ИССЛЕДОВАНИЕ ЦВЕТНЫХ СТЁКОЛ XVIII ВЕКА МЕТОДАМИ РФА И РФЭС
|
Введение 4
Глава I. Литературный обзор 7
1.1. Физико-химические представления 7
1.1.1 Стекло 7
1.1.2 Смальты 8
1.2. Технология производства цветного стекла и смальт 10
1.3. Лабораторный журнал М.В. Ломоносова 17
1.4. Усть-Рудицкое производство стекла и смальт 20
1.5. Обзор используемых научных статей 24
1.5.1 Раскопки В.В. Данилевского в 1949-1952 гг 24
1.5.2 Химический анализ смальт (исследования 1950-х гг.) 26
1.5.3 Исследование смальт инструментальными методами анализа 29
1.5.4 РФЭС исследование слоев смальтовой краски 30
1.5.5 РФА характеристика на месте археологических материалов 33
1.5.6 Стекловедение в средние века на Ладоге 37
Глава II. Методы и Материалы 38
2.1. Метод фотоэлектронной спектроскопии 38
2.1.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия 38
2.1.2 Методология 39
2.1.3 Рабочая установка 41
2.2. Метод рентгенофлуоресцентной спектроскопии 42
2.2.1 Рентгенофлуоресцентный анализ 42
2.2.2 Методология 43
2.2.3 Рабочая установка 46
2.3. Описание образцов 47
Глава III. Обсуждение результатов 49
3.1. Результаты, полученные с помощью РФЭС 49
3.2. Результаты, полученные с помощью РФА 53
3.3. Кластерный анализ 56
3.3.1 Метод Уорда 56
3.3.2 Фьюззи-метод 58
3.4. Сравнение результатов, полученных методами РФА и РФЭС 59
3.5. Обсуждение полученных результатов 61
Выводы 66
Литература 67
Глава I. Литературный обзор 7
1.1. Физико-химические представления 7
1.1.1 Стекло 7
1.1.2 Смальты 8
1.2. Технология производства цветного стекла и смальт 10
1.3. Лабораторный журнал М.В. Ломоносова 17
1.4. Усть-Рудицкое производство стекла и смальт 20
1.5. Обзор используемых научных статей 24
1.5.1 Раскопки В.В. Данилевского в 1949-1952 гг 24
1.5.2 Химический анализ смальт (исследования 1950-х гг.) 26
1.5.3 Исследование смальт инструментальными методами анализа 29
1.5.4 РФЭС исследование слоев смальтовой краски 30
1.5.5 РФА характеристика на месте археологических материалов 33
1.5.6 Стекловедение в средние века на Ладоге 37
Глава II. Методы и Материалы 38
2.1. Метод фотоэлектронной спектроскопии 38
2.1.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия 38
2.1.2 Методология 39
2.1.3 Рабочая установка 41
2.2. Метод рентгенофлуоресцентной спектроскопии 42
2.2.1 Рентгенофлуоресцентный анализ 42
2.2.2 Методология 43
2.2.3 Рабочая установка 46
2.3. Описание образцов 47
Глава III. Обсуждение результатов 49
3.1. Результаты, полученные с помощью РФЭС 49
3.2. Результаты, полученные с помощью РФА 53
3.3. Кластерный анализ 56
3.3.1 Метод Уорда 56
3.3.2 Фьюззи-метод 58
3.4. Сравнение результатов, полученных методами РФА и РФЭС 59
3.5. Обсуждение полученных результатов 61
Выводы 66
Литература 67
Стекло является одним из материалов, применяемых с древнейших времен: чистое стекло в виде отлитого амулета цвета насыщенной лазури встречается приблизительно за 7000 лет до нашей эры.
Прозрачное стекло появилось значительно позднее и встречалось сравнительно редко. Стекло шло преимущественно для изготовления всевозможных украшений; трудность изготовления и обработки прозрачного стекла привела к тому, что стоимость изделий из такого стекла мало отличалась от стоимости драгоценных камней. Для изготовления пустотелых сосудов и небольших ваз стекло начало применяться позднее чем для украшений. Способ производства этих ценных предметов передавался из поколения в поколение.
Производство стеклянных изделий принято считать городским ремеслом, которое получило распространение в некоторых городах Руси. Широкое развитие стекольного производства в древней Руси опиралось на имевшиеся местные богатые запасы сырья, необходимого для изготовления стеклянных изделий различных сортов и цвета. Составные материалы в виде тонкого речного песка, поташа (из золы растений), поваренной соли и извести имелись в Древней Руси в неограниченном количестве.
Прекрасно выполненные мозаики в архитектурных памятниках XI в. (в Киеве) являются доказательством применения цветного непрозрачного стекла (в виде смальты) в качестве декоративного средства.
Первый стекольный завод в России был сооружен в 1635 г. в пустоши Духанино Дмитровского уезда недалеко от Москвы. Позднее, в 1669 г., на средства казны в селе Измайлове был выстроен другой завод. Особенно-большое развитие производство стекла получило в эпоху Петра I (начало XVIII в.), создавшего на Воробьевых горах в Москве завод-школу.
Огромная роль в развитии производства стекла в России принадлежит великому русскому ученому М. В. Ломоносову. Продолжительные теоретические и экспериментальные работы М. В. Ломоносова на специально сооруженном опытном Усть-Рудницком заводе, производившем мозаичную смальту, бисер, стеклярус, а также различные изделия из цветного стекла, наряду с горячей пропагандой М. В. Ломоносова большого значения стекла в развитии экономики и культуры страны, способствовали поднятию отечественного производства стекла на высокий уровень. М. В. Ломоносов поставил перед собой задачу огромного научного значения: «изыскать составы для стекол и дать соответствующую теорию цветов, ибо она в физике еще весьма недостаточна, а также в целях упражнения в помянутых химических трудах и для Академии художеств, чтобы в ней завести между прочими живописными искусствами и мозаичное художество, которым один Рим славился».
С именем М. В. Ломоносова связан и разработанный впервые в России метод горячей прессовки стекла. Среди дошедших до нас «мозаичных проб» Ломоносова удалось обнаружить четырехгранные бруски, изготовленные на станке великого русского ученого. Исследование этих брусков показало, что М. В. Ломоносов впервые в истории стеклоделия применил метод горячей прессовки стекла, приоритет которого до сих пор приписывался западным ученым. Суть метода заключается в использовании горячего изостатического прессования на последних стадиях получения стекла.
Широкое развитие стекольного производства в России в XVIII в. позволило значительно расширить область применения стекла и стеклянных изделий. Стекло в виде прекрасных по качеству зеркал, пилястр, люстр, торшеров, бра, жирандолей и др. нашло разнообразное и удачное применение во дворцах Петербурга и его окрестностей. Тогда же появилась мебель, изготовляемая вначале с отдельными элементами из стекла, а позднее целиком из стекла (табуретки и стол во дворце г. Пушкина). [1]
Работы М. В. Ломоносова и его ученика Матвея Васильева в области мозаики были исследованы Академией художеств. При этом с неоспоримой убедительностью была выявлена долговечность цветной стеклянной мозаики, что имело огромное значение при устройстве внутренней отделки Исаакиевского собора в Петербурге.
В 1768, после смерти великого ученого завод перестал действовать, а точных рецептур изготовления его цветных стекол и смальт не сохранилось. Проблема актуальна и сейчас, по сей день историки, стеклоделы, археологи, химики, искусствоведы предпринимают попытки воссоздать рецептуры Ломоносова. И можно сделать большой прорыв с помощью физики, изучив более точно элементный состав стекол и смальт. Подобной проблемой занимались многие исследователи, проводились химические анализы классическими методами по материалам экспедиций в Усть-Рудицу в середине XX века. Но в XXI веке возможно использование очень важных при анализе исторических объектов «неразрущающими» методами анализа, такими как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), рентгенофлуоресцентный анализ (РФА), атомно-адсорбционный, атомно-эмиссионный анализы, масс-спектрометрия и пр.
В настоящее время рецептура стекол Ломоносова не установлена, и данная работа направлена на решение данной проблемы. Целью настоящей работы является определение элементного состава инструментальными методами анализа найденных в 2014-2015 году в Усть-Рудице цветных смальт.
В связи с чем были поставлены следующие задачи:
• определение состава образцов методами РФА и РФЭС;
• математический анализ
• сравнение с исследованиями, проведенными ранее
• анализ результатов
Инструментальный анализ проводился в Ресурсном центре СПбГУ.
Прозрачное стекло появилось значительно позднее и встречалось сравнительно редко. Стекло шло преимущественно для изготовления всевозможных украшений; трудность изготовления и обработки прозрачного стекла привела к тому, что стоимость изделий из такого стекла мало отличалась от стоимости драгоценных камней. Для изготовления пустотелых сосудов и небольших ваз стекло начало применяться позднее чем для украшений. Способ производства этих ценных предметов передавался из поколения в поколение.
Производство стеклянных изделий принято считать городским ремеслом, которое получило распространение в некоторых городах Руси. Широкое развитие стекольного производства в древней Руси опиралось на имевшиеся местные богатые запасы сырья, необходимого для изготовления стеклянных изделий различных сортов и цвета. Составные материалы в виде тонкого речного песка, поташа (из золы растений), поваренной соли и извести имелись в Древней Руси в неограниченном количестве.
Прекрасно выполненные мозаики в архитектурных памятниках XI в. (в Киеве) являются доказательством применения цветного непрозрачного стекла (в виде смальты) в качестве декоративного средства.
Первый стекольный завод в России был сооружен в 1635 г. в пустоши Духанино Дмитровского уезда недалеко от Москвы. Позднее, в 1669 г., на средства казны в селе Измайлове был выстроен другой завод. Особенно-большое развитие производство стекла получило в эпоху Петра I (начало XVIII в.), создавшего на Воробьевых горах в Москве завод-школу.
Огромная роль в развитии производства стекла в России принадлежит великому русскому ученому М. В. Ломоносову. Продолжительные теоретические и экспериментальные работы М. В. Ломоносова на специально сооруженном опытном Усть-Рудницком заводе, производившем мозаичную смальту, бисер, стеклярус, а также различные изделия из цветного стекла, наряду с горячей пропагандой М. В. Ломоносова большого значения стекла в развитии экономики и культуры страны, способствовали поднятию отечественного производства стекла на высокий уровень. М. В. Ломоносов поставил перед собой задачу огромного научного значения: «изыскать составы для стекол и дать соответствующую теорию цветов, ибо она в физике еще весьма недостаточна, а также в целях упражнения в помянутых химических трудах и для Академии художеств, чтобы в ней завести между прочими живописными искусствами и мозаичное художество, которым один Рим славился».
С именем М. В. Ломоносова связан и разработанный впервые в России метод горячей прессовки стекла. Среди дошедших до нас «мозаичных проб» Ломоносова удалось обнаружить четырехгранные бруски, изготовленные на станке великого русского ученого. Исследование этих брусков показало, что М. В. Ломоносов впервые в истории стеклоделия применил метод горячей прессовки стекла, приоритет которого до сих пор приписывался западным ученым. Суть метода заключается в использовании горячего изостатического прессования на последних стадиях получения стекла.
Широкое развитие стекольного производства в России в XVIII в. позволило значительно расширить область применения стекла и стеклянных изделий. Стекло в виде прекрасных по качеству зеркал, пилястр, люстр, торшеров, бра, жирандолей и др. нашло разнообразное и удачное применение во дворцах Петербурга и его окрестностей. Тогда же появилась мебель, изготовляемая вначале с отдельными элементами из стекла, а позднее целиком из стекла (табуретки и стол во дворце г. Пушкина). [1]
Работы М. В. Ломоносова и его ученика Матвея Васильева в области мозаики были исследованы Академией художеств. При этом с неоспоримой убедительностью была выявлена долговечность цветной стеклянной мозаики, что имело огромное значение при устройстве внутренней отделки Исаакиевского собора в Петербурге.
В 1768, после смерти великого ученого завод перестал действовать, а точных рецептур изготовления его цветных стекол и смальт не сохранилось. Проблема актуальна и сейчас, по сей день историки, стеклоделы, археологи, химики, искусствоведы предпринимают попытки воссоздать рецептуры Ломоносова. И можно сделать большой прорыв с помощью физики, изучив более точно элементный состав стекол и смальт. Подобной проблемой занимались многие исследователи, проводились химические анализы классическими методами по материалам экспедиций в Усть-Рудицу в середине XX века. Но в XXI веке возможно использование очень важных при анализе исторических объектов «неразрущающими» методами анализа, такими как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), рентгенофлуоресцентный анализ (РФА), атомно-адсорбционный, атомно-эмиссионный анализы, масс-спектрометрия и пр.
В настоящее время рецептура стекол Ломоносова не установлена, и данная работа направлена на решение данной проблемы. Целью настоящей работы является определение элементного состава инструментальными методами анализа найденных в 2014-2015 году в Усть-Рудице цветных смальт.
В связи с чем были поставлены следующие задачи:
• определение состава образцов методами РФА и РФЭС;
• математический анализ
• сравнение с исследованиями, проведенными ранее
• анализ результатов
Инструментальный анализ проводился в Ресурсном центре СПбГУ.
Выводы.
1. Проведены анализы образцов Усть-Рудицкой фабрики цветного стекла современными неразрушающими инструментальными методами анализа: рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) и рентгенофлуоресцентный анализ (РФА).
2. Кластерный анализ разбил образцы на три группы по элементному составу.
3. Методом РФЭС в образцах смальт обнаружены оксиды (Co2O3, MnO, CuO, Fe2Os, T1O2), которые определяют окраску этих образцов.
4. Методом РФА обнаружены стеклообразующие элементы (K, Ca, Al, Pb), которые определяют структуру стекла на основе SiO2.
5. Сопоставление количественных данных РФЭС и РФА выявило ряд методологических проблем, на которые необходимо обратить внимание в последующих работах: выбор условий снятия спектров, отсутствие стандартных образцов, применимость к исследуемым образцам прикладных программ обработки получаемых спектров.
1. Проведены анализы образцов Усть-Рудицкой фабрики цветного стекла современными неразрушающими инструментальными методами анализа: рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) и рентгенофлуоресцентный анализ (РФА).
2. Кластерный анализ разбил образцы на три группы по элементному составу.
3. Методом РФЭС в образцах смальт обнаружены оксиды (Co2O3, MnO, CuO, Fe2Os, T1O2), которые определяют окраску этих образцов.
4. Методом РФА обнаружены стеклообразующие элементы (K, Ca, Al, Pb), которые определяют структуру стекла на основе SiO2.
5. Сопоставление количественных данных РФЭС и РФА выявило ряд методологических проблем, на которые необходимо обратить внимание в последующих работах: выбор условий снятия спектров, отсутствие стандартных образцов, применимость к исследуемым образцам прикладных программ обработки получаемых спектров.
