Teksti Kemia-lehti, kuvat Mikko Törmänen ja Otto Mankinen
NMR-tekniikat laajenevat nopeasti useille aloille. Oulun yliopiston tutkimuksessa osoitettiin, että NMR soveltuu hyvin myös arkeologiseen tutkimukseen, koska se ei vahingoita hauraita historiallisia löytöjä.
Tutkijatohtori Otto Mankinen Oulun yliopistosta on tutkinut NMR-menetelmillä harvinaisia puurakenteita Rooman valtakunnan ajalta. Näytteet ovat peräisi Rooman valtakunnan 300-luvun sataman laiturirakenteista.
Sataman jäänteet löydettiin Napolin uuden metrolinjan kaivauksissa 2004. Vuonna 2021 avatun metron linjausta siirrettiin löytöjen takia, ja nyt metro alittaa nyt arkeologiset aarteet. Sataman jäänteet kertovat osaltaan Rooman valtakunnan vaiheista.
”On harvinaista löytää muinaisia orgaanisia puurakenteita, koska ne hajoavat yleensä ajan kuluessa, elleivät ole kosteassa ympäristössä. Poikkeuksellisen löydön mahdollisti pohjavesikerros, joka on säilyttänyt laiturirakenteet vuosisatojen ajan”, Otto Mankinen kertoo.
Otto Mankinen teki tutkimuksen yhdessä italialaisen Sapienza University of Rome -yliopiston tutkijoiden kanssa. Tutkimus julkaistiin Physical Chemistry Chemical Physics -tiedelehdessä.
Puunäytteet haluttiin analysoitavaksi Oulun yliopistoon, koska sen yhtenä pitkäaikaisena tutkimusteemana on ollut puumateriaalien analytiikka.
Antiikin laiturin osaset säilytettiin vastaavissa vesioloissa, joissa ne olivat kestäneet vuosisatoja.
NMR ei vahingoita kohdetta
NMR-spektroskopia (Nuclear Magnetic Resonance) eli ydinmagneettinen resonanssispektroskopia perustuu radiotaajuiseen säteilyyn, joten se ei vahingoita tutkittavaa kohdetta. Tekniikalla saadaan erittäin tarkkaa tietoa aineen rakenteesta ja ominaisuuksista hyödyntämällä atomiytimien magneettisia ominaisuuksia.
NMR-mittauksen turvallisuus on tärkeää, kun tutkitaan arkeologisesti arvokkaita näytteitä tai esimerkiksi maalauksia restaurointia varten. Monet muut menetelmät, kuten röntgensäteily, voivat vahingoittaa näytettä.
”Valomikroskopia edellyttäisi usein myös näytteen viipalointia. Se olisi tuhoisaa, kun kyseessä ovat hauraat ja sienimäiset vedenalaiset puujäänteet”, Otto Mankinen korostaa.
Tuoreessa NMR-tutkimuksessa puunäytteet säilöttiin vastaavissa vesiolosuhteissa, joissa ne viettivät vuosisatoja.
”Jos jäänteet nostettaisiin vedestä esille, aktivoituvat hajottajat voisivat tuhota näytteet tai ne voivat rapistua”, Mankinen kertoo.
Tutkimuksessa selvitettiin, miten puu käyttäytyy ja säilyy vedessä. Samalla rekonstruoitiin hajoamisen aiheuttamat muutokset eli tehtiin kattava analyysi arkeologisten puujäännösten rakenteista ja muutoksista.
Neljän tekniikan taktiikalla
Tutkimuksessa verrattiin arkeologisia kuusen, kastanjan ja vaahteran näytteitä tuoreisiin puumateriaaleihin samoista lajeista.
Tutkimus on yksi ensimmäisistä, jossa on sovellettu yhdessä neljää eri NMR-tekniikkaa: relaksometriaa, mikrokuvausta, diffusometriaa ja kryoporometriaa.
”Menetelmää on kehitettävä vielä suuremmalla näytemäärällä havu- ja lehtipuista. Nykyisten ja vanhojen puunäytteiden erot edellyttävät huolellista tulkintaa”, Mankinen kertoo.
Vuonna 2020 NMR-tekniikoista väitellyt Otto Mankinen yllättyi jo opiskelemaan tullessaan fysiikan ja NMR-tutkimusten monipuolisuudesta.
”NMR-menetelmiä voidaan käyttää todella mielenkiintoisiin tutkimuksiin. En aiemmin osannut kuvitellakaan pääseväni mukaan arkeologiseen tutkimukseen.”
Seuraavat tutkimuksetkin ovat jo meneillään Oulussa. Nyt tutkitaan Italian Bracciano-järveltä löytyneitä jopa 7 500 vuotta vanhoja neoliittisen kauden puuesineitä.
”Tieto rakenteen säilyvyydestä on oleellista. Se auttaa löytämään uusia keinoja säilyttämään arkeologisesti arvokasta perintöä tuleville polville”, Mankinen sanoo.
Liikuteltavat NMR-laitteet tulossa
NMR-menetelmät ovat kehittyneet viime vuosina nopeammiksi ja herkemmiksi, ja trendinä on ollut myös mittalaitteiden pienentyminen. Liikuteltavat NMR-laitteet ovat myös edullisempia.
”Jatkossa parasta olisi viedä NMR-laitteita paikan päälle, koska historialliset löydöt ovat usein liian hauraita siirreltäviksi”, Mankinen sanoo.
NMR-tekniikat vaikuttavat arjessamme. Niitä hyödynnetään esimerkiksi magneettikuvausten taustalla sairaaloissa.
NMR:n käytännön sovelluksille on lupaavia tuloksia monilla aloilla, kuten ympäristön ja ilmakehän seurannassa, akkumateriaalien, ekobetonien, kaivosvesien ja katalyyttien tutkimuksessa sekä biokemiassa.
Lue lisää:
Upea cocktail tekoälyä, farmaseuttisia tieteitä ja NMR-spektroskopiaa Turussa
Measurlabs lähti kasvuun puskaradion kautta – tavoitteena olla maailman paras
