Comparative Evaluation of Elemental Analysis Techniques for Archaeological Materials
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Jämförande studie av metoder för grundämnesbestämning i arkeologiskt material (Swedish)
Abstract [en]
Archaeological research aims to maximise the information gained from each archaeological object found. One way this is done is by studying the object's elemental composition and multiple methods can be used for this type of analysis. The choice of method depends on several considerations, some specific to archaeological research and some general.
This project aims to investigate the advantages and limitations, as well as compare the results from some of these methods. The methods included will be X-Ray Fluorescence Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (XRF-EDS), Scanning Electron Microscopy Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS) and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). The investigation is conducted by first doing an extensive literature study to understand the methods' theoretical limitations and then after this, all methods are tested on reference materials and real archaeological samples to test any practical limitations. XRF-EDS and SEM-EDS will be tested on a buckle, while XRF-EDS and ICP-MS will be tested on soil samples.
It was found that both XRF-EDS and SEM-EDS performs well on the ideal case with a polished reference material, however, the agreement was worse on the buckle. This was possible due to corrosion on the sample. For soil samples, neither XRF-EDS nor ICP-MS performed well on reference materials. The digestion of the sample was also found to impact the ICP-MS measurements to a great extent. It was further discovered that due to the compositional nature of the data, poor measurements of one element negatively affect the others and direct comparisons between different methods are hard. Thus, only one method should be chosen for analysis and great care should be taken when comparing results from different methods and/or laboratories.
Abstract [sv]
Arkeologisk forskning strävar efter att få ut så mycket information som möjligt från varje arkeologiskt fynd. Ett tillvägagångssätt för att uppnå detta är att undersöka grundämnessammansättningen för fyndet. Det finns flertalet olika metoder för detta och flera faktorer påverkar vilken som är bäst lämpad. Vissa av dessa faktorer gäller generellt medan andra gäller specifikt inom arkeologiforskning.
Målet med det här projektet är att undersöka fördelar, begränsningar och även jämföra resultat för några av metoderna. Metoderna som undersöks är röntgenfluorescens (XRF-EDS), svepelektronmikroskopi (SEM-EDS) och induktivt kopplad plasma masspektrometri (ICP-MS). Studien börjar med en gedigen litteraturstudie för att förstå de teoretiska begränsningarna och därefter testas alla metoderna på referensmaterial och riktiga arkeologiska fynd, för att undersöka eventuella praktiska begränsningar. XRF-EDS och SEM-EDS testas på ett arkeologiskt spänne medan XRF-EDS och ICP-MS testas på jordprover.
Studien visar att XRF-EDS och SEM-EDS fungerar väl när polerat referensmaterial undersöks. Mätningarna på spännet visar dock sämre överrensstämmelse. Detta kan vara på grund av korrosion på fyndet. Varken XRF-EDS eller ICP-MS ger bra resultat på referensjorden. Resultaten pekar på att graden av upplösning av proverna har stor inverkan på resultatet för ICP-MS. Resultaten visade att data given som procent av vad som mäts (eng. 'Compositional data'), gör att sämre mätningar av ett ämne försämrar resultatet på andra ämnen. Detta gjorde också att jämförelser av resultat från de olika metoderna blev mycket svårt. Således bör endast en metod användas i analysen och stor försiktighet ska idkas när resultat jämförs mellan olika metoder och/eller olika laboratorier.
Place, publisher, year, edition, pages
2025.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2025:459
Keywords [en]
Elemental Composition, Archaeology, X-ray Fluorescence, Scanning Electron Microscopy, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
Keywords [sv]
Grundämnesbestämning, Arkeologi, Röntgenfluorescens, Svepelektronmikroskopi, Induktivt kopplad plasma masspektrometri, Energidispersiv röntgenanalys
National Category
Physical Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-372285OAI: oai:DiVA.org:kth-372285DiVA, id: diva2:2010891
External cooperation
Arkeologiska forskningslaboratoriet, Stockholms Universitet
Subject / course
Physics
Educational program
Master of Science - Engineering Physics
Supervisors
Examiners
2025-11-032025-11-032025-11-03Bibliographically approved