Calibration strategies for LA-ICPMS direct elemental analysis of ancient objects

Obiekty zabytkowe, ze względu na swoją wyjątkową wartość historyczną, a często również materialną, wymagają szczególnego podejścia do planowania i prowadzenia badań. Specyfika obiektów archeologicznych stawia rygorystyczne wymagania również w odniesieniu do stosowanych technik pomiarowych. Wymagania odnośnie metod analitycznych spełniających szczególne kryteria w odniesieniu do analizy składu pierwiastkowego obiektów zabytkowych są następujące: • Brak lub ograniczone do minimum uszkodzenia obiektu w czasie pomiaru. • Ograniczona do minimum konieczność wstępnego przygotowania próbki przed pomiarem. • Możliwość jednoczesnej i szybkiej analizy wielopierwiastkowej w szerokim przedziale stężeń, a także możliwość uzyskania informacji izotopowej. • Potencjalna możliwość pozyskiwania informacji o przestrzennym rozmieszczeniu pierwiastków na powierzchni i w warstwach pod-powierzchniowych badanego obiektu. Spektrometria mas z jonizacją próbki w plazmie indukcyjnie sprzężonej po ablacji laserowej (LA-ICPMS), jako jedna z nielicznych technik analitycznych spełnia powyższe kryteria. Unikalne możliwości analityczne sprawiają, że LA-ICPMS jest coraz częściej stosowana w analizie różnorodnych obiektów zabytkowych. Warto jednak podkreślić, że technika ta nie może być stosowana rutynowo, każdorazowo wymaga opracowania metodyki pomiarów, w zależności od właściwości badanych obiektów i celu analitycznego. Głównym celem niniejszej pracy było opracowanie specyficznych procedur analitycznych dla potrzeb szybkiej i mikro-niszczącej analizy wielopierwiastkowej obiektów zabytkowych (materiałów kostnych i stopów miedzi) metodą LA-ICPMS. W celu zachowania przejrzystość prezentowanych badań, praca została podzielona na kilka podrozdziałów, odpowiednio w zależności od rodzaju obiektów, jak i celów badań.

The studies of historical objects, because of their unique cultural and material value, require a specific approach for planning and perform of the investigations. The specificity of the archaeological samples puts strict requirements with regards to the measurement techniques used. The requirements for analytical techniques used for the analysis of the elemental composition of archaeological artifacts are as follows: • No or limited to a minimum damage to the object during the measurement. • Limited to a minimum sample preparation before measurement. • Possibility of simultaneous and rapid multielemental analysis in a wide range of concentrations and the ability to obtain isotopic information. • Potential opportunity to obtain information about the spatial distribution of elements on the surface and sub-surface layers of the object. Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICPMS) is one of the few analytical techniques meet the above criteria. Unique analytical capabilities make LA-ICPMS increasingly used in the analysis of a variety of historic objects. It should be noted however that this technique cannot be used routinely – it requires the development of analytical procedure, depending on the properties of the object and analytical purpose. The main goal of this study was to develop tailor for the purpose, specific analytical procedures for the rapid and micro-destructive multielemental analysis of historic objects (bone materials and copper alloys) by LA-ICPMS. In order to maintain transparency of the research, the work was divided into several sections, depending respectively on the type of investigated objects as well as the main aim of the work.