Определение состава исторических стекол с использованием портативного рентгенофлуоресцентного анализатора

Исторические стекла представляют собой сложные многокомпонентные системы, которые условно можно смоделировать сведением их состава к трем или четырем важнейшим макрокомпонентам и рассматривать остальные компоненты как добавки. В статье рассмотрен анализ стекол в системе K₂O – CaO – SiO₂, часть которых наряду с калием содержит натрий, а также микродобавки (оксиды железа, сурьмы, мышьяка, марганца). Исследование данных объектов не предусматривает их вынос за пределы мест музейного хранения, что сильно ограничивает круг используемых методов для их анализа. Продемонстрирована возможность применения портативного рентгенофлуоресцентного анализатора для определения состава исторических стекол, в том числе и объектов культурного наследия, исследовать которые возможно только неразрушающими методами анализа. Рассмотрено определение состава силикатных стекол, не содержащих свинец или с низким его содержанием. Предложенная методика предусматривает использование программ по фундаментальным параметрам с последующим пересчетом содержания элементов на оксиды, что позволяет оценить содержание кислорода в образце. Содержание остальных легких элементов, которые не удается определить с использованием данного прибора (Z < 13), находят следующим образом. Из литературы известно, что исследуемые объекты не содержат литий, бор, углерод, азот и фтор. Магний в состав исторических стекол специально не вводили: он попадал в них только как примесь к известняку или поташу. Это позволяет лишь полуколичественно оценить содержание магния по определенному экспериментально содержанию калия и кальция и пересчитать его на оксид. Содержание оксида натрия в стекле мы находим по разности, вычитая из 100 % содержание всех оксидов. Хотя такая методика позволяет лишь оценить содержание натрия в стекле, она важна при ответе на вопрос, вводили ли натрий в стекло специально или он попадал в него в виде примеси в поташе.

1. Безбородов М. А. Химия и технология древних и средневековых стекол. — Минск: Наука, 1969. — 276 с.

2. Даувальтер А. Н. Хрустальные, цветные и опаловые стекла. — М.: Гизлегпром, 1957. — 235 с.

3. Галибин В. А. Состав стекла как археологический источник. — СПб.: Петербургское востоковедение, 2001. — 214 с.

4. Cílová Z., Woitsch J. Potash — a key raw material of glass batch for Bohemian glasses from 14th – 17th centuries? / J. Archaeol. Sci. 2012. Vol. 39. N 2. P. 371 – 380. DOI: 10.1016/j.jas.2011.09.023.

5. Rohanova D., Frolik J. F. Design and chemical composition of the Bohemian glass produced from 14th till 18th century / 19th AIHVAt: Piran, Slovenia, September 2012.

6. Colomban P. H. Raman spectrometry, a unique tool to analyze and classify ancient ceramics and glasses / Appl. Phys. A. 2004. Vol. 79. N 2. P. 167 – 170. DOI: 10.1007/s00339-004-2512-6.

7. Ревенко А. Г. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ природных материалов. — Новосибирск: Наука, 1994. — 264 с.

8. Ревенко А. Г. Применение стандартных образцов сравнения при рентгенофлуоресцентном анализе геологических проб / Стандартные образцы. 2013. ¹ 4. С. 3 – 10.

9. Shartsis L., Spinner S., Capps W. Density, expansivity, and viscosity of molten alkali silicates / J. Am. Ceram. Soc. 1952. Vol. 35. N 6. P. 155 – 160. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1952. tb13090.x.

10. Walsh J. N., Buckley F., Barker J. The simultaneous determination of the rare-earth elements in rocks using inductively coupled plasma source spectrometry / Chem. Geol. 1981. Vol. 33. N 1 – 4. P. 141 – 153. DOI: 10.1016/0009-2541(81)90091-7.

11. Ichikawa S., Matsumoto T., Nakamura T. X-Ray fluorescence determination using glass bead samples and synthetic calibration standards for reliable routine analyses of ancient pottery / Anal. Meth. 2016. Vol. 8. N 22. P. 4452 – 4465. DOI: 10.1039/C6AY01061J.

12. Kunicki-Goldfinger J. J., Kierzek J., Małożewska-Bućko B., Dzierżanowski P. Szkło naczyniowe z huty kryształowej pod Lubaczowem na tle szkła okresu baroku w Europie Środkowej: technologia, atrybucja, datowanie. — Warszawa: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, 2018.

13. Лосев Н. Ф., Смагунова А. Н. Основы рентгеноспектрального флуоресцентного анализа. — М.: Химия, 1982. — 208 с.

14. Афонин В. П., Гуничева Т. Н., Пискунова Л. Ф. Рентгенофлуоресцентный силикатный анализ. — Новосибирск: Наука, 1984. — 225 с.

15. Broll N. Quantitative X-Ray fluorescence analysis. Theory and practice of the fundamental coefficient method / X-Ray Spectrom. 1986. Vol. 15. N 4. P. 271 – 285. DOI: 10.1002/xrs.1300150410.

16. ГОСТ 23671–79. Известняк кусковой для стекольной промышленности. — М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1979. — 10 с.

17. Ichikawa S., Nakayama K., Nakamura T. Loose-powder technique for X-Ray fluorescence analysis of ancient pottery using a small (100 mg) powdered sample / X-Ray Spectrom. 2012. Vol. 41. N 5. P. 288 – 297. DOI: 10.1002/xrs.2394.