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Verschiedene Untersuchungstechniken werden zur Erforschung von Objekten und deren Veränderungen im Restaurierungslabor des Deutschen Museums eingesetzt.

Mikroskope

Mikroskope werden zur Untersuchung von Oberflächen, Alterungsspuren oder -produkten eingesetzt. Im Labor stehen ein Binokularmikroskop, ein Stereomikroskop und ein Digitalmikroskop zur Verfügung, die eine Betrachtung bis zu einer 200fachen Vergrößerung ermöglichen. Der Anschluss an den Computer zur digitalen Bilderfassung wird ebenfalls für die Dokumentation der Untersuchungsergebnisse genutzt. Probenvorbereitung, wie z.B. die Entnahme von Mikroproben und deren Einbettung in Kunstharze zur Querschliffanfertigung oder die Anfertigung von Streupräparaten, erweitern die Untersuchungsmöglichkeiten.

Spektrometer

Spektrometer zur Farbmessung (VIS)

Das Spektrophotometer ermöglicht eine genaue, d.h. mathematische Beschreibung von visuellen Informationen. Es vereinfacht daher das farbliche Charakterisieren eines Objektes und gestattet damit Vergleiche. Hierbei sind nicht nur Farben verschiedener Sammlungsstücke objektiv vergleichbar, sondern auch Farbveränderungen durch Schädigung farbgebender Komponenten messbar. Das Prinzip basiert auf dem Messen und Berechnen von Farbvalenzen. Das Spektrophotometer beleuchtet das Objekt über das Wellenlängenspektrum von 400 bis 700nm und misst die Remission (d.h. das Licht, das vom Objekt zurückgeworfen wird). Durch anschließende Berechnungen können die Werte in verschiedene Farbsysteme oder Räume (z.B. CIE-L*a*b*) eingegliedert werden sowie weitere Berechnungen erfolgen.

Infrarot Spektroskop

Die Fourier Transformation Infrarot Spektroskopie (FT-IR) dient der ersten Bestimmung von organischen und anorganischen Materialien (z.B. Kunststoffen, Pigmenten und Additiven) und ist oftmals die Basis für weitere chemische Analysemethoden in unserem Labor. Hierbei werden Bindungen zwischen Atomen gemessen. Ausschlaggebend sind dabei die Energien, die bei der Bestrahlung mit Infrarotlicht absorbiert und durch die Fourier Transformation in ein Spektrum verwandelt werden. Dies liefert z.B. Informationen über funktionelle Gruppen in Molekülen. Jedes Material hat ein bestimmtes Spektrum und kann daher – auch ggf. in Mischungen – identifiziert werden. Chemische Änderungen in den Stoffen beeinflussen die Bindungsenergien. Diese Technik kann daher auch Aufschluss über Alterungsphänomene geben. Im Labor ist die berührungslose und zerstörungsfreie Analyse von Objekten durch ein Reflexionsmodul möglich und zudem die Analyse von Pulverproben mittels Einfachreflexions-ATR Modul.

Pyrolyse, Gaschromatographie, Massenspektrometrie

Ein Gaschromatograph, gekoppelt zu einem Massenspektrometer und einem Pyrolysator (Py-GC-MS), wird für die genaue Analyse von organischen Materialien eingesetzt. Dazu gehören Kunststoffe, Bindemittel und organische Additive. Deren chemische Veränderungen können ebenso mit dieser Technologie erforscht werden. Hierbei sind qualitative und quantitative Angaben möglich. Jedes der drei gekoppelten Geräte übernimmt dabei eine Aufgabe: (1) Der Pyrolysator erhitzt Mikroproben auf Temperaturen bis zu 800°C. Falls gewünscht, kann dies auch in mehreren Schritten erfolgen, was bei der Analyse von kurzkettigen Molekülen in Stoffgemischen (z.B. Additiven in Kunststoffen) ggf. von Vorteil ist. Durch das Erhitzen werden lange Moleküle der Probe an charakteristischen Bindungen gespalten und für die Analyse im Gaschromatographen vorbereitet. (2) Der Gaschromatograph separiert die Moleküle bzw. Molekülfragmente. Dies geschieht abhängig von Molekülgröße und Affinität zur Säule, durch die die vorbehandelte Probe läuft. Durch das Trennen können die Bestandteile im nächsten Schritt (3) mit dem Massenspektrometer einzeln analysiert werden. Hierbei werden diese Moleküle unter Elektronenbeschuss ionisiert und anschließend durch ein elektrisches Feld beschleunigt und abgelenkt und somit je nach Masse getrennt. Ein Detektor erfasst die separierten Ionen und verstärkt deren Signal. Das Analyseergebnis dieser drei hintereinandergeschalteten Geräte ist ein Gaschromatogramm, das sowohl die verschiedenen Retentionszeiten der Moleküle zeigt, d.h. die Zeit, nach der ein Molekül die Säule verlassen hat, als auch deren Intensität, d.h. die Menge der vorhandenen Moleküle bzw. Molekülfragmente in Relation untereinander. Dadurch wird ein umfassendes Bild von der untersuchten Substanz, oftmals ein Stoffgemisch, gegeben. Bei jeder Analyse wird parallel ein Massenspektrum von jeder Substanz erstellt, was deren chemische Bestimmung ermöglicht. Diese Technologie gestattet daher eine sehr präzise Teilung und Analyse eines Stoffgemisches, wobei wenige μg-Probe ausreichend sind.

Röntgenfluoreszenzanalyse

Mit der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) werden Elemente identifiziert. Sie dient zur Erforschung von anorganischen Materialien wie Metallen, Legierungen, Pigmenten und Abbauprodukten. Das Gerät kann direkt am Objekt eingesetzt werden; eine Probenentnahme ist nicht notwendig. Die Analyse erfolgt mittels Röntgenstrahlen, die Atomkern-nahe Elektronen aus ihren Bahnen schlagen, wodurch die Elektronen aus höheren Energieniveaus (Atomschalen) zurückfallen und Energie frei geben. Dabei entsteht eine elementspezifische Fluoreszenzstrahlung, die durch einen Strahlungsdetektor gemessen wird. Neben der qualitativen Analyse ist eine semi-quantitative Analyse möglich, die stark von den verwendeten Algorithmen des Gerätes abhängig ist.

Rasterelektronenmikroskop

Die Rasterelektronenmikroskopie hilft bei der genaueren Analyse von Oberflächenstrukturen und Alterungserscheinungen wie z.B. Ausblühungen. Hierbei wird eine Oberfläche mit einem Elektronenstrahl abgetastet. Dabei entstehen Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen, die gemessen werden können. Je größer das Atom ist (d.h. je höher seine Ordnungszahl im Periodensystem) desto intensivere Signale werden grundsätzlich dabei ausgesendet. In Korrelation mit den Messpunkten, die wie ein Raster die Oberfläche Stück für Stück charakterisieren, entsteht ein detailreiches Messbild, das mithilfe des Computers in ein digitales Bild umgewandelt wird. Dieses kann interpretiert und weiter bearbeitet werden.

Referenzsammlung

Bei allen Analysen sind Referenzen ausschlaggebend für die Interpretation der Untersuchungsergebnisse. Eine Referenzsammlung, die verschiedene Materialien beinhaltet, als auch eine Referenzdatenbank mit verschiedenen Infrarotspektren, Chromatogrammen und Massenspektren sowie andere Untersuchungsergebnisse sind daher wichtiger Bestandteil im konservierungswissenschaftlichen Labor und werden ständig erweitert.

Kooperationen

Es bestehen Kooperationen mit anderen Forschungseinrichtungen, sodass andere Untersuchungstechniken bei Bedarf ebenso zur Verfügung stehen. Dazu zählen:

  • Raman-Spektroskopie
  • Rasterelektronenmikroskopie, gekoppelt mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (REM-EDS)
  • Rastertunnelmikroskopie (RTM)
  • Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS)