van zijn meester aan of uit, denk ik en het wat grotere kind reikt een drinkbeker aan dezelfde persoon. Van de groep in het rechter onderkwadrant van de muurschildering begrijp ik niets. Ik vind ook dat voor een banketscène er bitter weinig eten op de tafel staat. Verder wordt er niet aangelegen en zitten er nog twee kinderen of zeer jonge mensen aan de tafel. Het zou leuk zijn om wat meer info erover te hebben.

Reacties zijn gesloten.