Elisa Heikkilä ja Anna-Maria Kymäläinen, Museovirasto (toim.)
Yleisimpiä kulttuuriperinnön luonnontieteellisiä tutkimusmenetelmiä
Mikroskooppitutkimus voidaan tehdä hyvin pienelle näytemäärälle. Usein näyte valetaan poikkileikkausnäytteeksi tai siitä valmistetaan ohuthie mikroskopointia varten. Usein näytteitä käsitellään kemikaaleilla (hapotetaan, uutetaan, värjätään, jne.) ennen mikroskopointia. Pienten näytemäärien vuoksi mikroskoopin alla tehdään myös erilaisia tippatestejä tiettyjen materiaalien tai ominaisuuksien tutkimiseksi.
Valo- ja stereomikroskooppi ovat yleisimmin konservointitutkimuksissa käytetyt optiset mikroskooppityypit. Näytettä tarkastellaan eri näkyvän valon aallonpituuksissa ja erilaisilla suurennoksilla ja linsseillä. Näytettä voidaan läpi- tai pintavalaista tai käyttää pimeäkenttää tai uv-valoa. Moderneissa mikroskoopeissa on hyvälaatuiset kamerat ja kuvausohjelmat tutkimustulosten kuvallista dokumentointia varten.
Polarisaatiomikroskooppia hyödynnetään tiettyjen mineraalien tunnistamisessa. Polarisaatiotutkimusta varten näytteestä valmistetaan yleensä ohuthie, ja valo ohjataan tutkimuksessa näytteen läpi.
Poikkileikkausnäytettä käytetään yleisesti väritutkimuksessa. Se on hartsiin valettu, muutaman millimetrin kokoinen pala tutkittavaa maalipintaa, johon pyritään saamaan mukaan kaikki maalikerrokset pohjasta asti. Konservaattori irrottaa näytteen valitusta tutkimuskohdasta. Tutkimuskohta on tärkeää merkitä osaksi dokumentointia. Näytteitä tarkastellaan mikroskoopissa yleensä sekä näkyvässä valossa että UV-valossa, sillä monilla pigmenteillä on tunnistettava fluoresenssi. Poikkileikkausnäytteiden mikroskooppitutkimus antaa lisätietoa esimerkiksi pigmenttipartikkelien haalistumisesta, siitä, mistä pigmenteistä maalisävy on sekoitettu tai koostuuko se ehkä useammasta ohuesta sävykerroksesta, siitä minkälaisia pohjakäsittelyjä maalattavalle pinnalle on tehty ja onko päällä ollut ehkä joku lakkakerros tai ohut orgaaninen värikerros, joka on ajan saatossa haalistunut tunnistamattomaksi. Poikkileikkausnäytteitä voidaan hyödyntää jatkotutkimuksissa.
Lähikuva rakennuspinnasta, jossa näkyvät mikroskoopilla tutkittavat maalikerrokset. Kuva: Tanja Lindfors, Osuuskunta konservointi ja restaurointi kollaasi
Mikroskooppikuva maalikerrosten poikkileikkausnäytteestä. Kuva: Anna-Maria Kymäläinen, Museovirasto
Ohuthienäyte tehdään usein laastitutkimuksen yhteydessä mikroskooppitutkimuksia varten ja niistä voidaan tutkia muun muassa laastin ainesosia, pakkasenkestävyyttä, rapautumisen olemassaoloa ja rapautumisen astetta. Laastista voidaan saada selville side- ja runkoaineet, kuidut ja lisäaineet. Näyte voidaan tehdä pienestäkin palasta ja sen lopullinen paksuus on noin 0,025 mm.
Röntgenfluoresenssianalysaattori eli XRF tunnistaa mitattavan pinnan alkuaineita röntgensäteilyn avulla. Laite tunnistaa alkuaineita magnesiumista eteenpäin, joten kevyemmät ja esimerkiksi hiiltä sisältävät orgaaniset aineet jäävät tunnistamatta. Konservointityössä käytettävin on kannettava laite, jolla voi suorittaa mittauksen suoraan tutkittavasta pinnasta. Alkuainemittausta hyödynnetään esimerkiksi osana pigmenttitutkimusta erityisesti epäorgaanisia pigmenttejä tunnistettaessa.
Infrapunaspektroskopia eli FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) antaa tietoa tutkittavan näytteen molekyyli- ja atomiryhmistä. Menetelmä soveltuu orgaanisten ja epäorgaanisten materiaalien tutkimukseen riippuen laitteen käyttämästä aallonpituusalueesta. Konservointitutkimuksissa menetelmällä tutkitaan usein sideaineita ja tunnistetaan tiettyjä pigmenttejä.
Spektrofotometri VIS (Visible Light Spectra) ja CIE l*a*b* mittaa väripinnasta heijastuvaa näkyvää valoa. Tietyillä pigmenteillä on tyypillinen näkyvän valon spektri, ja VIS-mittausta voidaan käyttää näiden pigmenttien luotettavaan tunnistamiseen. Useamman pigmentin seoksessa tai kerroksittain maalatuissa pinnoissa tulkinta vaikeutuu. Yleisesti VIS-spektrometrian yhteydessä käytetään CIELAB-värijärjestelmää, jolla voi värisävyjen lisäksi mitata myös värieroja. Tätä ominaisuutta voidaan konservointikäytössä hyödyntää esimerkiksi tutkittaessa pintapuhdistuksen vaikutusta tai jonkin tietyn pinnan värimuutoksia. Mitattavan pinnan struktuuri, likaisuus ja mahdolliset maalijäänteet ja sideaineen kellastuminen vaikuttavat mittaustulokseen.
NCS-värijärjestelmä (Natural Colour System) on Pohjoismaissa yleisimmin käytetty värijärjestelmä, jossa värien määrittely perustuu kuuteen perusväriin: valkoinen (W), musta (S), keltainen (Y), punainen (r), sininen (B) ja vihreä (G). NCS-värijärjestelmä on osin korvannut maalinvalmistajien omat värikartat. Järjestelmässä värille määritellään sävy ja vivahde. Kaksiosaisen tunnuksen ensimmäiset neljä numeroa kertovat värin vivahteen ja seuraavat neljä merkkiä sen, mistä sävyistä väri koostuu.
TEM eli transmissiomikroskopiassa pommitetaan näytettä näkyvän valon sijaan elektronisuihkulla. Menetelmää käytetään esimerkiksi mineraalien tunnistamisessa ja se tehdään ohuthienäytteelle.
SEM/EDS eli pyyhkäisyelektronimikroskooppi energiadispersiivisella röntgenanalysaattorilla. Laitteella voidaan tutkia näytettä jopa 100 000x suurennoksella. Menetelmä ei vaadi ohuthienäytteen valmistamista, sillä elektronisuihkulla pyyhitään näytteen pintaa. Röntgenanalysaattori tutkii elektronisuihkun aiheuttaman säteilyn spektriä näytteen alkuaineiden ja kiderakenteiden määrittämiseksi. SEM/EDS-yhdistelmää hyödynnetään konservointitutkimuksessa tyypillisesti pigmentti- ja materiaalitutkimuksessa. Elektronisuihku voidaan suunnata näytteessä pigmenttipartikkelin tarkkuudella.
Muita vaativampia tutkimusmenetelmiä ovat mm. ramanspektroskopia (Far-IR), röntgendiffraktio (XRD) PIXE ja TES-PIXE, PIGE, ja kromatografiset menetelmät (kaasukromatografia/TLC ja GC, ionikromatografia, nestekromatografia/ HPLC) massaspektrometria NMR. Lisäksi monet muut kemialliset analyysit ovat myös käytössä materiaalien tunnistamisessa. |
