Raman analysis of a Maya wall painting

Abstract

Ek’ Balam is a Maya archaeological site located in Yucatán, Mexico. Due to its considerable size, the quality of its monumental architecture, and its substantial epigraphic record, archaeologists believe that it was a powerful regional polity throughout the Late and Terminal Classic period. As part of restoration projects conducted in the early 2000s, Vandenabeele et al. (2005a) employed Raman spectroscopy using a traditional benchtop spectrometer as well as an early portable Raman spectrometer to analyze thirty-three samples of a wall painting from Room 23 of the Ek’ Balam Acropolis. In the present thesis, these same samples were analyzed using two new mobile Raman spectrometers. The B&WTek i-Raman EX is a portable spectrometer that utilizes a 1064-nm excitation source and a TE-cooled InGaAs detector, while the Bruker BRAVO is a handheld spectrometer that uses a dual laser excitation source and employs a patented process known as Sequentially Shifted Excitation (SSETM) to automatically subtract fluorescence. By comparing current results to the data acquired in 2005, the performance of these two relatively new spectrometers was evaluated. The results show that the new instruments successfully captured spectra of calcite, haematite, cinnabar, Maya blue, and carbon black, all of which were reported in the original study. In addition, the new data indicates the presence of limewash putty or slaked lime, as well as the possible presence of oxalates. Although the new instruments showed some disadvantages with regard to spot size, focusing capabilities, spectral resolution, and signal-to-noise ratio when compared to benchtop instrumentation, the results indicate that the new mobile spectrometers show a great deal of promise for future cultural heritage studies, especially in cases where sampling cannot occur or can only occur sparingly; Resumo: Ek’ Balam é um sítio arqueológico Maya localizado em Yucatán, no México. Devido ao seu tamanho, a qualidade de sua arquitetura monumental e seu registro epigráfico substancial, os arqueólogos acreditam o sitio Ek' Balam como evidencia duma política regional poderosa durante todo o período clássico final e terminal. No âmbito de projetos de restauração conduzidos no início de 2000, Vandenabeele et al (2005a) utlizou espectroscopia Raman usando um modelo de bancada tradicional, bem como um espectrômetro Raman portátil antigo para analisar 33 amostras de uma pintura de parede da Sala 23 da Acrópole Ek' Balam. Na presente tese, as mesmas amostras foram analisadas usando dois espectrômetros Raman portáteis relativamente inovativos. O sistema B & WTek i-Raman é um espectrômetro portátil que utiliza uma fonte de excitação de 1064 nm e detector InGaAs, enquanto o Bruker BRAVO é um espectrômetro portátil que usa um sistema de laser duplo e emprega um processo patenteado conhecido como Sequentially Shifted Excitation (SSETM) para subtrair automaticamente a fluorescência. Ao comparar os resultados atuais com os dados mais antigos adquiridos em 2005, o desempenho desses dois espectrômetros relativamente novos foi avaliado. Os resultados mostram que os novos instrumentos capturaram com sucesso os espectros de calcita, hematita, cinábrio, azul Maya e carbono, todos relatados no estudo original. Além disso, os novos dados indicam a presença de massa de cal ou cal apagada, bem como a possível presença de oxalatos, que não puderam ser detectados em 2005. Embora os novos instrumentos apresentem algumas desvantagens em comparação com a instrumentação de bancada, incluindo o tamanho do ponto, capacidades de foco, resolução espectral e relação sinal-ruído, os resultados indicam que os novos espectrômetros portáteis mostram uma grande promessa para futuros estudos de patrimônio cultural, especialmente em casos onde a amostragem não pode ocorrer ou pode ocorrer apenas com moderação.