Hur kan åldern på arkeologiska föremål fastställas om den väletablerade koldateringsmetoden inte gäller, till exempel för metallföremål? Spanska och portugisiska forskare har nu introducerat en teknik för att datera artefakter gjorda av koppar och brons. Presenteras i tidskriften Angewandte Chemie, deras elektroanalytiska metod är baserad på voltammetri av mikropartiklar. Den jämför olika korrosionsprodukter som bildas under långa tidsperioder och arbetar med endast några nanogram material så det orsakar nästan inga skador.
Voltammetriska experiment producerar ström-spänningskurvor som har karakteristiska former för många föreningar. För att datera kopparinnehållande, arkeologiska fynd, ett team ledd av Antonio Doménech-Carbó vid universitetet i Valencia undersökte förhållandet mellan två olika kopparoxider, tenorit och cuprit, som kan differentieras och kvantifieras baserat på deras voltammetriska kurvor.
När de utsätts för luft, kopparytor täcks av ett naturligt lager av cuprit (Cu2O). Över tid, detta skikt omvandlas långsamt till andra korrosionsprodukter. När kopparhaltiga föremål åldras i en lätt frätande miljö, utan kontakt med jord eller havsluft, ett skikt av tenorit (CuO) bildas kontinuerligt över den primära cupritpatinan. Detta beror på att cuprit reagerar med syre från luften för att företrädesvis bilda tenorit i en atmosfär som innehåller CO2 eller i närvaro av kalkhaltiga material. Undersökning av kopparmynt genom svepelektronmikroskopi i kombination med röntgenspektroskopi bekräftade närvaron av cuprit och tenorit.
För att utföra de elektroanalytiska experimenten, forskarna impregnerar en grafitstavelektrod med paraffin och baddar ytan på artefakten med den. Några nanogram av provytan fastnar på elektroden, som sedan doppas i en vattenhaltig elektrolyt. Detta orsakar nästan inga skador på föremålet. Kopparoxidmikropartiklar resulterar i mycket karakteristiska toppar i de resulterande ström-spänningskurvorna.
Av särskilt intresse för forskarna är förhållandet mellan strömtopparna för tenorit och kurit. Den visar en stadig ökning med ökande korrosionstid, som visas med en serie antika mynt från olika samlingar, inklusive de förhistoriska museerna i València och Xàtiva (Spanien), samt den konstgjorda åldringen av eurocentmynt gjorda av koppar. Forskarna kunde använda mynten för att upprätta en kalibreringskurva som kan användas för att datera föremål med okänd ålder.
Den voltammetriska dateringen av en vattenkanna från kalifaltiden och en Montefortino-hjälm från romartiden gav åldrar på 1050±80 och 2150±150 år, respektive, som stämmer väl överens med tidpunkter som tidigare fastställts från det arkeologiska sammanhanget.
