s.e.p. s.e.s. tec.n.m. instituto tecnolÓgico de toluca
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA
“APLICACIÓN DEL ANÁLISIS POR ACTIVACIÓN NEUTRÓNICA A LA CARACTERIZACIÓN DE CERÁMICAS COLONIALES”
OPCIÓN: I TESIS PROFESIONAL
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERA QUÍMICO
PRESENTA: ERICKA GUTIÉRREZ RUBIO
No. CONTROL: 07280661
ASESOR INTERNO: DRA. GENOVEVA GARCÍA ROSALES
ASESOR EXTERNO:
DRA. MARÍA DOLORES TENORIO CASTILLEROS
METEPEC, ESTADO DE MÉXICO, MAYO DE 2018
S.E.P. S.E.S. Tec.N.M.
AGRADECIMIENTOS
La culminación del presente trabajo hubiese sido imposible sin la participación de personas e
instituciones; por ello, es para mí un verdadero placer utilizar este espacio para ser justa y
consecuente con ellos, expresándoles mi agradecimiento.
Debo agradecer de manera especial a mis padres quienes se han esforzado por ayudarme a
llegar al punto en el que me encuentro.
A la Dra. María Dolores tenorio por aceptarme para realizar esta tesis bajo su dirección, por
su apoyo y confianza en mi trabajo; su capacidad para guiar mis ideas ha sido un aporte
invaluable, no solamente en el desarrollo de ésta tesis, sino también en mi formación como
profesionista.
A la Dra. Genoveva García por todo su valioso respaldo, por su gran interés, importante aporte
y participación activa en el desarrollo de esta tesis.
A la Dra. Melania Jiménez y al arqueólogo Eladio Terreros por compartir sus conocimientos y
cada momento dedicado para aclarar cualquier tipo de duda que me surgiera, así como su
ayuda para la culminación del presente trabajo.
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ) por todos los recursos y facilidades
que se me proporcionaron para la realización de la parte experimental.
Se reconoce el apoyo técnico de Elvia Morales, así como también el del personal del Reactor
TRIGA MARK III del Centro Nuclear de México.
Finalmente al Instituto Tecnológico de Toluca, por haberme permitido ser parte de él y por
abrirme las puertas de su seno científico para poder estudiar mi carrera, pero en definitiva por
moldearme en un profesionista con una visión expectante y constructiva.
RESUMEN
Éste trabajo de Investigación, presenta un estudio de caracterización de cerámicas coloniales
mediante la aplicación del análisis por activación neutrónica. En donde se estudiaron las
denominadas botijas que son recipientes cerámicos de forma globular con boquilla que
derivaron de las ánforas utilizadas en el comercio mediterráneo como dolias y cantimploras.
Para éste propósito, se realizaron los experimentos necesarios para el estudio de fragmentos
de 50 botijas; las piezas analizadas en esta investigación provienen de un rescate arqueológico
que se llevó a cabo en el año 1991 (Terreros, 2003), dentro de lo que fue el Recinto Sagrado
de México Tenochtitlan; en el actual Centro Histórico de la Ciudad de México.
En el apartado de fundamentos se presenta el contexto arqueológico de las muestras
analizadas, destacando el trabajo de clasificación preliminar de las muestras, realizado por el
INAH (Instituto Nacional de Antropología e Historia), así como la explicación del fundamento y
las características de las técnicas químicas y nucleares utilizadas en esta investigación. La
descripción general del procedimiento que se siguió para el análisis de los fragmentos de
Botijas se presenta en el apartado dos de Método.
En el tercer apartado se presenta la discusión de los resultados del análisis cuantitativo de 15
elementos (Sc, Cr, Fe, Co, Rb, Sb, Cs, La, Ce, Eu, Yb, Lu, Hf, Th y U) obtenidos por Análisis
por Activación Neutrónica de las botijas; así como su análisis estadísticos, dónde los datos
muestran su integración en un solo grupo, los cuales fueron comparados con los reportados
en la literatura, y con los que estadísticamente se encontró suficiente similitud para inferir que
son botijas de origen Sevillano. Finalmente se incluyen las conclusiones.
ÍNDICE
Página
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 1
1 FUNDAMENTOS ................................................................................................... 3
1.1 Patrimonio cultural en México ................................................................................. 3
1.2 Estudios de material arqueológico .......................................................................... 4
1.3 Cerámicas .............................................................................................................. 4
1.4 Botijas ..................................................................................................................... 6
1.5 Sitio de recuperación de las muestras en estudio ................................................... 8
1.6 Técnicas para el análisis de materiales cerámicos................................................ 10
1.6.1 Análisis por activación neutrónica ......................................................................... 10
1.6.1.1 Radiactividad ........................................................................................................ 11
1.6.1.1.1 Tipos de radiaciones ............................................................................................. 11
1.6.1.2 Reacciones nucleares ........................................................................................... 13
1.6.1.2.1 Reacciones nucleares con neutrones ................................................................... 13
1.6.1.3 Activación con neutrones térmicos ........................................................................ 14
1.6.1.4 Actividad ............................................................................................................... 14
1.6.1.4.1 Decaimiento radiactivo .......................................................................................... 15
1.6.1.4.2 Tiempo de vida media ........................................................................................... 16
1.6.1.4.3 Ecuación general de activación............................................................................. 17
1.6.1.5 Fuente de neutrones para el Análisis por Activación Neutrónica ........................... 21
1.6.1.5.1 Reactor Nuclear Triga Mark III del ININ ................................................................ 22
1.6.1.6 Espectro gamma y su análisis .............................................................................. 23
1.6.1.6.1 Sistema de detección de rayos Gamma ................................................................ 24
1.6.1.6.2 Identificación del espectro gamma ........................................................................ 25
1.6.1.6.3 Cuantificación de la concentración elemental ....................................................... 26
1.6.1.7 Análisis multivariable ............................................................................................ 28
1.6.1.7.1 Análisis de componentes principales .................................................................... 28
1.6.2 Microanálisis por dispersión de energías de rayos X (EDAX) ............................... 29
1.6.3 Difracción de rayos-X ............................................................................................ 30
2 MÉTODO ............................................................................................................. 32
2.1 Selección y acondicionamiento de las muestras ................................................... 32
2.2 Análisis por activación neutrónica (AAN) .............................................................. 33
2.2.1 Estándares de referencia ...................................................................................... 33
2.2.2 Preparación de las muestras previo a la irradiación .............................................. 33
2.2.3 Irradiación ............................................................................................................. 34
2.2.4 Medición de la actividad ........................................................................................ 35
2.2.5 Identificación y análisis de los fotopicos ................................................................ 36
2.2.6 Cálculo de la concentración elemental .................................................................. 37
2.2.7 Análisis estadístico de los datos obtenidos con AAN ............................................ 37
2.3 Microanálisis elemental por dispersión de energía de rayos-X (EDAX) ................. 38
2.4 Difracción de rayos X ............................................................................................ 38
3 RESULTADOS .................................................................................................... 39
3.1 Selección de las muestras .................................................................................... 39
3.2 Análisis por Activación Neutrónica ........................................................................ 45
3.2.1 Cálculo de la concentración elemental .................................................................. 45
3.2.2 Análisis estadístico ............................................................................................... 50
3.2.2.1 Análisis de grupos................................................................................................. 53
3.2.2.2 Análisis de componentes principales .................................................................... 54
3.3 Difracción de Rayos-X .......................................................................................... 56
3.3.1 Análisis elemental con EDAX ................................................................................ 57
3.3.2 Análisis de los difractogramas .............................................................................. 58
4 CONCLUSIONES ................................................................................................ 63
5 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 65
6 ANEXOS ............................................................................................................. 70
RELACIÓN DE FIGURAS
1 FUNDAMENTOS Página
Figura 1.1. Ejemplo de una botija……………………………………………………………………7
Figura 1.2. Ubicación de Andalucía……………..…………………………………………………..7
Figura 1.3. Ubicación de Donceles 97………………………...…………………………………….9
Figura 1.4. Diagrama de la captura de un neutrón por un núcleo, seguido de la emisión de
Radiación gamma….……………………………………………..……..……….…….17
Figura 1.5. Reactor Nuclear Triga Mark III………………………………………………………...22
Figura 1.6. Sistema de irradiación rotatoria de cápsulas………………………………………...23
Figura 1.7. Esquema del sistema de detección gamma…………………………………………24
Figura 1.8. Esquema del fenómeno de difracción de rayos-X…………………………………..30
Figura 1.9. Esquema básico de un difractómetro de rayos-X…………………………………...31
2 MÉTODO
Figura 2.1. Bosquejo del método..…………………………………………….…………………...32
Figura 2.2. Rabbit´s en contenedores de plomo.…………………………………………………35
Figura 2.3. Sistema de detección gamma del ININ…………………………………...………….35
Figura 2.4. Centrador de acrílico utilizado para la medición de la Actividad……………….….36
Figura 2.5. Pantalla principal del programa Maestro 32 Ortec....……………………………….36
Figura 2.6. Pantalla principal del programa Hyperment-PC…………………….……………….37
Figura 2.7. Difractómetro de rayos X.……………………………………………………………...38
3 RESULTADOS
Figura 3.1. Algunos ejemplares de las botijas en estudio ………………………………………44
Figura 3.2. Diagrama de componentes principales………………………….…………………...53
Figura 3.3. Diagrama de componentes principales (PC1 29%, PC2 18%). Intervalo de
confianza de las elipses 0.9……………………………….…………………………..55
Figura 3.4. Diagrama de vectores……………………………………………………………….....56
Figura 3.5. Difractograma de rayos X……………………………………………………………...58
Figura 3.6. Estabilidad de minerales durante la cocción de una arcilla común rica en calcio
(Peters y Iberg, 1978) …………………………………………...……………………..60
RELACIÓN DE TABLAS
1 FUNDAMENTOS Página
Tabla 1.1. Datos Nucleares para la identificación de Isótopos en muestras de cerámica
Arqueológica (Lederer y Shirley, 1978)...………………………….…………………..26
3 RESULTADOS
Tabla 3.1. Descripción de la ubicación de los fragmentos de Botijas encontradas en el
predio de Donceles Nº 97, Ciudad de México……………………………….………..39
Tabla 3.2. Análisis multielemental de las muestras de pastas cerámicas de botijas
(Concentración en μg/g)....……………………………………………………….……..45
Tabla 3.3. Resultados del análisis por activación de fragmentos de 50 de botijas del Centro
Histórico de la Ciudad de México, en µg/g, excepto el hierro; promedio
± desviación estándar (porcentaje de desviación)...………………………...…..…...52
Tabla 3.4. Análisis elemental semicuantitativo (% peso)....………………………..………….…57
Tabla 3.5. Minerales cristalinas identificadas con DRX en muestras de cerámica…..….…....59
Tabla 3.6. Fases cristalinas de muestras de Sevilla (Gómez et al., 2013)……………….…….62
1
INTRODUCCIÓN
La ciencia y la tecnología nuclear aplicada a la arqueología permiten entender cómo se vivía
hace miles de años. Al estudiar el patrimonio cultural de la humanidad se realizan asombrosos
viajes en el tiempo, donde se vinculan aspectos del pasado, presente y futuro de nuestra
civilización. Las aplicaciones nucleares en torno al arte y la cultura constituyen una singular
máquina del tiempo (ININ, 2015).
Las primeras aplicaciones de las técnicas nucleares en el análisis de piezas arqueológicas,
data a partir de los años cincuenta. Así en el año de 1956 el Dr. J. Robert Oppenjimeren U.S.A.
y el Dr. Dodsom se propusieron investigar, sobre las potenciales aplicaciones de la técnica de
Análisis por Activación Neutrónica en piezas arqueológicas (ASTM, 1988).
El Análisis por Activación Neutrónica (AAN) ha sido especialmente útil en el análisis de
materiales, ya que permite determinar numerosos elementos en forma simultánea; con alta
sensibilidad, exactitud y precisión, siendo además, la preparación de la muestra relativamente
fácil y rápida. Los primeros experimentos de análisis en cerámicas mediante AAN, fueron
provenientes del Mediterráneo en las que se determinaron las relaciones de los elementos de
sodio y manganeso (Almazán y Tenorio, 2014). En México en los años noventa se inició de
una manera formal un proyecto de investigación, sobre el manejo de técnicas nucleares
aplicadas a la caracterización de muestras arqueológicas. La presente investigación se enfoca
en el estudio de las cerámicas coloniales de las botijas, también conocidas como jarras de
aceite. En la literatura arqueológica, el término fue acuñado por Holmes en 1903, dada su
amplia utilización como contenedor comercial (Goggin, 1960). Cabe mencionar, que los
estudios específicamente en botijas son relativamente nuevos en México, puesto que hasta
hace poco se realizaban sólo en el extranjero.
Debido a la importancia que representan, estas piezas encontradas en sitios arqueológicos y
con base en lo anterior, la presente investigación muestra los resultados obtenidos de la
caracterización de 50 fragmentos de botijas recuperadas en el predio de Donceles N° 97 del
Centro Histórico de la Ciudad de México mediante el Análisis por Activación Neutrónica.
2
A partir de los datos obtenidos y con la ayuda de técnicas de análisis estadístico multivariable,
se determinó la procedencia del material arqueológico. Con dicha información se contribuirá a
los arqueólogos al esclarecimiento del continuo comercio en la etapa colonial.
Adicionalmente se usó la técnica de Difracción de Rayos X (DRX) como complemento de este
estudio, a fin de obtener información del tipo de minerales que conforman la pasta de la
cerámica, datos que pueden ser importantes para el establecimiento de procedencia y para
obtener información sobre los procesos de manufactura de la cerámica.
3
1 FUNDAMENTOS
1.1 Patrimonio cultural en México
El patrimonio cultural se refiere a todas las manifestaciones culturales de un pueblo o de un
país, son bienes materiales con un significado o valor arqueológico, histórico o artístico, que
constituyen la herencia de una Nación y, en gran medida, conforman su identidad. El origen
del legado patrimonial se halla en lo dejado por sociedades del pasado, mientras que su
destino está en transmitirlo a las futuras generaciones; en base a que representa el conducto
para vincular a la gente con su historia, encarna el valor simbólico de identidades culturales y
es la clave para entender a los otros pueblos (Palma, 2013).
México es uno de los países con mayor número y diversidad en su acervo cultural. Su
patrimonio abarca múltiples materiales arqueológicos, provenientes de culturas prehispánicas,
pasando por obras creadas de la época novohispánica de los siglos XVI al XVII, y también
grandes expresiones artísticas del periodo moderno y contemporáneo correspondientes a los
siglos XX y XXI. El patrimonio cultural abarca desde piezas de obsidiana, de cerámica, hasta
ciudades monumentales, restos humanos y animales. Entre ellos la cerámica que es el
material que se encuentra en mayor abundancia en una excavación arqueológica (Ferreira et
al., 2013), no sólo puede proporcionar información sobre la subsistencia, la población, la
organización social, las fronteras culturales, las redes comerciales, las alianzas y las
cosmovisiones de las viejas civilizaciones, sino también para las tareas más básicas de
reconstrucción de los procesos de formación arqueológica y de secuencias cronológicas.
Debido al paso del tiempo, la acción de agentes naturales y otros factores, el legado
patrimonial requiere de atención, protección y cuidado constante. Para ello, México cuenta con
instituciones encargadas de su preservación, en cuyas filas se encuentran especialistas que
se dedican de forma específica a conservar y restaurar bienes culturales (Ruvalcaba, 2011).
4
1.2 Estudios de material arqueológico
El estudio de los materiales arqueológicos desde el punto de vista de su estructura,
composición química, propiedades físicas, morfología entre otros, han revelado importantes
datos en relación a las sociedades antiguas, que no podrían ser descubiertos en su totalidad
con un análisis macroscópico.
Uno de los objetivos primordiales del análisis del material arqueológico es la determinación de
su procedencia; a partir de este conocimiento, los arqueólogos pueden establecer rutas de
comercio, determinar que grupos culturales se establecieron en un sitio determinado y su
relación con otros grupos. Los arqueólogos conjuntamente con científicos recurren
frecuentemente a métodos exactos para confirmar sus hipótesis, tales como la aplicación de
técnicas químicas y nucleares, para la caracterización de materiales arqueológicos.
Prácticamente, todo tipo de objetos y materiales históricos pueden ser estudiados, desde una
cerámica, un objeto hecho en piedra, artefactos metálicos, pinturas y pigmentos, textiles y
colores orgánicos, hasta manuscritos, libros antiguos, fotografías, vidrios y restos óseos
(Ruvalcaba, 2011). En el caso de las cerámicas, diversos estudios han revelado que la
composición química puede ser homogénea en un mismo banco de arcilla y que este puede
ser significativamente diferente de aquellos cuya formación geológica es diferente. Por lo que,
la similitud entre la composición química de un artefacto arqueológico y la de la materia prima
encontrada en una fuente (yacimiento y/o banco de arcilla) puede revelar su origen. Se ha
demostrado que mediante el análisis en materiales arqueológicos de elementos traza es
posible conocer la procedencia de ese material. En este sentido la aportación de diversas
disciplinas de la ciencia del estudio de material arqueológico ha permitido grandes avances
importantes en el conocimiento y reconstrucción de las civilizaciones antiguas (Almazán y
Tenorio, 2014).
1.3 Cerámicas
La cerámica es el producto de la arcilla cocida, a la cual a veces se adicionan arena, conchas
u otros materiales, la pieza ya terminada, se somete a calentamiento en un horno para obtener
la cerámica. En muchas ocasiones a la mezcla de arcilla se añaden productos no plásticos
5
(desgrasantes), cuya función es facilitar el secado uniforme y disminuir el efecto de reducción
de tamaño en la cerámica durante el cocimiento y secado de la misma. Otros atributos
importantes en la cerámica son los engobes, pinturas y barnices que se utilizan para la
decoración y acabado (que le da un aspecto liso y vidriado).
La arcilla es un material complejo, sus características físicas más importantes son la extrema
fineza de sus partículas (menos de 0.002 mm de diámetro) y la presencia de minerales de
arcilla, tales como: kaolinita, vermiculita, ilita, montmorinolita, entre otros. Sus componentes
minerales derivan de la erosión de las rocas, especialmente de las rocas ígneas. De acuerdo
al tamaño de las partículas y las características de estos minerales proporcionan a la arcilla
las propiedades físicas y químicas que permiten modelarla. Los componentes principales son:
Al2O3, SiO2 y agua, presentes en cantidades mayores del 5%, óxidos e hidróxidos de Ca, Fe,
Mg, Mn, Ti, Na, K, presentes en cantidades de 0.1-5%, y otros elementos en concentraciones
menores al 0.1% (Orton et al.,1997).
La arcilla natural se divide en dos grandes grupos: las arcillas que derivan directamente de la
descomposición in situ del lecho de roca (primaria) y las que han sido acarreadas por ríos,
glaciares, el viento o el mar (secundaria o sedimentaria). La mayor parte de la arcilla utilizada
en la cerámica pertenece a esta última. En el caso de las arcillas primarias, estás pueden
incluir fragmentos parcialmente descompuestos o que no han estado expuestos a la intemperie
procedentes de la fuente principal de roca sólida. En el caso de las arcillas sedimentarias,
durante el proceso de acarreo se pueden incorporar una amplia gama de materiales que han
experimentado, cada uno de ellos, con un ciclo de erosión diferente. Uno de los minerales más
duraderos y más frecuentes son los granos de cuarzo (arena).
Los artefactos cerámicos usualmente constituyen el tipo de objeto más encontrado en las
excavaciones arqueológicas, debido a la facilidad de obtener la materia prima y del moldeado
cuando esta humedecida que posibilita confeccionar objetos y utensilios de diversas formas,
así como para la rigidez y la gran resistencia que presenta por el material después del secado
y quemado.
Un problema frecuente enfrentado en las excavaciones arqueológicas es el hecho que los
objetos cerámicos encontrados se presentan, la mayoría de las veces, fragmentados, con los
cuales no es posible reconstruir la pieza original (Ferreira et al., 2013).
6
La procedencia de la cerámica puede ser determinada mediante la comparación de su
composición química con la de una cerámica conocida previamente, o bien, con la de una
arcilla natural de una fuente conocida. Sin embargo, este sencillo procedimiento puede
complicarse por diversos factores; como se mencionó anteriormente, la cerámica está hecha
principalmente de arcilla, la cual de acuerdo con las técnicas usadas por los antiguos
ceramistas, estos purificaban y mezclaban con otros materiales no plásticos (cuarzo, calcita,
entre otros) para producir una pasta manejable para modelar y calentar sus vasijas. Esos
refinamientos ejecutados por la acción humana son los que determinan la composición de la
pasta (arcilla cocida).
En este sentido, la determinación de elementos traza (elementos químicos presentes en
concentraciones muy pequeñas expresadas como partes por millón, encontradas como
impurezas presentes en la tierra, minerales y pigmentos naturales), los cuales son muy
estables en los minerales de la arcilla y resistentes al tratamiento que involucra la producción
de la cerámica, son un dato importante para la caracterización de la composición de la arcilla
y para la evaluación de procedencia de las cerámicas. Estos elementos funcionan como una
huella digital de la arcilla utilizada para confeccionar determinado objeto, de modo que la
concentración de estos elementos al compararlas con datos reportados en la literatura y con
el estudio estadístico multivariable de esos datos, se pude inferir la procedencia de la cerámica
y por ende conocer los intercambio culturales y comerciales entre sociedades antiguas
(Ferreira et al., 2013).
1.4 Botijas
Del conjunto de cerámicas coloniales, las que se estudian en esta investigación son las
denominadas botijas (Figura 1.1) que se distinguen por tener paredes gruesas, marcas visibles
dejadas por el uso del torno, son de pasta rugosa de colores salmón, rojizo y gris o amarillo
con inclusiones arenosas, mica y calcita. En ocasiones, la superficie exterior de las botijas está
cubierta por una capa blanca, y pueden o no llevar un esmalte vidriado verde, amarillo o marrón
en la superficie interior y/o exterior (Goggin, 1960; Tenorio y Jiménez, 2012).
7
Figura 1.1. Ejemplo de una botija.
En 1960, Goggin señaló que aun cuando el lugar exacto de manufactura de las botijas era
desconocido, se había determinado de acuerdo con el estilo de manufactura que éstas
provenían de España, concretamente en Andalucía (Figura 1.2). Sin embargo, algunas botijas
pertenecientes a la segunda mitad del siglo XVIII y primeras décadas del siglo XIX, pudieron
haberse manufacturado en regiones geográficas distintas de Andalucía incluso, en el Nuevo
Mundo. La hipótesis de que Andalucía fue el centro productor de botijas que se exportaron al
Nuevo Mundo fue también planteada más tarde, en tanto que Sevilla poseyó el monopolio
comercial en la Carrera de Indias hasta finales del siglo XVIII. En un estudio reciente, se
identificaron botijas recuperadas en sitios coloniales de la ciudad de México, como
manufacturadas en Sevilla y también otras manufacturadas en Ciudad de México y Puebla
(México) (Goggin, 1960; Tenorio y Jiménez, 2012).
Figura 1.2. Ubicación de Andalucía.
8
Otros estudios realizados con botijas recuperadas en las Islas Salomón (Kelloway et al., 2016)
y en Campeche México (Velasquez y Salgado, 2016) se identificó la manufactura de la
cerámica de Sevilla-Triana. De la Vega et al. (2013) identificaron un par de botijas de esa
misma proveniencia, pero también algunas botijas de pasta similar al tipo Puebla (México) y
otras al tipo Ciudad de México; es decir, posiblemente además de ser importadas, las botijas
se producían en la Nueva España o en otras colonias españolas, con materiales locales.
1.5 Sitio de recuperación de las muestras en estudio
Con la intención de estudiar las causas y repercusiones de los cambios ocurridos en el centro
histórico de la ciudad de México, tanto de carácter cualitativo como cuantitativo, de la época
prehispánica a nuestros días, en mayo de 1991 se desarrolló el Programa Arqueología Urbana
(PAU). Desde entonces, se ha ocupado de realizar intervenciones arqueológicas en la
Catedral Metropolitana, el Palacio Nacional, el predio de Justo Sierra 33 y otros más
circunscritos a lo que fue el Recinto Sagrado de México Tenochtitlán. Dentro del perímetro
mencionado, como parte del Proyecto de Mejoramiento del Comercio Popular del entonces
Departamento del Distrito federal, se diseñó el proyecto arquitectónico Plaza Templo Mayor.
En su interior estaba un predio utilizado como estacionamiento y un edificio del siglo XVIII,
ubicado en Donceles 97 y Guatemala 18, respectivamente (Coordenadas: 19°26′06″N
99°07′57″O).
De acuerdo con Eduardo Matos la ubicación de Donceles número 97 se refiere al espacio que
ocupó el recinto o plaza principal de la ciudad Mexica de Tenochtitlan, la que según
investigadores como Ignacio Marquina tenía aproximadamente 500 metros por lado y
comprendía el perímetro de lo que son hoy las calles de Moneda por su lado sur; Correo Mayor
y el Carmen por el este; al norte limitaría con San Ildefonso y González Obregón, y al poniente
con Brasil y Monte de Piedad. Así, durante la presencia mexica, éste tuvo un carácter
esencialmente sagrado. Fue el asiento que albergó a los 78 edificios de los que habla Sahagún
en su Historia de las cosas de la Nueva España, es decir el espacio sagrado por excelencia
(Terreros, 2003).
9
Las botijas objeto de estudio en esta investigación provienen del rescate arqueológico que se
llevó a cabo en el año 1991, dentro del actual Centro Histórico de la Ciudad de México. La
construcción del siglo XVI en Donceles 97 se conservó hasta la segunda mitad del siglo XX,
con excesivas modificaciones a lo largo del tiempo. Las excavaciones se realizaron a una
profundidad de 5 m, donde comienza el nivel freático. Los materiales recuperados (cerámica,
vidrio, lítica, metales, orgánicos y plásticos), de acuerdo con su posición estratigráfica,
naturaleza y origen mostraron evidencias de las diversas ocupaciones. En particular, la
cerámica, muy abundante, proporcionó una secuencia desde épocas prehispánicas (siglos XV
y XVI), de contacto, novohispanas, europeas, orientales hasta modernas (siglo XX). Las piezas
motivo de este estudio fueron previamente identificadas por su morfología como parte de
botijas.
El edificio de la calle Donceles 97 (Figura 1.3), a lo largo del tiempo, tuvo diversos dueños,
españoles y criollos, e incluso congregaciones católicas (Terreros, 2003); quienes recibían
productos importados de España, necesariamente en botijas. Una vez que esos contendores
dejaron de ser necesarios para el transporte de bienes probablemente fueran aprovechados
como material de relleno para posteriores edificaciones y ninguno se conservó completo. Sin
embargo, mediante reconstrucciones minuciosas se identificó a ciertos fragmentos como parte
de antiguas botijas.
Figura 1.3. Ubicación de Donceles 97.
10
1.6 Técnicas para el análisis de materiales cerámicos
El tema del estudio de artefactos cerámicos lo han abordado diversas investigaciones,
utilizando diferentes técnicas de análisis entre las que se encuentran las nucleares que en
particular, ha resultado ser útiles para el estudio del material arqueológico. El Análisis por
Activación Neutrónica (AAN), permite determinar numerosos elementos en forma simultánea;
con alta sensibilidad, exactitud y precisión, siendo además, la preparación de la muestra
relativamente fácil y rápida.
Uno de los primeros análisis por activación neutrónica de las pastas cerámicas españolas fue
el realizado por (Ollin et al., 1978), obteniendo resultados útiles para la determinación de la
procedencia de las pastas. Iñañez et al. (2008) caracterizaron 22 tipos de cerámicas
provenientes de importantes centros productores de mayólica durante los siglos XVI al XVIII,
obteniendo resultados favorables. En lo que respecta a la cerámica española en México,
Fournier et al. (2009) identificaron un gran número de piezas de Sevilla-Triana. También
cerámica proveniente de Sevilla-Triana ha sido identificada en otras regiones, otra ocupada
por la corona española como la Inca (Jamieson y Hancock, 2004; Jamieson et al., 2013).
1.6.1 Análisis por activación neutrónica
El Análisis por Activación Neutrónica es una técnica poderosa para el análisis cualitativo y
cuantitativo de muestras de composición desconocida. Se basa en la detección de especies
radiactivas producidas en una muestra, cuando ésta se pone en contacto con neutrones
térmicos. Los neutrones térmicos son partículas que no poseen carga y tienen una energía
<0.5 electrón volts. Así cuando una muestra es bombardeada con neutrones, una gran
variedad de reacciones nucleares se llevan a cabo. Los neutrones térmicos interactúan con
los núcleos de los elementos presentes, dando lugar a reacciones nucleares (n,). La mayor
parte de los isótopos estables pueden capturar neutrones térmicos, la capacidad de que un
núcleo capture un neutrón, es lo que se denomina sección eficaz. El núcleo al capturar el
neutrón se convierte en un núcleo excitado, una de las maneras de perder esa energía, es
mediante la emisión de radiación gamma, una partícula beta o alfa y al final se produce otro
núcleo. La detección e identificación de la energía de esta radiación gamma es la forma de
identificar al elemento radiactivo (Neff, 2000).
11
1.6.1.1 Radiactividad
La radiactividad es un fenómeno físico en el cual los núcleos atómicos de los elementos
radiactivos se transforman en otro diferente del original emitiendo espontáneamente partículas
subatómicas o radiaciones electromagnéticas, dentro del proceso, los núcleos se desintegran
espontáneamente mediante transiciones entre niveles discretos hasta que alcanzan un estado
estable. Ésta emisión de partículas provoca que el elemento original se convierta en un núcleo
de otro elemento o en un isótopo que puede ser radiactivo o no; en éste caso el núcleo original
pierde masa. Cuando hay emisión de radiación electromagnética el núcleo que decae pierde
energía únicamente y no se convierte en otro elemento (Travesi, 1975; ININ, 2010).
1.6.1.1.1 Tipos de radiaciones
La radiación se puede dividir en dos grupos principales: emisión de partículas (radiación alfa
(α), radiación beta (β) y radiación con neutrones) y emisión de radiación electromagnética
(rayos gamma) (ININ,2010).
a) Emisión de partículas alfa (α): La radiación alfa (α) consiste en la emisión de partículas
constituidas por dos neutrones y dos protones formando un núcleo, por lo que estas
partículas son núcleos de átomos de Helio o iones Helio, es decir He24 con doble carga
positiva.
b) Emisión de partículas beta (β): La radiación β puede ser por emisión de β−o por β+ . El
mecanismo por el cual un núcleo radiactivo emite una partícula β−es por descomposición
de un neutrón. Éste tipo de emisiones se presenta en aquellos núclidos que tienen exceso
de neutrones comparado con el número de protones. El protón que queda dentro del
núcleo provoca que el núclido original se convierta en un núclido de otro elemento. La
emisión de partículas β+ se presenta en núclidos que tienen exceso de protones
comparado con el número de neutrones. El núcleo pierde un protón y gana un neutrón
cuando sufre éste tipo de decaimiento.
12
c) Emisión de neutrones: Existen algunos núcleos que decaen emitiendo neutrones por lo
que su número de masa disminuye en una unidad por cada neutrón emitido, pero su
número atómico no cambia, es decir, aquel núcleo que emite un neutrón se convierte en
un isotopo del mismo elemento, éste tipo de radiación se presenta en pocos casos y se
puede representar por medio de la ecuación 1:
𝑋 → 𝑌 + 𝑛01
𝑍𝐴−1
𝑍𝐴 (1)
Donde X es el símbolo del elemento radiactivo, Y es el núcleo del elemento producido, A
es el número de masa y Z el número atómico (protones).
d) Emisión de radiación electromagnética (rayos gamma (γ)): La radiación electromagnética
no posee masa en reposo pero si posee una cierta energía que es característica del núcleo
radiactivo emisor. Los rayos γ se originan en el núcleo del átomo y se conocen
generalmente como fotones. Un núcleo en un estado excitado espontáneamente
descenderá a un estado más bajo, por lo general muy rápido. Cuando un estado excitado
decae a un estado más bajo, la conservación de energía requiere que la diferencia en las
energías de los dos estados aparezca en algún lugar como un fotón de radiación
electromagnética con una energía justamente igual a la diferencia de las energías de los
dos estados. A esta clase particular de radiación electromagnética se le llama radiación
gamma (López，2006; Travesi，1975). Al igual que todas las formas de radiación
electromagnética, la frecuencia y la longitud de onda puede relacionarse con la energía
del fotón, ecuación 2.
𝐸 = ℎ𝑉 = ℎ𝑐/𝜆 (2)
Donde V y λ son la frecuencia y la longitud de onda, respectivamente, h es la constante
de Plank.
Como la radiación carece de carga y masa en reposo, el núcleo emisor y el núcleo
resultante tienen el mismo número de carga, masa y de neutrones por lo cual se dice que
son núcleos isómeros. La única diferencia entre un núcleo y otro es que el original tiene
un exceso de energía que lo hace inestable; la desintegración correspondiente se indica
con la ecuación 3.
13
𝑋 → 𝑋 + 𝛾𝑍𝐴
𝑍𝐴∗ (3)
Donde XZA∗ es el núcleo original con exceso de energía y XZ
A es el núcleo resultante; éste último
puede o no ser radiactivo (Travesi, 1975; Connolly, 1983).
1.6.1.2 Reacciones nucleares
Una reacción nuclear se define como la serie de cambios o transformaciones inducidas en los
núcleos por la interacción de partículas nucleares de todo tipo. En la mayoría de las reacciones
nucleares se tienen dos partículas o núcleos que interaccionan para formar dos núcleos
diferentes, lo anterior se representa en la ecuación 4.
Reactantes Productos
(4)
Los núcleos (núclidos), tienen un valor dado de neutrones (N) y protones (Z), con el mismo
número atómico pero diferente número de masa y son conocidos como isótopos. Aunque no
hay limitaciones teóricas sobre lo que puedan ser a, b, c y d, a menudo sucede que ambos
lados de la ecuación incluyen un núcleo más ligero o un electrón. A éstos se les llama
“partículas”, las cuales pueden ser neutrones, protones, deuterones, partículas alfa, fotones,
núcleos pesados. Si se designa a la partícula con letra minúscula, se puede escribir una
reacción nuclear de la forma expresada en la ecuación 5, (Travesi, 1975; Connolly, 1983).
𝑎 + 𝑋 → 𝑏 + 𝑌 ó 𝑋(𝑎, 𝑏)𝑌 (5)
1.6.1.2.1 Reacciones nucleares con neutrones
Para las reacciones nucleares con neutrones, éste interacciona con los núcleos formando un
núcleo compuesto, que se desintegra produciendo una reacción nuclear (este puede
desintegrarse inmediatamente o no, depende de su vida media), cuya probabilidad depende
del grado de energía cinética del neutrón incidente y de las características nucleares del
átomo.
14
Como el neutrón es una partícula sin carga, no necesita vencer las fuerzas de repulsión de los
núcleos por lo que las reacciones con neutrones tienen una alta probabilidad de ocurrir. El tipo
de reacción producida podría ser: captura de neutrones, transmutación, dispersión inelástica
o fisión.
La reacción más común en análisis por activación con neutrones térmicos es la captura de
neutrones o reacción (n,), en la cual un neutrón de baja energía (0.025 eV) es capturado por
un núcleo con la emisión de un rayo gamma.
Los núclidos formados en su mayoría son emisores mixtos, que emiten radiación β- radiación
gamma (). La captura de neutrones produce un isótopo radiactivo del mismo elemento blanco
e incrementa su peso atómico en una unidad. Sin embargo, la reacción de captura no conduce
en todos los casos a la producción de isótopos radiactivos, ya que algunos elementos
presentan una serie sucesiva de isótopos estables (Travesi, 1975; Knoll, 1979).
1.6.1.3 Activación con neutrones térmicos
Durante la irradiación de un material en el reactor nuclear, algunos de los núcleos de los
átomos de la muestra interactuarán con los neutrones térmicos y se transforman a isótopos
diferentes, algunos de los cuales son radiactivos y decaerán espontáneamente (Travesi A.,
1975). El análisis por activación está basado en la medida de la actividad inducida del
radioisótopo de interés y la identificación se realiza basándose en sus características
nucleares como son su vida media (t1/2), el tipo de radiaciones que emite y la energía de estas
radiaciones. Siendo la más importante la actividad que posee cada muestra al ser irradiada
(Firestone et al., 1996; Leclerc y Cornu, 1974; Lukens, 1964).
1.6.1.4 Actividad
La actividad es una magnitud radiológica que mide la rapidez de desintegración de los núcleos
de una muestra de material radiactivo. La actividad de la muestra está dada por la ecuación 6.
15
𝐴 = −𝑑𝑁
𝑑𝑇 (6)
La ecuación 6 es la derivada de N con respecto a t; se debe de entender como una velocidad
de desintegración donde el signo negativo indica que el número N disminuye con el transcurso
del tiempo. A la vez que disminuye el número de radionúclidos N, también la actividad decrece
proporcionalmente. Puesto que la actividad es el número de desintegración que ocurren con
respecto al tiempo, sus dimensiones son: desintegraciones/tiempo. La unidad empleada es
el Curie (Ci) que por definición es el número de desintegraciones por segundo que
experimenta una muestra de 1 gramo del isótopo 226 de Radio, que es 3.70x1010
desintegraciones por segundo (ININ, 2010).
1.6.1.4.1 Decaimiento radiactivo
La forma en que varía la actividad de una muestra con respecto al tiempo es lo que se llama
ley del decaimiento radiactivo y es una variación tipo exponencial. Lo anterior se visualiza en
la ecuación 7.
𝐴 = 𝜆𝑁 (7)
Donde es la constante de proporcionalidad llamada constante de decaimiento y
corresponde a la fracción del número de radionúclidos presentes en la muestra en cualquier
instante que se desintegra en la unidad de tiempo. Está constante de decaimiento es
característica de cada tipo de radionúclido y su valor no se ve afectado por el estado físico o
químico de la muestra; sus unidades son s-1 o sus equivalentes. Combinando las ecuaciones
6 y 7 e integrando está última ecuación se llega a la ecuación 8.
𝑁 = 𝑁0𝑒−(𝜆)(𝑡) (8)
Donde
N0 = Número inicial de radionúclidos en la muestra.
N = Número de radionúclidos en el tiempo t=0.
e = Base de los logaritmos naturales = 2.718281.
16
Si se sustituye la ecuación 8 en la 7 se obtiene la ecuación 9 que es la actividad de la muestra
𝐴 = 𝜆𝑁0𝑒−(𝜆)(𝑡) (9)
Y como también se puede decir que: 0 = 0 = actividad inicial de la muestra, entonces:
𝐴 = 𝐴0𝑒−(𝜆)(𝑡) (10)
Como resultado se tiene la ecuación 10 que se conoce como Ley de decaimiento radiactivo
(ININ, 2010).
1.6.1.4.2 Tiempo de vida media
El tiempo de vida media (T1/2) es el intervalo de tiempo que tiene que transcurrir para que la
actividad se reduzca a la mitad de su valor inicial, está característica depende del radionúclido
y es exclusiva del mismo (Iturbe, 2001).
De acuerdo con la definición de vida media, una muestra cuya actividad inicial A0, después
de transcurrido un tiempo t=T1/2 su actividad será A0/2. Sustituyendo en la ecuación de la ley
de decaimiento radiactivo (ecuación 10) se llega a la ecuación 11.
𝐴0
2= 𝐴0𝑒
−𝜆𝑇12 (11)
Simplificando se llega a la ecuación 12, con la cual se puede obtener el tiempo de vida media
de la muestra.
𝑇1/2 =𝐼𝑛2
𝜆=
0.693
𝜆 (12)
17
1.6.1.4.3 Ecuación general de activación
Cuando los neutrones colisionan con el núcleo de un elemento, pueden ocurrir diferentes
reacciones nucleares (Lamarsh, 1972). Una de esas reacciones se da cuando un núcleo
estable captura un neutrón térmico, dando lugar a reacciones nucleares (n,γ). A este proceso
se le conoce como reacción de captura neutrónica y puede ser denotada por la ecuación 13:
𝑛 + 𝑋 → 𝑋 + 𝛾𝑍𝐴+1
𝑍𝐴
01 (13)
En la Figura 1.4 se ilustra de manera esquemática la secuencia de eventos de una reacción
típica (n,γ). Cuando un neutrón colisiona con un núcleo estable ( 𝑋𝑍𝐴 ), se forma un núcleo
compuesto ( 𝑋𝑍𝐴+1 *) en un estado altamente excitado, la energía de excitación de este
compuesto se debe a la energía de enlace del neutrón con el núcleo. El tiempo de vida de este
núcleo compuesto es bastante corto por lo que rápidamente pasa a una configuración más
estable emitiendo rayos gamma inmediatos ó partículas nucleares. En la mayoría de los casos,
el nuevo núcleo es radiactivo ( 𝑋𝑍𝐴+1 ) emite también rayos gamma. El método de AAN se basa
en la medición de esos rayos gamma característicos para identificar elementos y determinar
su concentración en una muestra (IAEA, 1990).
Figura 1.4. Diagrama de la captura de un neutrón por un núcleo, seguido de la emisión de
radiación gamma.
La mayoría de los isótopos estables pueden capturar neutrones térmicos, la capacidad de que
un núcleo capture un neutrón, es lo que se denomina sección eficaz. La sección eficaz,
calculada para un núcleo esférico está dada por la expresión: σ = πb2, donde b, denominado
parámetro de impacto, es el radio del núcleo blanco.
18
Cuando un elemento mono-isotópico es bombardeado con un flujo de neutrones de una
energía determinada se produce una reacción nuclear característica, con una probabilidad que
está en función de su sección eficaz (Lamarsh, 1972; Ehmann y Vance, 1991).En el caso de
la existencia de varios isótopos del mismo elemento, cada isótopo experimenta la reacción
nuclear con su respectivo valor de sección eficaz; produciendo un radioisótopo de
características propias y bien determinadas
La ecuación se puede escribir como sigue:
𝐾 + 𝑛 → 𝐿 (14)
El número de átomos del elemento L que se forman por unidad de tiempo FL, es proporcional
al flujo de neutrones térmicos φ y al número de átomos del isótopo existente de K, que se
simboliza con N; siendo la constante de proporcionalidad la sección eficaz (σ).
Por tanto:
𝐹𝐿 = 𝜎𝛷𝑁 (15)
El isótopo L que se forma es radiactivo y se desintegra con su constante de desintegración (λ)
característica. Entonces, la velocidad de formación por unidad de tiempo de los átomos del
isótopo radiactivo L, esta descrita por la velocidad de formación menos la de desintegración:
𝑑𝑁𝑡
𝑑𝑡= 𝐹𝐿 − 𝜆𝑁𝐿 = 𝜎𝛷𝑁 − 𝜆𝑁𝐿 (16)
El desarrollo del cálculo de la ecuación se reduce a:
𝑁𝐿 =𝜎𝛷𝑁
𝜆(1 − 𝑒−𝜆𝑡) (17)
Si NL λ es la actividad del isótopo:
𝐴𝑡 = 𝜎𝛷𝑁(1 − 𝑒−𝜆𝑡) (18)
19
En donde:
At = Es la actividad producida del isótopo L, expresada en desintegraciones por
segundo (dps) en el tiempo t de irradiación.
N = Número de átomos del isótopo estable existente en la muestra.
NL = Átomos del isótopo radiactivo.
σ = Es la sección eficaz de activación para el isótopo blanco, expresada en barns.
λ = Es la constante de desintegración del isótopo radiactivo formado.
Φ = Es el flujo de neutrones térmicos por cm2 por segundo.
La expresión:
(1 − 𝑒−𝜆𝑡) (19)
es llamada factor de saturación (𝐹𝑆). Al aumentar el valor t y tender hacia infinito, el valor de la
exponencial tiende a cero y el valor del factor de saturación puede alcanzar un valor máximo
de la unidad.
Además,
𝜆 =𝑙𝑛2
𝑇1/2 (20)
Siendo T1/2 el tiempo de vida media del radionúclido producido. Sustituyendo λ en el factor de
saturación Fs (Ecuación 19).
𝐹𝑆 = 1 − 𝑒−𝑡(
𝑙𝑛2𝑇1/2
) (21)
El factor de saturación es la relación de la actividad producida en un tiempo t a la que se
produciría en un tiempo infinito de irradiación, que es la máxima que podría producirse y se
llama actividad de saturación:
𝐴𝑆 = 𝑁𝛷𝜎 (22)
El tiempo en el cual alcanza el valor de la actividad de saturación, en el que llega a un equilibrio
entre la formación y desintegración de átomos radiactivos, depende del período de vida media
20
del radioisótopo, dado que la relación entre tiempo de irradiación y el período de vida media
es la que hace que el valor de la exponencial tienda a ser despreciable.
El número de átomos N del elemento estable existente en la muestra que va a ser irradiada,
viene dado por la ecuación:
𝑁 =6.02𝑥1023𝑊𝜃
𝑀 (23)
En donde:
6.02x1023 =Número de Avogadro
W = Peso del isótopo en gramos
Θ = Abundancia isotópica del isótopo que experimenta la reacción nuclear, expresada
en tanto por uno.
M = Peso atómico del elemento.
Sustituyendo los valores de la ecuación 23 en la ecuación 18, se obtiene:
𝐴𝑡 =6.02𝑥1023𝑊𝛷𝜃𝜎(1 − 𝑒−𝜆𝑡)
𝑀 (24)
que se denomina Ecuación General de Activación y expresa la actividad absoluta producida
durante la irradiación del elemento expresado como su peso en gramos.
Esta actividad se refiere a la actividad producida inmediatamente después del fin de la
irradiación. Necesariamente entre el fin de la irradiación y el momento de la medida, pasa un
cierto tiempo t1 por lo que habría que introducir la correspondiente corrección por decaimiento,
que viene dada por la expresión 𝑒−𝜆𝑡, que es el factor de decaimiento, y al introducirlo en la
ecuación 24, da la Ecuación General de Activación corregida por decaimiento (IAEA, 1990;
William y Vance, 1991):
𝐴 =6.02𝑥1023𝑊𝛷𝜃𝜎(1 − 𝑒−𝜆𝑡)𝑒−𝜆𝑡1
𝑀 (25)
21
1.6.1.5 Fuente de neutrones para el Análisis por Activación Neutrónica
Aunque existen varios tipos de fuentes de neutrones (reactores, aceleradores, radioisótopos
emisores de neutrones) que se pueden usar para realizar el AAN, los reactores nucleares con
sus elevados flujos de neutrones a partir de la fisión del U235 ofrecen la más alta sensibilidad
disponible para los elementos a determinar, así como su facilidad para el análisis de grandes
cantidades de muestras.
En un reactor nuclear se llevan a cabo reacciones de fisión nuclear en forma controlada de
ciertos átomos pesados, llamados materiales fisionables, capaces de experimentar una
reacción del tipo (n,f). En esta reacción se producen un promedio de dos a tres neutrones por
núclido fisionado, los que a su vez producen nuevas fisiones y permiten establecer una
reacción en cadena controlada (Lamarsh, 1972). Los neutrones necesarios para iniciar esta
reacción se obtienen de una fuente de neutrones formada por Am241 y Be9. Las reacciones que
se llevan a cabo en dicha fuente y en el combustible del reactor son las siguientes:
𝐴𝑚.241 → 𝑁𝑝.
237 + 𝛼 + 𝛾
𝐵𝑒.9 + 𝛼 → 𝐶.
12 + 𝑛01
𝑛01 + 𝑈.
235 → 𝐴 + 𝐵 + 2(ó3)𝑛 + 𝛾
El alto flujo de neutrones que se producen durante la reacción en cadena puede ser utilizado
para la irradiación de muestras. La distribución de la energía de los neutrones son muy
diferentes y consisten de tres tipos principales de flujos de neutrones: térmico, epitérmico y
rápido (IAEA, 1990).
El flujo térmico consiste de neutrones de baja energía (< 0.5 eV) los cuales han sido llevados
a un equilibrio térmico por colisiones elásticas con los núcleos del medio. El flujo epitérmico se
compone de aquellos neutrones que han sido parcialmente moderados (1 MeV). Finalmente,
el flujo rápido consiste de neutrones inmediatos a la reacción de fisión, por lo que conservan
su energía original (1 a 15 MeV).En general, los neutrones térmicos son los más utilizados
para AAN debido a sus altos flujos y a que presentan una sección eficaz mayor para reacciones
(n,γ) (IAEA, 1990; Alfassi, 1994; William y Vance, 1991).
22
1.6.1.5.1 Reactor Nuclear Triga Mark III del ININ
En el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares se encuentra el Reactor Nuclear Triga
(Training, Research, Irradiation, General Atomic) Mark III (Figura 1.5), que es un reactor para
investigación científica y para producción de isótopos radioactivos. El reactor cuanta con varias
instalaciones experimentales que ofrecen una gran variedad de posibilidades de irradiación de
muestras o equipos, estas son:
Fuera del reactor: Cuarto de exposición
En la periferia del reactor: Sistema de Irradiación Neumática de Cápsulas (SINCA),
Sistema de Irradiación Rotatoria de Cápsulas (SIRCA), Sistema de Irradiación Fijo de
Cápsulas (SIFCA) y sistema de irradiación de tubo seco (T.S.)
Dentro del núcleo del reactor: Dedal central
Figura 1.5. Reactor Nuclear Triga Mark III.
Cada una de las instalaciones están diseñadas pensando en la eficacia de su utilización. Para
la irradiación de las muestras del la presente investigación se utilizó el sistema de Irradiación
Rotatoria de Cápsulas (Figura 1.6), la cual es una instalación de aluminio sellada en forma de
toroide que gira alrededor de la coraza del núcleo, con el fin de proporcionar una irradiación
uniforme a las muestras. Este sistema se utiliza para irradiar varias muestras en forma
23
simultánea para la producción de radioisótopos. La irradiación de las muestras en este sistema
rotatorio es más simétrica (ININ, 2008; ININ, 2012).
Figura 1.6. Sistema de irradiación rotatoria de cápsulas.
1.6.1.6 Espectro gamma y su análisis
Los rayos gamma interactúan con la materia de varias maneras, una de las cuales es un
proceso de absorción en el que toda la energía del fotón de rayos gamma se transfiere a un
fotoelectrón dentro de un detector. Este proceso se utiliza para su detección y medición por
varios detectores semiconductores, el más útil para análisis por activación neutrónica es el
detector de germanio de alta pureza. Típicamente, las emisiones de rayos gamma se cuentan
a través de un rango de energías de hasta aproximadamente 3.2 MeV, produciendo un
espectro gamma cuyas características están determinadas en base a la composición de la
muestra.
La espectrometría de rayos gamma consta de varias técnicas que se utilizan para extraer
información cualitativa y cuantitativa sobre las características de la muestra a partir de
espectros de rayos gamma (Neff, 2000).
24
1.6.1.6.1 Sistema de detección de rayos Gamma
El sistema de espectrometría consta de un conjunto de dispositivos especialmente diseñados
para la medida de fotones gamma en muestras con bajo nivel de actividad. El principal
elemento del sistema de medida es el detector, consistente en un cristal semiconductor de
germanio de alta pureza, sobre el que se aplica una diferencia de potencial elevada, a fin de
establecer un intenso campo eléctrico. La radiación gamma procedente de la muestra
interacciona con el detector mediante los procesos característicos de altas energías: efecto
fotoeléctrico, Compton o producción de pares. La energía E depositada por el fotón se
transforma en portadores de carga electrón-hueco, que bajo la acción del campo eléctrico
generan un pulso de corriente proporcional a dicha energía.
El detector está conectado a una cadena electrónica convencional que amplifica la señal
eléctrica, y en última instancia genera el espectro de radiación gamma (Figura 1.7). El
preamplificador y el amplificador dan forma y amplifican linealmente el pulso eléctrico. El
convertidor analógico digital (ADC) transforma la señal analógica en un dígito, denominado
canal C, proporcional al voltaje máximo del pulso, y por tanto proporcional también a la energía
E depositada por la radiación en el detector. La señal digital es procesada por una
computadora que forma parte del sistema de detección, está acoplada a una tarjeta, que
funciona como analizador de altura de pulsos (analizador multicanal de altura de pulsos) que
clasifica los pulsos de 0 a 10 volts que llegan, determina y clasifica la amplitud de cada uno de
ellos de acuerdo a su tamaño y energía, posteriormente los almacena por canales y los
muestra en una pantalla en forma de histogramas (Barrera et al., 2008).
Figura 1.7. Esquema del sistema de detección gamma.
25
Los detectores de germanio hiperpuro, Ge(HP), son los más usados, estos detectores trabajan
a temperaturas del nitrógeno líquido (77K) colocando el cristal de germanio dentro de un
criostato al vacío, térmicamente conectado a una barra de cobre que actúa como dedo frío.
La medida de la actividad de la muestra radiactiva da como resultado una distribución de
pulsos con alturas variables que indican cuantitativamente la energía y la intensidad de la
radiación emitida. Para llevar a cabo una detección con una alta eficiencia, las muestras deben
medirse a distancias muy cortas del detector. A esto se le denomina geometría del conteo
(Almazán y Tenorio, 2014).
La eficiencia llega a ser muy sensible a las variaciones de la distancia muestra-detector. Para
una muestra colocada directamente en el capuchón del detector de germanio con cambios de
1 mm o muestras con un alto porcentaje de tiempo muerto dan como resultado cambios en la
eficiencia, que puede ser del 2-10 % respectivamente. Las medidas cercanas al detector sólo
deben ser realizadas cuando la posición y las dimensiones de las muestras son reproducibles
e idénticas.
1.6.1.6.2 Identificación del espectro gamma
Dado un espectro de rayos gamma, uno de los objetivos es identificar los núclidos
responsables de los diversos picos. La interpretación del espectro gamma se relaciona con la
particularidad de que cada radionúclido tiene características nucleares propias como son: su
tiempo de vida media, los tipos de radiaciones que emite y las energías de estas radiaciones
que dan como resultado un espectro de radiación característico para cada uno de ellos, se
podría decir que son sus huellas digitales. La identificación se puede realizar consultando
tablas de energías de rayos gamma (Neff, 2000). La Tabla 1.1 muestra los datos nucleares
correspondientes a los 15 elementos de interés en esta investigación.
26
Tabla 1.1. Datos Nucleares para la identificación de Isótopos en muestras de cerámica
arqueológica (Lederer y Shirley, 1978).
Isótopo Natural
Abundancia Isotópica
(%)
Sección Eficaz (barns)
Isótopo formado
Vida Media
Energía gamma (keV)*
45Sc 100 13 46Sc 83.8 d 889, 1120 50Cr 4.31 17 51Cr 27.7 d 320 58Fe 0.31 1.1 59Fe 44.5 d 143, 192, 1095,1292 59Co 100 19 60Co 5.27 a 1173, 1332 85Rb 72.15 0.9 86Rb 18.7 d 1078 121Sb 57.25 6 122Sb 2.8 d 564, 686, 1140, 1260 133Cs 100 28 134Cs 2.06 a 605, 795 139La 99.91 8.9 140La 40.3 h 329, 487,1596 140Ce 88.48 0.6 141Ce 32.5 d 145 151Eu 47.8 2800 152m1Eu 13.3 a 122, 344, 245, 344, 779 174Yb 31.84 9 175Yb 4.19 d 114, 283, 396 176Lu 12.73 7 177Lu 6.7 d 113, 208 180Hf 35.22 10 181Hf 42.4 d 133, 346, 482
232Th(Pa) 100 7.4 233Pa 27 d 312 238U(Np) 99.276 2.73 239Np 2.36 d 106, 228, 278
* Las energías gamma identificadas en el espectro aparecen en negritas. a: año, d: día, h: hora.
1.6.1.6.3 Cuantificación de la concentración elemental
Para determinar las concentraciones elementales en una muestra desconocida, a partir de un
espectro gamma, primero se debe calcular la actividad representada por los picos
seleccionados para la cuantificación.
En la técnica de AAN, para determinar el contenido elemental de un material se puede realizar
mediante los siguientes métodos: el método absoluto, método del patrón interno y método del
comparador o estándar.
En el método absoluto, a partir de la ecuación general de activación se puede calcular el
peso del elemento de interés (W), si se conocen con precisión los parámetros nucleares
de esta ecuación, lo que representa un gran problema, por lo que el método es poco usado.
27
El método del patrón interno se utiliza muchas veces para corregir errores debidos a la
auto-absorción del flujo neutrónico en el interior de las muestras cuando éstas contienen
grandes cantidades de uno o varios elementos con altas secciones eficaces de activación
o absorción de neutrones, lo que provoca una atenuación del flujo neutrónico en el interior
de la misma y como consecuencia una activación diferente de la muestra y del comparador,
produciendo errores en el resultado de la misma.
El método del comparador o estándar, consiste en irradiar simultáneamente los
comparadores de peso conocido con las muestras de composición desconocida en
posiciones muy próximas donde reciban el mismo flujo de neutrones, medir la actividad
relativa de la muestra y del comparador, con el mismo detector y en las mismas
condiciones geométricas para determinar la concentración del elemento.
En la práctica, el método más utilizado es el método del comparador debido a su simplicidad
debido a que todos los parámetros nucleares y de la irradiación son análogos para la muestra
y el comparador, por tanto estos parámetros se eliminan de la ecuación general de activación,
para dar lugar a la siguiente expresión (William y Vance, 1991):
𝐴𝑚
𝐴𝑐=
𝑊𝑚
𝑊𝑐 (25)
Siendo Am y Ac las actividades relativas mientras que Wm y Wc el peso tanto para la muestra
desconocida (m) como al comparador respectivamente(c).
De modo que para el cálculo de la concentración en la muestra se tiene:
𝑊𝑚 = 𝑊𝑐
𝐴𝑚
𝐴𝑐 (26)
Los estándares o comparadores que utiliza éste método contienen una cantidad conocida del
elemento o elementos a determinar, generalmente en forma de óxidos o sales, existen en el
mercado estándares para el análisis de cualquier tipo de material, certificado por organismos
reconocidos (Glasgow et al.,1995).
28
1.6.1.7 Análisis multivariable
El análisis Multivariable es un conjunto de métodos estadísticos destinados a describir e
interpretar los datos que provienen de la observación de variables estadísticas, estudiadas
conjuntamente (Cuadras, 2014). Los objetivos del análisis estadístico de los datos son: 1)
identificar tipos o grupos característicos de muestras que puedan ser claramente distinguidos
de otros, 2) asignar artefactos arqueológicos de procedencia desconocida a grupos conocidos
previamente y/o decidir que una asignación a alguno de los grupos conocidos no es posible
(Neff, 2000).
Las técnicas de análisis estadístico multivariable se basan en la idea de que cada espécimen
(muestra) puede ser considerado como un punto en un espacio multidimensional (Glascock,
1992), con el número de dimensiones equivalente al número de elementos medidos. En un
hiperespacio tal, los grupos de especímenes con similar composición forman una nube de
puntos que pueden ser claramente diferenciados de otros. Existen diversas técnicas de
análisis multivariable, en este trabajo de investigación utilizamos el análisis de componentes
principales, uno de los métodos utilizados para el análisis de datos de muestras arqueológicas
(Sayre, 1975).
1.6.1.7.1 Análisis de componentes principales
El análisis de componentes principales (ACP) es una técnica muy poderosa y esencial cuando
los datos están altamente correlacionados. En ACP, la transformación del conjunto de datos,
basada en representaciones geométricas, es ejecutada para determinar la dirección y
magnitud de la varianza máxima en el conjunto de datos. El primer componente principal (CP1)
es una combinación lineal de las variables originales y explica la mayor parte de la varianza
total. El segundo componente principal (CP2) es calculado para explicar la mayor parte de la
varianza restante, es decir, la parte que no explicaba el primero, con la condición de que debe
ser perpendicular al primer componente. El tercer componente principal (CP3) cae en dirección
de la máxima varianza remanente después que la varianza atribuida al segundo CP ha sido
removida y es ortogonal a los dos primeros CPs. Este procedimiento continúa hasta que el
número de CPs es igual al número de dimensiones originales (Glascock et al., 1998; Glascock,
1992).
29
El ACP provee un medio para reducir el conjunto de datos sacrificando el mínimo de
información. Una ventaja del ACP es que este produce un nuevo conjunto de datos que se
orientan sobre los ejes que pueden ser graficados en la forma de gráficas bivariables, en las
cuales los datos pueden ser visualizados para el examen del conjunto de datos.
1.6.2 Microanálisis por dispersión de energías de rayos X (EDAX)
El microanálisis de rayos X es una potente herramienta para analizar pequeñas muestras en
orden de micras, se fundamenta en el análisis de los rayos X emitidos por la muestra como
resultado de la interacción con un haz de electrones, en base a que la radiación producida por
el salto de electrones entre orbitales tiene una propiedad fundamental; es decir la diferencia
de energía entre orbitales aumenta según lo hace el peso atómico, debido al aumento del
número de protones en el núcleo. De este modo es posible medir los fotones expulsados por
la muestra a fin de averiguar: 1) cual es el elemento que lo está produciendo por la energía de
cada fotón, análisis cualitativo, y 2) la cantidad relativa de cada elemento por el numero de
fotones emitido de cada energía, análisis cuantitativo (Martínez, 2010).
El haz de electrones que se usa en este caso proviene de un microscopio electrónico de
barrido, emitido este por un cátodo de tungsteno que pasa a través de una columna en la que
se ha hecho vacío. El haz de electrones, es desplazado sobre toda la superficie de la muestra
a modo de un pincel que va barriendo la muestra en las direcciones X e Y. Las señales
generadas están directamente relacionadas con la microestructura de la muestra y la
topografía de la misma; para el caso especifico de los rayos X, mediante un detector
proporcional se pueden identificarlos, de este fenómeno se obtiene un espectro de rayos X,
característico del material analizado y un análisis semicuantitativo, ya que la área donde
colisiona el haz de electrones es del orden de micras (Goldstein, 2003).
30
1.6.3 Difracción de rayos-X
La técnica de Difracción de Rayos-X, es una herramienta básica para la caracterización del
material arqueológico. En el análisis de la cerámica en particular, ha aportado importantes
datos con respecto a su composición mineralógica. Los rayos-X son radiaciones
electromagnéticas de la misma naturaleza que la luz, pero con longitud de onda diferente que
se produce por la desaceleración en el impacto de un haz de electrones de gran energía contra
los átomos de un obstáculo. De acuerdo con su longitud de onda, los rayos X pueden ser
clasificados en el intervalo de aproximadamente 10-5 a 100 Å, aunque para fines
experimentales en difracción de rayos-X se utiliza la longitud de onda de 0.5 a 2.5 Å.
Las sustancias, en el estado sólido, están formadas por partículas (iones, moléculas, átomos)
que ocupan posiciones fijas. Si las posiciones se repiten a intervalos regulares se dice que es
una sustancia cristalina, pero si la ordenación es irregular se dice que es una sustancia amorfa.
Cuando los Rayos-X penetran en un sólido cristalino, las partículas del cristal lo dispersan.
Cada átomo absorbe la energía de los Rayos-X y de ahí la distribuye en todas direcciones; por
lo que existe una dispersión de Rayos-X.
Los experimentos de difracción de rayos-X se pueden explicar matemáticamente por la ley de
Bragg (Acosta et al., 1975). Esta representa a los cristales construidos por familias de planos
que actúan como espejos semitransparentes donde al incidir un haz monocromático de rayos-
X, ocurre el proceso de difracción (representándose por uno de reflexión). Este proceso se
muestra en la Figura 1.8.
Figura 1.8. Esquema del fenómeno de difracción de rayos-X.
31
Los rayos-X penetran bajo la superficie del cristal y los rayos-X reflejados de la familia de
planos atómicos sucesivos, pueden estar o no en fase. El máximo de intensidad ocurre cuando
la contribución de planos sucesivos está en fase. Esta condición se expresa como:
𝑛𝜆 = 2𝑑𝑠𝑒𝑛𝜃
Ésta ecuación se conoce como Ley de Bragg, donde n es un número entero, d es la distancia
interplanar, λ es la longitud de onda de los rayos-X incidentes y θ es el ángulo entre los rayos
incidentes y los planos de dispersión.
Figura 1.9. Esquema básico de un difractómetro de rayos X.
Para la difracción de Rayos X se utiliza un difráctometro de rayos X que es el instrumento que
permite la identificación de las estructuras cristalinas, fundamentado en la difracción según
Bragg. La Figura 1.9 muestra la disposición básica de este instrumento. Éste se compone
esencialmente de un tubo de rayos X con un ánodo generalmente de Cu (λ=1.5406 Ǻ); un
porta probetas móvil con ángulo variable, 2θ; y un contador Geiger que mide la cantidad de
rayos X que son difractados por la muestra. Además tiene una computadora acoplada, que
controla el sistema y permite el análisis de resultados, debido a que cuenta con una colección
de espectros característicos de las principales fases cristalinas (JCPDS: Joint Comittee on
Powder Difraction Standards) (Bylis et al., 1986). Las muestras que se analizan con esta
técnica son polvos, que son distribuidos en forma plana sobre un portamuestra, lo que significa
que está compuesta por gran cantidad de cristales aleatoriamente orientados.
32
2 MÉTODO
En este apartado se presenta la descripción general del procedimiento que se siguió para el
análisis de los fragmentos de las Botijas (Cerámica colonial). Cabe mencionar que todo el
material analizado proviene de las exploraciones llevadas a cabo en un estacionamiento de
un edificio del siglo XVIII ubicado en Donceles 57 y Guatemala 18 de la Ciudad de México;
dichas muestras fueron proporcionadas por el INAH. En la Figura 2.1 se observan las etapas
experimentales que se desarrollaron.
Figura 2.1. Bosquejo del método.
2.1 Selección y acondicionamiento de las muestras
Se analizaron un total de 50 muestras de botijas. Previo a su estudio, las muestras fueron
fotografiadas y clasificadas de acuerdo la tipología de la muestra.
Todas las muestras de los fragmentos de las botijas se limpiaron cuidadosamente para
eliminar cualquier impureza que pudiera alterar los resultados debido a que estuvieron
enterradas. Se lavaron con agua desionizada en un baño ultrasónico por 15 min. Finalmente
todas las muestras se enjuagaron con agua destilada y se colocaron en una estufa durante 4
horas a temperatura de 60°C para retirar humedad.
33
2.2 Análisis por activación neutrónica (AAN)
El AAN comprende diferentes etapas experimentales como: la preparación de los estándares
de referencia y muestras de estudio, la irradiación, su conteo e identificación de los fotopicos
de interés. A continuación se hace una descripción detallada de cada etapa.
2.2.1 Estándares de referencia
Para realizar el AAN se utilizó el método del comparador; en el que los estándares de
referencia utilizados están certificados por el “National Institute of Standards &Tecnology”
(NIST). Se emplearon dos materiales de referencia certificados: Obsidian Rock 278 y Flint Clay
SRM 97b, ambos del NIST el primero se empleó para determinar las concentraciones en las
muestras y el segundo sirvió para determinar la concentración del cromo y para validar los
resultados correspondientes. Debido a que el proceso de irradiación se realizó en las mismas
condiciones tanto para muestras como para los estándares, fue posible calcular las
concentraciones del patrón y compararlas con las que se reportan en el certificado, lo que
permitió obtener los porcentajes de recuperación de los estándares.
2.2.2 Preparación de las muestras previo a la irradiación
Una vez secos los fragmentos de las botijas (Pasta) fueron molidas en un pulverizador
automático de ágata (FRTTSCH-Pulverisette) hasta obtener un polvo fino, con el propósito de
asegurar una irradiación homogénea en toda la muestra. Una vez pulverizadas, se sometieron
a un proceso de secado durante 24 horas a 70 ºC, para eliminar el agua de hidratación.
Las muestras se prepararon pesando 200 mg de pasta molida en contenedores cilíndricos de
polietileno (vial) de alta densidad de aproximadamente 3 mL de capacidad, y se sellaron
herméticamente con calor. Debido a que la técnica de AAN es altamente sensible y puede
detectar trazas de elementos, durante el proceso de preparación de las muestras se tomaron
las siguientes precauciones:
34
Todos los contenedores utilizados (viales y rabbits) fueron lavados previamente con Extran
al 10% y agua destilada, para retirar el polvo que pudiera habérseles adherido durante su
almacenamiento.
Se verificó visualmente que los contenedores con las muestras estuvieran perfectamente
sellados para evitar la pérdida de ésta o su contaminación con agentes externos.
Los contenedores sellados fueron limpiados con acetona para eliminar la contaminación
que se origina al manipularlos con las manos.
Este procedimiento se repitió con cada una de las 50 muestras. Por cada 3 muestras
preparadas, se pesaron 200 mg de cada uno de los estándares (Obsidian Rock 278 y Flint
Clay SRM 97b) y de igual forma se colocaron en un vial de polietileno, los cuales fueron
sellados e identificados.
Las muestras se colocaron en rabbit, de manera que el acomodo por rabbit fue: 3 viales de las
muestras en estudio (200 mg por vial) y una muestra de 200 mg de cada estándar.
2.2.3 Irradiación
Los contenedores (rabbit) se entregaron al personal responsable de las irradiaciones del
reactor nuclear TRIGA Mark, a fin de que las muestras preparas se colocaron en la posición
experimental del Sistema de Irradiación rotatorio de Cápsulas (SIRCA); con un flujo de
neutrones térmicos de 0.9 x 1013 n/cm2 y se sometieron a irradiación durante 2 horas.
Posterior a la irradiación se dejaron por un periodo de 10 días de tiempo de decaimiento, en
el cual las muestras permanecieron en la alberca del reactor con dos objetivos, el primero para
evitar una sobre exposición a las radiaciones ionizantes, y el segundo para que los
radioisótopos de vida media corta radiactiva decayeran y no interfirieran en la medición de la
actividad de cada muestra, esto debido a la actividad tan grande que se produce
principalmente por el lastre de plomo. Una vez transcurrido dicho periodo las muestras fueron
trasladadas en contenedores de plomo al laboratorio para ser contadas (Figura 2.2).
35
Figura 2.2. Rabbit en contenedores de plomo.
2.2.4 Medición de la actividad
El paso siguiente después de terminada la irradiación y con 10 ó más días de tiempo de
decaimiento, se procedió a medir la actividad de las muestras en el Laboratorio de
Radioquímica del Departamento de Química (con el equipo previamente calibrado). El sistema
de detección gamma consistió de un detector de Germanio-Hiperpuro GEM 40190, ORTEC®,
con una resolución (FWHM) en 1.33 MeV de 60Co de 1.70 keV; eficiencia relativa en 1.33 MeV
de 60Co de 43.8%. El detector esta acoplado a una computadora con una tarjeta que funciona
como analizador multicanal de altura de pulsos, mediante el programa MAESTRO® 32 Ortec
(Figura 2.3).
Figura 2.3.Sistema de detección gamma del ININ.
Previo a la medición de la actividad de las muestras, se realizó la calibración del equipo, se
sometió al conteo una muestra de referencia en la cual es inminente la presencia de Am.241 ,
Cs.137 y Co.
60 (59.54 keV, 662 keV y 1332 keV respectivamente). El procedimiento anterior se
realizó para cada lote de muestras que se enviaron a irradiar.
36
Durante la medición se tuvo especial cuidado en que la geometría del conteo fuera la misma
para los patrones y muestras, para lo cual se emplearon centradores de acrílico (Figura 2.4),
de modo que la que la muestra fue colocada en la parte central del detector a una distancia de
1 cm, medida a partir de la superficie del mismo. Una de las condiciones de la espectrometría
fue que el tiempo muerto marcado por el equipo no fuera mayor al 15% en la medición que se
llevó a cabo durante 2 horas por cada muestra y los respectivos estándares.
Figura 2.4. Centrador de acrílico utilizado para la medición de la Actividad.
2.2.5 Identificación y análisis de los fotopicos
La obtención de los espectros elementales de radiación gamma se realizó empleando el
programa Maestro 32 Ortec (Figura 2.5), la identificación de los fotopicos presentes en las
muestras se realizó con las tablas de energía existentes en la literatura. Por cada medición
realizada se obtuvo un espectro que se utilizó para identificar los fotopicos permitiendo hacer
la caracterización de cada muestra y en seguida su análisis para la determinación de la
concentración de los elementos presentes en cada una.
Figura 2.5. Pantalla principal del programa Maestro 32 Ortec.
37
2.2.6 Cálculo de la concentración elemental
La determinación de las concentraciones de los elementos presentes en cada muestra se
realizó aplicando el método del comparador o estándar. Además se utilizó el programa
Hypermet-PC, para la deconvolución de los espectros (Figura 2.6).
Figura 2.6.Pantalla principal del programa Hypermet-PC.
En la parte cuantitativa los resultados de las concentraciones de los elementos en las muestras
se obtuvieron mediante una hoja de cálculo desarrollado por Jiménez- Reyes, que se basa en
la ecuación del método del comparador. Este programa nos da el promedio de la concentración
en microgramo por gramo (μg/g) y/o porcentaje (%), y la desviación estándar de las
mediciones. En éste programa los cálculos se ejecutaron en la misma pantalla; introduciendo
todos los parámetros del análisis de la muestra y su correspondiente patrón.
2.2.7 Análisis estadístico de los datos obtenidos con AAN
El análisis multielemental de las muestras de las botijas con la técnica de AAN, arrojó una gran
cantidad de datos, los cuales fueron analizados con el análisis estadístico multivariable. En el
análisis de los datos obtenidos con AAN, se utilizó la técnica de análisis de componentes
principales, con el uso del programa para datos arqueométricos multivariables MURR, escrito
en lenguaje GAUSS (Neff, 2018), en función de la semejanza de concentración de los
elementos. Esos procedimientos permitieron identificar grupos, en este caso los cerámicos,
los cuales pueden claramente diferenciar unos de otros. Una vez realizado el análisis, los datos
fueron comparados con los reportados previamente en la literatura.
38
2.3 Microanálisis elemental por dispersión de energía de rayos-X (EDAX)
Previo al análisis de los difractogramas obtenidos por difracción de rayos X, se realizó el
análisis elemental las 9 pastas de cerámica. Con la técnica EDAX, para ello, se extrajo una
pequeña muestra del núcleo sano de la cerámica, y se depositó sobre una cinta de carbono
previamente fijada en un portamuestra de aluminio. El análisis se realizó en el microscopio
electrónico de alto vacío, PHILIPS modelo XL-30 con sonda EDAX.
2.4 Difracción de rayos X
Con la técnica de difracción de rayos-X se determinaron las fases cristalinas de las muestras
de cerámica. Para éste análisis se seleccionaron 9 muestras. El análisis se realizó con 0.5 g
de muestra pulverizada y seca, que se colocó sobre un disco de vidrio esmerilado y se
distribuyó como una capa delgada. El disco con la muestra se introdujo en la cámara de un
Difractómetro de Rayos- X BRUKER modelo D8 ADVANCE controlado por un “software”
acoplado a un microprocesador de datos, donde se le hizo incidir el haz de Rayos-X. El equipó
trabajó con un voltaje de 35 kV y una corriente de 25 mA (Figura 2.7). Las muestras se
analizaron a un ángulo de barrido 2θ de 2.5º a 70º durante 30 minutos. En seguida se obtuvo
un difractograma que se comparó con la base de datos con la que cuenta el ININ de las tarjetas
JCPDS (Joint Comitteon Powder Diffracction Standards) para la identificación de las fases
cristalográficas presentes en los materiales obtenidos.
Figura 2.7.Difractómetro de rayos X.
39
3 RESULTADOS
En este apartado se presentan los resultados de las concentraciones elementales obtenidas
con AAN y el tratamiento estadístico de los datos, que fueron utilizados para determinar la
procedencia de las piezas en estudio. Así como el análisis mineralógico obtenido mediante
DRX.
3.1 Selección de las muestras
Los fragmentos de botijas analizados en la presente investigación fueron proporcionados por
el Instituto Nacional de Antropología e Historia INAH. Dichas piezas provienen de las
exploraciones llevadas a cabo en un estacionamiento de un edificio del siglo XVIII ubicado en
Donceles 57 y Guatemala 18 de la Ciudad de México. En la tabla 3.1, se muestra la información
proporcionada por el Arqueólogo Eladio Terreros Espinoza, responsable de la excavación; en
ella se describe las muestras seleccionadas objeto de la presente investigación, así como la
ubicación donde fue encontrado cada fragmento dentro del predio.
Tabla 3.1. Descripción de la ubicación de los fragmentos de Botijas encontradas en el predio
de Donceles Nº 97, Ciudad de México.
N.D.= No determinada.
Cla
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N°
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Ubicación dentro del predio de Donceles N°97
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B1 B-429 Borde Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso exterior y marca de M
Relleno E-F 6 2.48 N.D. 13/04/1993
B2 B-164 Borde Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso
exterior
Basurero 2
I-J-K 3,4, 5 3.66 N.D. 12/04/1993
B3 B-525 Borde Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso
exterior
Relleno Colonial
F 8 2.64 3.52 29/04/1993
40
Tabla 3.1. Descripción de la ubicación de los fragmentos de Botijas encontradas en el predio
de Donceles Nº 97, Ciudad de México. Continuación.
N.D.= No determinada.
Cla
ve
N°
de C
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Fra
gm
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to
De
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rip
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n
Ubicación dentro del predio de Donceles N°97
Un
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Pro
f.
Má
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Fech
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B4 B-109 Borde Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso
exterior Relleno I-J-K 3,4,5 3.02 3.65 09/03/1993
B5 B-511 Borde Engobe blanco cremoso
exterior e interior Relleno Colonial
F 9 2.59 3.10 26/04/1993
B6 B-445 Borde Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso
exterior
Relleno Colonial
E-F 6 y 7 2.06 2.50 13/04/1993
B7 B-127 Borde Vidriado ligeramente
verde interior y engobe blanco cremoso exterior
Relleno F 12 1.87 1.96 09/03/1993
B8 B-580 Borde Engobe blanco cremoso
exterior e interior Relleno Colonial
F 1 2.93 4.12 14/05/1993
B9 B-99 Borde Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso
exterior Relleno F
15 y 16
1.24 1.70 08/03/1993
B10 B-20 Borde Engobe blanco cremoso
exterior e interior Relleno
E-F y F
12 y 13
1.66 N.D. 25/02/1993
B11 B-525 Borde Vidriado ambar interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno Colonial
F 8 2.64 3.52 29/04/1993
B12 B-444 Borde Vidriado verde obscuro interior y engobe blanco
cremoso exterior
Relleno Colonial
F 6 y 7 2.06 2.50 13/04/1993
B13 B-68 Borde Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso
exterior Relleno A y B 1 y 2 2.23 2.40 05/03/1993
B14 B-268 Borde Vidriado ambar interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno F 10 2.13 2.93 25/03/1993
B15 B-161 Borde Vidriado ligeramente
verde interior y engobe blanco cremoso exterior
Relleno I-J-K 12 y 13
3.00 N.D. 12/03/1993
B16 B-172 Borde Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso
exterior Relleno B-C
12 y 13
3.00 N.D. 13/03/1993
41
Tabla 1. Descripción de la ubicación de los fragmentos de Botijas encontradas en el predio
de Donceles Nº 97, ciudad de México. Continuación.
N.D.= No determinada.
Cla
ve
N°
de C
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Ubicación dentro del predio de Donceles N°97
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Pro
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B17 B-524 Borde Vidriado verde interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno Colonial
F 8 y 9 2.59 3.47 28/04/1993
B18 B-164 Borde Vidriado verde interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno I-J-K 3,4,5 3.66 N.D. 12/03/1993
B19 B-172 Cuerpo
Engobeblanco cremoso exterior y grisaceo cafetoso
interior
Relleno B-C 12 y 13
3.00 N.D. 13/03/1993
B20 B-173 Cuerpo
Engobe blanco cremoso exterior y engobe anaranjado
interior
Relleno I-J 9 y 10 3.70 N.D. 14/03/1993
B21 B-461 Cuerpo
Engobe café amarillento exterior y
anaranjado en el interior
Relleno Colonial
F 8 2.00 2.58 14/04/1993
B22 B-134 Cuerpo y fondo
Engobe blanco cremoso exterior y anaranjado interior
Relleno J 6 y 7 3.00 3.60 10/03/1993
B23 B-198 Cuerpo Engobe blanco
cremoso exterior y anaranjado interior
Basurero 4
A y B 12 y 13
2.80 N.D. 16/03/1993
B24 B-117 Cuerpo Engobe blanco
cremoso exterior y anaranjado interior
Basurero 2
I-J-K 9,10,1
1 3.04 3.68 09/03/1993
B25 B-100 Cuerpo
Engobe blanco cremoso exterior y
anaranjado interior y restos de cal
Relleno F 15 y 16
1.24 1.70 08/03/1993
B26 B-211 Cuerpo
Engobeblanco cremoso exterior y
anaranjadocafetoso interior
Relleno J y K 6 3.00 3.62 18/03/1993
B27 B-53 Fondo Vidriado interior engobe blanco
cremoso exterior
Cepa 12 Este
J y K 3 y 4 2.63 2.95 04/03/1993
42
Tabla 3.1. Descripción de la ubicación de los fragmentos de Botijas encontradas en el predio
de Donceles Nº 97, ciudad de México. Continuación.
N.D.= No determinada.
Cla
ve
N°
de C
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Fra
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Ubicación dentro del predio de Donceles N°97
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B28 B-117 Fondo
con cuerpo
Engobe blanco cremoso exterior y cafetoso interior
Basurero 2
I-J-K 9,10,1
1 3.04 3.68 09/03/1993
B29 B-114 Cuerpo Vidriado ambar interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno I-J-K 6 2.04 3.30 09/03/1993
B30 B-111 Fondo
con cuerpo
Vidriado verde interior y engobe blanco
cremoso exterior. En ambos lados presente restos de cal adherida
Basurero 2
I-J-K 9,10,1
1 3.04 3.68 09/03/1993
B31 B-450 Cuello Vidriado verde interior
y engobe grisaceo exterior
Relleno Colonial
E-F 7 2.50 2.61 13/04/1993
B32 B-155 Cuerpo Vidriado verde interior
y engobe grisaceo exterior
Relleno I-J-K 6 y 7 3.70 3.90 11/03/1993
B33 B-135 Cuerpo Vidriado verde
interior y engobe grisaceo exterior
Relleno F 10 1.97 2.06 09/03/1993
B34 B-114 Cuerpo Vidriado verde interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno I-J-K 6 2.04 3.20 09/03/1993
B35 B-164 Cuerpo
Vidriado verde negruzco interior y
engobe blanco cremoso exterior
Relleno I-J-K 3,4,5 3.66 N.D. 13/03/1993
B36 B-580 Cuerpo Vidriado verde interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno Colonial
F 1 2.93 4.12 14/05/1993
B37 B-407 Cuerpo Engobe blanco
cremoso exterior e interior
Relleno F y EF
8 y 9 2.00 2.08 12/04/1993
B38 B-480 Cuerpo Engobe blanco
cremoso exterior e interior
Relleno F 1 y 2 2.43 N.D. 17/04/1993
43
Tabla 3.1. Descripción de la ubicación de los fragmentos de Botijas encontradas en el predio
de Donceles Nº 97, ciudad de México. Continuación.
N.D.= No determinada.
Cla
ve
N°
de C
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Fra
gm
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Ubicación dentro del predio de Donceles N°97
Un
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B39 B-201 Cuerpo
Engobe blanco cremoso exterior y
grisaceo oscuro interior
Relleno I-J-K 6 y 7 2.60 N.D. 16/03/1993
B40 B-126 Cuerpo Engobe blanco
cremoso exterior e interior
Relleno F 14 1.27 1.54 09/03/1993
B41 B-518 Cuerpo
Engobe blanco cremoso exterior y
grisaceo oscuro interior
Relleno Colonial
E-F 2 y 3 2.28 2.78 27/04/1993
B42 B-72 Cuerpo Vidriado verde interior
y engobe blanco cremoso exterior
Cepa 10 Oeste
A 10 2.20 N.D. 05/03/1993
B43 B-154 Cuerpo Vidriado verde interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno I-J-K 6 y 7 3.70 3.90 11/03/1993
B44 B-471 Cuerpo y fondo
Engobe blanco cremoso exterior y cafetoso interior
Relleno Colonial
E-F 5 2.18 2.60 14/04/1993
B45 B-302 Cuello Engobe blanco
cremoso exterior y café rojizo interior
Relleno E-F 11 2.02 3.13 29/04/1993
B46 B-134 Cuello y cuerpo
Engobe café rojizo exterior y café claro
interior Relleno J 6 y 7 3.00 3.60 10/03/1993
B47 B-157 Cuello y cuerpo
Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso exterior
Relleno J y K 12 y 13
3.45 3.92 11/03/1993
B48 B-523 Cuello y cuerpo
Vidriado verde interior y engobe blanco cremoso exterior
Relleno Colonial
F 8 y 9 2.59 3.47 28/04/2017
B49 B-524 Cuerpo Vidriado verde interior
y engobe blanco cremoso exterior
Relleno Colonial
F 8 y 9 2.59 3.47 28/04/2017
B50 B-111 Fondo y cuerpo
Vidriado verde amarillento interior y
engobe blanco cremoso exterior
Basurero 2
I-J-K 9,10,1
1 3.04 3.68 09/03/1993
44
En la Figura 3.1 se muestran algunos ejemplares de las botijas analizadas en la presente
investigación, piezas resultantes de la excavación. En el anexo A se encuentran las imágenes
correspondientes a cada uno de los 50 fragmentos de las Botijas.
B21 B24
B25 B1
B8 B13
Figura 3.1. Algunos ejemplares de las botijas en estudio.
45
3.2 Análisis por Activación Neutrónica
3.2.1 Cálculo de la concentración elemental
Mediante el Análisis por Activación Neutrónica se determinaron cuantitativamente 15
elementos, para las 50 pastas cerámicas de botijas; Sc, Cr, Fe, Co, Rb, Sb, Cs, La, Ce, Eu,
Yb, Lu, Hf, Th y U. Los valores de las concentraciones de los elementos determinados en las
muestras se presentan en la Tabla 3.2. La precisión analítica de los datos fue aceptable para
la mayoría de los elementos determinados, ya que el porcentaje de error no sobrepaso el 10%.
Tabla 3.2. Análisis multielemental de las muestras de pastas cerámicas de botijas (Concentración en μg/g).
Elemento Concentración (μg/g)
B1 B2 B3 B4 B5
Sc 15.28 13.85 17.14 13.40 14.29
Cr 97.11 89.26 108.48 91.23 95.02
Fe (%) 34245.24 31146.77 37063.34 28045.25 30504.82
Co 14.47 14.25 16.03 14.31 15.00
Rb 132.18 134.84 157.32 128.56 128.85
Sb 1.07 2.83 2.18 3.30 2.28
Cs 8.70 10.88 11.30 4.59 7.34
La 35.19 32.36 40.66 32.12 33.28
Ce 69.96 69.04 85.57 58.56 61.57
Eu 0.96 0.88 0.95 1.11 1.15
Yb 2.55 2.43 2.70 2.26 2.60
Lu 0.39 0.36 0.44 0.34 0.37
Hf 4.41 4.09 4.36 3.95 3.87
Th (Pa) 11.13 10.21 12.06 10.10 10.14
U (Np) 2.71 2.52 2.74 2.21 2.43
46
Tabla 3.2. Análisis multielemental de las muestras de pastas cerámicas de botijas (Concentración en μg/g). Continuación.
Elemento Concentración (μg/g)
B6 B7 B8 B9 B10
Sc 13.72 13.69 13.61 14.29 13.04
Cr 91.94 94.21 93.77 96.99 89.92
Fe (%) 27953.67 28633.62 26225.10 30770.63 27044.40
Co 13.85 14.40 13.98 14.30 14.10
Rb 133.34 133.88 121.42 129.57 121.13
Sb 1.20 0.82 0.70 0.98 1.31
Cs 6.10 4.93 5.03 5.33 7.51
La 32.94 28.40 31.97 34.03 30.68
Ce 65.68 68.50 62.72 71.32 60.42
Eu 1.12 0.96 0.96 0.98 0.93
Yb 2.43 2.61 2.52 2.73 2.85
Lu 0.36 0.37 0.37 0.38 0.36
Hf 4.10 4.18 3.81 4.37 4.41
Th (Pa) 10.01 10.19 10.28 11.00 9.53
U (Np) 2.49 2.06 2.36 2.15 2.39
Elemento B11 B12 B13 B14 B15
Sc 13.10 13.07 14.09 14.05 13.04
Cr 87.85 92.23 92.20 92.97 86.49
Fe (%) 26755.11 27383.73 28544.37 30292.10 26046.28
Co 14.20 13.37 12.42 13.53 11.33
Rb 123.84 114.72 130.76 127.94 125.90
Sb 1.15 1.42 1.63 1.98 1.62
Cs 8.48 7.42 7.24 7.88 6.58
La 31.78 32.74 26.61 26.76 28.51
Ce 64.29 68.32 64.27 65.38 59.63
Eu 0.87 0.62 0.97 0.99 0.93
Yb 2.83 2.89 3.11 3.17 2.03
Lu 0.34 0.37 0.37 0.39 0.39
Hf 3.86 4.31 3.72 3.83 3.51
Th (Pa) 9.61 9.80 10.43 10.37 9.88
U (Np) 2.55 2.13 1.68 1.54 2.54
47
Tabla 3.2. Análisis multielemental de las muestras de pastas cerámicas de botijas (Concentración en μg/g). Continuación.
Elemento Concentración (μg/g)
B16 B17 B18 B19 B20
Sc 14.37 28.38 14.80 13.54 13.64
Cr 97.35 180.88 102.96 89.54 88.88
Fe (%) 28568.64 57398.02 28677.77 28807.00 29381.51
Co 14.70 29.64 15.97 13.02 13.32
Rb 133.78 287.33 146.97 123.39 127.45
Sb 1.26 3.18 1.37 0.89 1.06
Cs 39.75 90.01 40.89 5.55 6.47
La 32.55 64.05 34.02 29.86 36.32
Ce 63.16 121.31 68.75 66.04 60.86
Eu 1.01 1.96 1.01 0.85 0.86
Yb 2.51 1.37 3.14 2.58 2.38
Lu 0.40 0.76 0.38 0.35 0.35
Hf 4.16 7.09 3.95 4.60 3.69
Th (Pa) 10.79 21.21 11.68 9.54 9.53
U (Np) 2.18 3.77 2.29 2.32 2.31
Elemento B21 B22 B23 B24 B25
Sc 17.50 13.40 12.79 13.75 14.20
Cr 25.77 88.83 86.83 96.10 100.87
Fe (%) 36101.83 29097.45 24170.85 28308.20 29641.15
Co 17.43 15.07 10.64 13.91 14.86
Rb 123.31 125.02 142.04 130.43 127.51
Sb 3.71 1.31 1.25 1.76 1.12
Cs 12.63 6.06 6.32 6.41 5.92
La 25.18 29.64 25.63 30.67 30.23
Ce 65.72 63.84 58.13 67.46 70.60
Eu 0.86 0.93 0.39 0.98 0.97
Yb 2.55 2.71 2.72 2.88 3.09
Lu 0.43 0.36 0.40 0.42 0.41
Hf 4.12 3.59 3.56 3.75 4.84
Th (Pa) 12.84 9.77 9.32 10.25 10.57
U (Np) 3.70 4.14 4.57 7.34 6.70
48
Tabla 3.2. Análisis multielemental de las muestras de pastas cerámicas de botijas (Concentración en μg/g). Continuación.
Elemento Concentración (μg/g)
B26 B27 B28 B29 B30
Sc 13.09 13.54 14.14 15.98 12.59
Cr 94.57 95.52 93.78 102.69 78.60
Fe (%) 27943.36 27614.57 31620.96 34193.33 26594.07
Co 13.28 13.77 14.85 15.39 13.05
Rb 119.26 124.73 122.96 146.40 130.54
Sb 2.08 1.46 1.17 1.21 1.75
Cs 5.29 6.32 7.70 9.41 7.29
La 28.38 29.89 34.55 36.27 29.67
Ce 62.60 63.28 65.81 81.07 58.31
Eu 0.99 1.00 1.24 1.35 1.15
Yb 2.89 3.06 2.41 3.01 2.00
Lu 0.34 0.36 0.39 0.48 0.35
Hf 3.95 4.23 4.35 4.34 3.63
Th (Pa) 9.82 10.13 11.12 12.24 10.06
U (Np) 5.33 6.19 2.28 2.65 1.95
Elemento B31 B32 B33 B34 B35
Sc 13.94 14.48 14.28 13.47 12.64
Cr 94.38 94.87 89.83 91.62 83.58
Fe (%) 30942.28 28785.13 28899.11 27914.13 25538.60
Co 14.21 14.44 14.13 13.03 11.66
Rb 127.89 152.07 165.16 131.99 119.34
Sb 1.24 2.48 1.71 1.05 1.04
Cs 6.44 9.05 7.47 6.04 5.31
La 30.92 33.11 30.41 32.31 31.60
Ce 60.92 64.16 66.49 64.34 64.08
Eu 0.86 0.84 0.86 0.94 0.89
Yb 2.84 3.02 3.26 2.22 2.02
Lu 0.37 0.38 0.40 0.37 0.36
Hf 3.93 3.73 4.18 3.95 3.95
Th (Pa) 9.63 10.37 10.21 10.26 10.56
U (Np) 2.15 2.25 2.22 2.20 2.41
49
Tabla 3.2. Análisis multielemental de las muestras de pastas cerámicas de botijas (Concentración en μg/g). Continuación.
Elemento Concentración (μg/g)
B36 B37 B38 B39 B40
Sc 14.27 14.09 14.92 15.20 12.98
Cr 98.10 97.74 103.14 107.60 86.79
Fe (%) 28891.99 28174.72 30328.42 32262.03 26792.50
Co 13.62 13.21 13.85 13.53 12.74
Rb 127.08 144.36 133.15 146.05 119.49
Sb 1.32 0.87 1.12 1.17 1.23
Cs 6.60 7.91 8.81 9.64 5.53
La 34.13 30.70 35.80 27.87 27.45
Ce 72.70 74.27 69.38 77.85 56.35
Eu 0.96 1.19 1.24 1.32 0.95
Yb 2.52 2.66 2.25 2.74 2.47
Lu 0.37 0.38 0.39 0.39 0.34
Hf 3.66 3.92 3.65 3.94 3.85
Th (Pa) 10.74 10.27 11.08 11.52 9.33
U (Np) 2.56 2.41 2.14 2.82 1.72
Elemento B41 B42 B43 B44 B45
Sc 13.67 14.36 13.73 13.15 14.24
Cr 93.75 102.17 91.94 89.21 95.33
Fe (%) 29489.94 29954.51 28425.86 27116.04 30494.58
Co 13.32 14.33 13.94 14.03 13.33
Rb 119.92 129.57 161.35 121.37 138.69
Sb 1.19 1.44 1.46 1.76 1.32
Cs 6.06 6.19 6.63 6.08 6.39
La 27.99 30.12 30.20 29.52 30.10
Ce 65.88 66.03 71.28 68.06 70.73
Eu 0.95 0.96 0.84 0.77 0.81
Yb 2.68 2.81 2.22 2.18 2.17
Lu 0.37 0.36 0.38 0.31 0.37
Hf 3.76 3.98 3.91 4.00 3.73
Th (Pa) 10.01 10.49 9.90 9.40 9.87
U (Np) 2.40 2.25 2.35 2.07 2.51
50
Tabla 3.2. Análisis multielemental de las muestras de pastas cerámicas de botijas (Concentración en μg/g). Continuación.
Elemento Concentración (μg/g)
B46 B47 B48 B49 B50
Sc 14.11 12.90 15.45 14.45 12.55
Cr 94.67 83.75 104.57 103.18 86.16
Fe (%) 30090.29 27408.00 33018.66 30226.84 27509.55
Co 13.78 13.70 15.57 15.25 13.94
Rb 128.55 130.07 148.24 137.16 125.92
Sb 1.12 1.64 1.56 1.31 2.01
Cs 6.11 6.81 7.34 6.75 5.18
La 35.37 33.13 39.98 34.35 34.32
Ce 62.12 59.98 70.69 68.59 58.23
Eu 0.95 0.87 1.05 1.06 0.82
Yb 2.82 2.41 2.92 2.24 2.25
Lu 0.44 0.36 0.40 0.33 0.31
Hf 4.16 3.94 4.45 3.80 3.33
Th (Pa) 10.51 9.96 11.73 10.39 9.67
U (Np) 2.28 2.21 2.60 2.82 2.16
3.2.2 Análisis estadístico
El análisis estadístico de los datos se realizó con los 15 elementos: Sc, Cr, Fe, Co, Rb, Sb, Cs,
La, Ce, Eu, Yb, Lu, Hf, Th y U, se utilizaron técnicas de análisis multivariante: análisis de
grupos y análisis de componentes principales. Para este análisis se incluyeron datos obtenidos
de la literatura, con los que fueron comparados los resultados del análisis por activación
neutrónica de la presente investigación.
Los datos de la composición elemental de cerámicas coloniales, recabados en la literatura (los
cuales fueron obtenidos mediante análisis por activación neutrónica) son de materiales
cerámicos que provienen de varios sitios de España (Iñañez et al., 2008,Jamieson et al. 2013,
Myers et al., 1992), de países sudamericanos (Jamieson et al. 2013), de México (Fournier et
al., 2009; De la Vega, et. al., 2013) y en particular de cerámica identificada como de botijas
que fueran recuperadas en sitios que formaran parte (desde el siglo XVI y en algunos casos
hasta el XIX) de las colonias españolas, tales como las Tierras Altas del sur de Ecuador
(Jamieson y Hancock, 2004), las islas Salomón (Kelloway et al. 2016), Campeche, México
(Velasquez y Salgado, 2016) y la Ciudad de México (De la Vega et al., 2013).
51
La simbología utilizada en los resultados que se muestran a continuación corresponden a
información de diferentes trabajos: J-Jamieson, 2013, n=1; Jamieson y Hancock, 2004; V-
Velázquez y Salgado-Ceballos, 2017, n=43; K- Kelloway et al. 2016, n= 19; dV- De la Vega et
al., 2013, n=2; M- Myers et al., 1992, n=21; I – García-Iñañez et al., 2008,n=34; F- Fournier et
al., 2009, n=310.
La Tabla 3.3. muestra los resultados de la concentración promedio de las 50 muestras
analizadas, donde se observa que los porcentajes que representan las desviaciones estándar,
con respecto a los valores promedio son pequeños (excepto para el antimonio); además de un
resumen de los datos reportados en la literatura, tanto de botijas como de cerámica mayólica
sevillana, incluye también los valores mínimos y máximos de éstos.
Tal como puede observar, los resultados de las botijas analizadas en el presente trabajo, se
encuentran dentro del intervalo de los valores de la literatura. Esos intervalos son amplios para
los elementos Rb, Ce, Co, Hf, Eu y aún más para el Sb y el Cr. Las diferencias en las
concentraciones de los diferentes elementos son atribuibles principalmente a las mezclas
específicas que se acostumbra preparar en cada taller cerámico o incluso por cada ceramista,
en particular, el antimonio puesto que este elemento tiene la posibilidad de su migración de la
cerámica vidriada, a la pasta. De los datos de la literatura, se puede verificar que en el caso
específico del cromo los valores reportados (entre 90 y 116 µg/g) para las botijas son mayores
que los correspondientes a la cerámica mayólica (entre 72 y 80µg/g), lo que indica, que es
probable que no se utilizaran las mismas proporciones o los mismos materiales para la
manufactura de la cerámica fina empleada como contenedores de mercancías. En tanto para
los elementos Sc, Cr, Rb, Cs, Ce y U se puede observar que las concentraciones obtenidas
en la pasta de las botijas en estudio son mayores a las reportadas para la cerámica mayólica.
Dicha información se corrobora con el análisis estadístico.
52
Tabla 3.3. Resultados del análisis por activación de fragmentos de 50 de botijas del Centro Histórico de la Ciudad de México, en
µg/g, excepto el hierro; promedio ± desviación estándar (porcentaje de desviación).
Elemento
Concentración (µg/g)
Muestras en estudio
Datos de literatura
Botijas Mayólica Valores
J J20 J21 J22 J61 V K dV M I F Mín. Máx.
Sc 14 ± 1 (7%) 14 15 15 14 15 13 16 12 12 11 11 11 16
Cr 94 ± 6 (7%) 89 109 105 116 106 95 107 90 80 72 75 72 116
Fe, mg/g 29.2 ± 0.2 (9%) 41.3 45 39 36 37 39 44 26 30 32 32 26 45.0
Co 14 ± 1 (8%) 15.5 24 20 12 16 14 16 12 13 15 16 12 24
Rb 132 ± 11(9%) 126 126 124 99 100 114 83 70 100 74 90 74 126
Sb 1.5 ± 0.6 (40%) 1.2 - - - - 1.4 - 1.4 - - - 1.2 1.4
Cs 7 ± 1 (16%) 10 8 8 7 9 5 5 6 5 5 5 5 10
La 32 ± 3 (10%) 32 33 34 33 33 30 36 30 36 31 35 30 36
Ce 66 ± 6 (9%) 69 66 65 68 65 63 75 59 62 62 61 61 75
Eu 1.0 ± 0.1 (13%) 1.3 0.7 0.7 0.7 0.7 1 1.4 0.8 1 1.1 1.1 0.7 1.4
Yb 2.6 ± 0.3 (13%) 2.6 2.4 2.4 2.4 2.4 2.3 2.7 2.4 2.5 2.4 2.6 2.3 2.7
Lu 0.38 ± 0.03 (8%) 0.4 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.3 0.4 0.3 0.4 0.3 0.4
Hf 4 ± 0.3 (8%) 5 4 4 4 4 4 4 8 5 5 6 4 8
Th 10 ± 1 (7%) 10 10 10 10 10 10 11 10 10 9 10 9 11
U 2.3 ± 0.4 (16%) 2 2 2 2 2 3 3 3 2 2 2 2 3
J -Jamieson, 2013, n=1; Jamieson, 2004; V- Velázquez y Salgado-Ceballos, 2017, n=43; K- Kelloway et al. 2016, n= 19; dV- De la Vega et al., 2013, n=2; M- Myers et al., 1992, n=21; I - García Iñañez et al., 2008, n=34; F- Fournier et al., 2009, n=310.
53
3.2.2.1 Análisis de grupos
En la Figura 3.2. se muestra el dendograma resultante del análisis de grupos, correspondiente
a los datos obtenidos con AAN. En este se observa la agrupación de las muestras, basada en
el nivel de similitud entre estas (eje Y), que está expresado por la distancia de enlace (eje X).
El primer nivel agrupación se da entre las muestras más similares entre sí, a niveles de
similitud progresivamente menores, hasta que finalmente todos se encuentran unidos en un
único grupo.
Figura 3.2. Dendograma de muestras de pasta de Botijas, basados en AAN.
54
En el dendograma se observa que el primer grupo corresponde a los resultados obtenidos en
la literatura M, F, I y dV derivados de cerámicas mayólicas y dV de Botijas; dentro del segundo
grupo se puede visualizar que se encuentran todas las muestras analizadas en la presente
investigación incluyendo los correspondientes al resto de datos de la literatura (J, J20, J21,
J22, J61 y V) con excepción de K que corresponde a los datos de Botijas de las islas Salomón
(Ecuador). Los resultados coinciden con lo que visiblemente se muestra en la tabla de
promedios, ya que en las cerámicas mayólicas las concentraciones en algunos los elementos
son más bajas con respecto a los resultados encontrados en la presente investigación.
3.2.2.2 Análisis de componentes principales
Para éste análisis, se determinaron los dos primeros componentes principales. En la Figura
3.3. se muestra el diagrama de componentes principales obtenido, el cual muestra
prácticamente la integración de sólo un grupo dentro de la elipse y en ella se ubican algunos
de los datos de la literatura con los que estadísticamente se encontró suficiente similitud.
De acuerdo a lo que se muestra en la Figura 3.3 los datos de la presente investigación
prácticamente forman un solo grupo dentro de la elipse y dentro de ella se ubican algunos de
los datos de la literatura con los que estadísticamente se encontró suficiente similitud. Estos
son los correspondientes a botijas sevillanas recuperadas en Ecuador (Jamieson et al., 2004)
y las de Campeche México (Velásquez y Salgado, 2017); los datos de las botijas de las Islas
Salomón (Kelloway et al. 2016) y de las de la Ciudad de México (De la Vega et al., 2013)
muestran diferencias con respecto al grupo principal, al igual que los datos de cerámicas
mayólicas sevillanas (Myers, 1992, Iñañez et al., 2008; Fournier et al., 2008).
Hughes (2014) analizó mediante espectrometría de plasma (ICPS) cerámicas provenientes del
naufragio español en Islas Tortugas (encontradas en 1622), entre ellas algunas botijas. Él
encuentra diferencias entre un Tipo 1 y un Tipo 2; considerando a las primeras como de la
región de Córdoba, y a las segundas como de Sevilla. Los elementos que él reporta y que son
concordantes con los del presente trabajo son: Sc, Cr, La y Ce. Los valores para Sc, La y Ce
para las botijas de esa investigación y de la presente son similares; alguna diferencia se
observa para el Cr: 94 ± 6 µg/g de las botijas del Centro de la Ciudad de México y 117 ± 8 µg/g
55
y 79 ± 8 µg/g, para los Tipos 1 y 2, respectivamente. De acuerdo con esos datos no es posible
establecer una comparación precisa; es decir diferenciar los tipos de cerámicas.
Figura 3.3. Diagrama de componentes principales (PC1 29%, PC2 18%). Intervalo de
confianza de las elipses 0.9.
Como datos informativos en la siguiente Figura (3.4) se muestra el gráfico de vectores donde
se puede verificar la influencia de los valores de las concentraciones de los elementos en las
muestras; como ejemplo la muestra B23 es la que tiene menor concentración de Co, la muestra
B50 tiene la menor concentración en Cs, Lu y Hf mientras que la muestra B33 tiene mayor
56
concentración en Yb y Rb, la muestra B21 presenta mayor concentración en Cs, Th y U, a su
vez menor concentración en La, dV presenta menor concentración en Fe y K mayor
concentración en Hf. Esta información se puede visualizar cuantitativamente en la tabla de
resultados de la sección 3.2.1.
Figura 3.4. Diagrama de vectores.
3.3 Difracción de Rayos-X
Se analizaron con difracción de Rayos-X (DRX) 9 de las muestras en estudio (B1, B3, B10,
B20, B21, B29, B30, B40 y B50), dichas muestras fueron elegidas al azar en base a que los
resultados obtenidos por AAN muestran una similitud en los valores de la concentración del
análisis elemental.
57
3.3.1 Análisis elemental con EDAX
En la Tabla 3.4. se muestra el promedio de los resultados obtenidos con EDAX analizando 5
puntos diferentes en cada muestra, el valor promedio del análisis elemental esta dado en
%peso; dicha información fue relevante para poder interpretar los difractogramas. Como se
muestran los resultados existe un porcentaje de error grande en la concentración de algunos
elementos, esto en base a que en la técnica el haz es muy puntual, por tanto los resultados se
consideran semicuantitativos.
Tabla 3.4. Análisis elemental semicuantitativo (% peso)
Elemento % Peso
B1 B3 B10 B 20 B21
C 25,0 ±3,7 10,1 ± 2,7 18,0 ± 1,3 16,8 ± 11,7 10,7 ± 1,5
O 51,7 ±4,9 52,2 ± 1,3 51,7 ± 3,3 53,6 ± 3,8 53,3 ± 1,1
Na 0,6 ± 0,2) - 0,5 ± 0,1 - 1,4 ± 0,1
Mg 1,4 ± 0,4 1,8 ± 0,4 1,5 ± 0,3 1,5 ± 0,3 1,6 ± 0,3
Al 5,1 ± 1,4 7,3 ± 0,7 5,5 ± 1 5,8 ± 1,2 8,0 ± 0,8
Si 14,5 ± 4,1 18,8 ± 2,1 17,0 ± 3,4 17,5 ± 3,9 22,0 ± 2,5
K 1,4 ± 0,4 2,2 ± 0,2 1,5 ± 0,3 1,9 ± 0,4 1,9 ± 0,4
Ca 7,2 ± 1,9 9,0 ± 0,7 8,0 ± 1,3 9,2 ± 2,0 1,8 ± 0,3
Ti 0,4 ± 0,1 - - - 0,5 ± 0,05
Fe 2,9 ± 0,8 4,6 ± 0,7 3,5 ± 0,5 3,8± 0,8 5,2 ± 1,0
Elemento B29 B30 B40 B50
C 21,4 ± 5,9 11,8 ± 2,8 15,1 ± 4,9 20,8 ± 4,5
O 48,8 ± 2,0 52,9 ± 2,4 45,7 ± 17 52,2 ± 4,2
Na - 0,6 ± 0,1 10,2 ± 22,2 0,5 ± 0,2
Mg 1,1 ± 0,1 1,5 ± 0,3 1,8 ± 0,3 1,2 ± 0,2
Al 4,9 ± 0,6 5,9 ± 0,8 5,8 ± 0,8 5,3 ± 1,1
Si 12,6 ± 1,7 16,5 ± 2,1 16,3 ± 2,6 15,2± 3,5
K 1,6 ± 0,1 2,0 ± 0,3 1,7 ± 0,2 1,8 ± 0,4
Ca 6,0 ± 1,5 9,9 ± 0,9 8,8 ± 1,2 8,4 ± 1,7
Ti - - 0,4 ± 0,1 -
Fe 3,6 ± 1,0 3,6 ± 0,3 3,5 ± 0,4 3,0 ± 0,7
58
3.3.2 Análisis de los difractogramas
En la Figura 3.5 se observa el difractograma obtenido para 4 muestras analizadas, en el cual
puede apreciarse existe una similitud la cual corrobora los resultados obtenidos anteriormente
por AAN.
Figura 3.5. Difractograma de rayos X.
59
Las fases cristalinas identificadas en cada una de las muestras se presentan en la Tabla 3.5.,
las pastas se caracterizan por un alto contenido de cuarzo (SiO2) y otros minerales en
pequeñas cantidades presentes tales como: feldespatos (albita, anhortita), Carbonatos
(calcita), rutile, diópsido, Óxidos (Hematita, magnetita) Gehlenita, ilita, Moscovita, Maghemita,
Hematita y Wustita
Tabla 3.5. Minerales cristalinas identificadas con DRX en muestras de cerámica
Fases Cristalinas
Muestra
B1
B3
B1
0
B2
0
B2
1
B2
9
B3
0
B4
0
B5
0
Cuarzo X X X X X X X X X
Albita X X X X X X X X X
Anortita X X
Calcita X X
Rutilo X
Diópsido X X X X X X X
Feldespato X X X X
Hematita X X
Gehlenita X X X X X X
Ilita X X X X
Moscovita X
Maghemita X X X X X X X X
Hematita X X X X X X X X X
Wustita X X X X
Cabe mencionar que la temperatura y los tiempos de cocción durante la fabricación de la
cerámica son parámetros determinantes en las fases cristalinas que permanecen: lo que hace
que algunos minerales no estén presentes en todas las muestras, como ejemplo en la Figura
3.6 puede observarse el comportamiento de diferentes fases con respecto a los parámetros
mencionados (Peters y Iberg, 1978).
De acuerdo a la Tabla 3.5 todas las muestras presentan cuarzo (dióxido de silicio), una de las
materias primas importantes en la fabricación de la cerámica; ciertamente como refiere
Jiménez (2005), este grupo de minerales es de los más abundantes de la corteza terrestre, en
casi un 95%. Los cuarzos de tamaño grueso contribuyen a disminuir la contracción de la pasta
cerámica durante el proceso de secado; por el contrario, la fracción fina favorecerá la
formación de vidrio por ser de más fácil fusión y la aparición de nuevas fases mineralógicas
60
como pueden ser: diópsido, wolastonita, feldespato potásico, ghelenita y anortita, de las cuales
algunas fases si se presentan en las muestras analizadas.
Figura 3.6. Estabilidad de minerales durante la cocción de una arcilla común rica en calcio
(Peters y Iberg, 1978)
La Albita se encuentra presente en todas las muestras, cabe mencionar que este mineral
pertenece a las plagioclasas y a su vez al grupo de los feldespatos; la presencia de los
feldespatos en las muestras, contribuyen a la formación de vidrio desapareciendo a una
temperatura de 1000°- 1100°C. Cale y Segnit (1963) demostraron que por encima de estas
temperaturas se forma anortita como consecuencia de la reacción producida al unirse óxido
cálcico (procedente de la destrucción de la calcita) y aluminosilicatos. Correlacionado con los
resultados se puede observar que en la muestra B1 y B10, hay presencia de anortita, mientras
que en el resto hay feldespatos; con lo cual se puede inferir que las muestras analizadas
posiblemente no son del mismo lote.
La presencia de hematita en las muestras puede ser debida a que en la materia prima, puede
encontrarse como un mineral sedimentario, o como fase que se forma a partir de la
descomposición de filosilicatos a altas temperaturas (900°C), este último caso, aparecen en
61
mayor cantidad en aquellas muestras que contienen pocos carbonatos. Este mineral confieren
color rojo en la cocción a las pastas cerámicas (Córdoba et al., 2011).
La formación de la gehlenita inicia a partir de los 800°C siendo más evidente a los 900°-
1000°C, por lo tanto las muestras B3, B20, B29, B30, B40 y B50 indican que la temperatura
de cocción para esas cerámicas fue superior a los 800°C pero no mayor a 1000ºC. La
descomposición de la gehlenitaa partir de esas temperaturas da origen a wolastonita y
plagioclasa cálcica, como es el caso de la muestra B1 y B3 las cuales tienen presencia de
Anortita.
Para el caso de las muestras B20, B30 y B50, la presencia de ilita indica que los materiales no
fueron calentados a temperaturas mayores de 900oC, que es la temperatura a la cual se
descompone totalmente este mineral. Las fases que aparecen al descomponerse la ilita son:
espinela, que se mantiene hasta los 1.200°C; mullita, que aparece a partir de la formación de
vidrio desde los 1100°C, si bien en arcillas cuyo contenido en ilita es muy elevado aparece
entre 900° y 950°C. Las investigaciones realizadas por Bohor (1959) muestran que la mullita
aparece a partir de los 1200°C; junto a estas fases aparecen también forsterita, cuarzo,
corindón y kalsilita según Grim y Kulbicki (1957). Fases no encontradas en las muestras
analizadas, a excepción del cuarzo, sin embargo la presencia de este mineral se puede
considerar como parte de la materia prima.
El mineral Diopsido en las muestras es normal puesto que la aparición se produce a una
temperatura de 800°C, manteniéndose incluso a temperaturas muy elevadas (Peters y Iberg,
1978).
En la Tabla 3.6 se muestran los datos de las fases cristalinas de cerámicas provenientes de
Sevilla reportados por Gómez et al. (2013), donde estimaron temperaturas de cocción para las
muestras de cerámica de tres diferentes fabricas (F1, F2 y F3), en las cuales identificaron la
presencia de Feldespato alcalino, Calcita, Diopsido, Hematita, Gehlenita, Illite, Plagioclase y
Cuarzo.
62
Tabla 3.6. Fases cristalinas de muestras de Sevilla (Gómez et al., 2013)
Fabrica (ºC) Fases Grupo XI Total
F1 (850-900) Afs, Cal, Di, Gh, Ilt, Hem, Pl, Qz SEV002 1 3
F2 (900/950-1000) Afs, Cal, Di, Gh, Ilt,* Hem, Pl, Qz COL011 1
F3(1000-1050) Afs, Cal, Di, Gh, Hem, Pl, Qz COL020 1
Afs, Feldespato alcalino; Cal,Calcita; Di, diópsido (piroxono); Hem, Hematita; Gh, Gelenita; Ilt,
ilita (Ilita-muscovita); Pl, plagioclasa; Qz, cuarzo; Ilt*, ilita (Ilita-muscovita) sin el pico de 10Å
De acuerdo a lo anteriormente se puede inferir que las temperaturas de cocción en las
muestras pudieron variar desde los 800ºC y superiores a 1000 ºC con base a que las fases
mineralógicas descritas se encuentran en nuestras muestras analizadas, además de que la
presencia de dichas fases confirma los resultados obtenidos por AAN, la cual hace referencia
de que las muestras provienen de Sevilla.
63
4 CONCLUSIONES
Se caracterizaron muestras de 50 fragmentos de botijas recuperadas en el predio de Donceles
N°. 97 del Centro Histórico de la Ciudad de México mediante el Análisis por Activación
Neutrónica. Lo que permitió obtener información sobre la composición y origen de las piezas
arqueológicas. Con AAN se determinó la concentración de 15 elementos en las muestras de
la pasta de botijas. A partir de los resultados de estudios de la composición química elemental,
con el análisis de componentes principales, se pudo concluir que las muestras prácticamente
integran un sólo grupo dentro de la elipse y en ella se ubican algunos de los datos de la
literatura con los que estadísticamente se encontró suficiente similitud. De acuerdo a este
estudio, se encontró que las muestras analizadas tienen similitud con las botijas procedentes
de Sevilla que fueron recuperadas en Ecuador y en Campeche México, con estos resultados
podemos inferir que el comercio entre España y sus colonias fue intenso.
En el 2014 Hughes realizó un trabajo en el que reporta resultados elementales de cerámicas
de España, provenientes de Córdoba (Tipo 1) y Sevilla (Tipo 2); a pesar de tener suficiente
similitud, se observó una diferencia para la concentración de Cr: 94 ± 6 µg/g botijas del Centro
de la Ciudad de México y 117 ± 8µg/g y 79 ± 8 µg/g, para los Tipos 1 y 2, respectivamente.
Con lo que evidentemente nuestros resultados no nos permitieron establecer una comparación
precisa entre los tipos de cerámicas reportados.
Los resultados del análisis de las cerámicas con AAN, fueron corroborados con el estudio de
DRX, en el cual se observó que las pastas se caracterizan por un alto contenido de cuarzo
(SiO2) y otros minerales en pequeñas cantidades presentes tales como: feldespatos (albita,
anhortita ), carbonatos (calcita), rutilo, diópsido, óxidos (Hematita, magnetita) Gehlenita, ilita,
Moscovita, Maghemita, Hematita y Wustita; las diferencias en la composición mineralógica se
deriva a que es por la diferencia de temperaturas de cocción u otros parámetros que
determinan la formación de fases cristalinas. Gómez et al. (2013) reportaron los estudios de
difracción de un grupo cerámicas provenientes de Sevilla, de la comparación de las fases
cristalinas con de las botijas, objeto de este estudio, se logró relacionar diferentes
temperaturas de cocción, por tanto en base a los resultados obtenidos se puede inferir que las
temperaturas de cocción en las muestras pudieron variar desde los 800ºC y superiores a
1000ºC.
64
Finalmente, con la información obtenida del análisis de pastas, los arqueólogos pueden inferir
que existió un intenso comercio entre España y las colonias de América Latina, de manera
que, con esta investigación se logró corroborar la existencia de diferentes rutas de comercio y
la inducción de productos alimenticios demandados por la sociedad española en la época
colonial.
65
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70
6 ANEXOS
Anexo A “Fotografías de las 50 muestras de los fragmentos de Botijas analizadas en la
presente investigación “
B1 B 2 B 3
BOTIJA 4 BOTIJA 5 BOTIJA 6
BOTIJA 7 BOTIJA 8 BOTIJA 9
71
BOTIJA 10 BOTIJA 11 BOTIJA 12
BOTIJA 13 BOTIJA 14 BOTIJA 15
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