Institutionen för arkeologi och antik historia

(1)

Grundämnesanalys på S:t Hans individer

- Ett metodologiskt arbete med µXRF

Phillip Sjögren

Kandidatuppsats 15 hp Arkeologi med inriktning mot osteologi C

VT 2019 Handledare: Gustav Malmborg Bihandledare: Paul Wallin Uppsala universitet, Campus Gotland, Visby

(2)

Abstract

Sjögren, P. 2019. Grundämnesanalys på S:t Hans individer – ett metodolo- giskt arbete med µXRF. Vid institutionen för arkeologi och antik historia, Uppsala universitet, Campus Gotland, Visby.

Sjögren, P. 2019. An element analysis on the individuals of S:t Hans - a methodological study using µXRF. The department of Archaeology and An- cient History, Uppsala university, Campus Gotland, Visby.

The practice of using X-Ray fluorescence analysis as a method in ar- chaeological, forensic and osteological studies have resulted in a vast amount of data. It is time and cost efficient, and the method of µXRF element analysis has been of great use to archaeologists, forensic an- thropologists and osteologists to understand dietary customs, techno- logical trade patterns, understanding of diagenesis, elemental accumu- lation in bone and more.

Moreover, the method has been crucial due to its non-destructive nature since bones and ancient artifacts are fragile and thus a nonde- structive method is preferable. This essay will give the reader an intro- duction to the basics of micro X-Ray fluorescence analysis and will explore the possibilities of trace elements in right (dexter) and left (sinister) thighbones (femur) on a medieval population in Visby Got- land, namely Sankt Hans. The reader will also come to know the fun- damental principles, applications, strengths and weaknesses of mi- croX-Ray fluorescence, as well as its limitations.

Keywords: µXRF, non-destructive, data, method, left, right, thigh- bone, elements, analysis.

Kandidatuppsats i Arkeologi med inriktning mot osteologi 15.

Handledare: Gustav Malmborg. Bihandledare: Paul Wallin Ventilerad och godkänd [2019-06-12.]

Framsidesbild: Phillip Sjögren

Institutionen för arkeologi och antik historia, Uppsala universitet, Cam- pus Gotland, Cramérgatan 3, 621 67 Visby, Sweden.

(3)

Tack till

Tack till handledare Adjunkt Gustav Malmborg och bihandledare Paul Wallin för handledning genom denna skrivprocess. Tack till Kaj Thu- resson och Tom Sandström på riksantikvarieämbetet för vägledning i analys och apparatur och tack till riksantikvarieämbetet för generöst lån av ARTAX800 µXRF. Tack till professor Sabine Sten för hjälp med litteratur. Tack till Gotlands museum för lån av material från St:Hans kyrkogård. Slutligen, ett stort tack till min flickvän Julia, min pappa Sven och min son Ivar för stöttning under arbetet.

(4)

Innehållsförteckning

1. Inledning ... 4

1.1 Syfte ... 2

1.2 Teori ... 3

1.3 Forskningshistorik ... 4

1.4 Problemformulering ... 5

1.5 Frågeställningar... 6

1.6 Avgränsningar ... 6

1.7 Källkritik ... 7

1.8 Material ... 9

1.9 För och nackdelar ... 10

2. Metod ... 13

2.1 Analys... 17

2.2 Resultat ... 20

3. Diskussion ... 36

4. Slutsats ... 43

5. Framtida forskning ... 44

6. Sammanfattning ... 46

7. Referenslista ... 48

8. Illustrationsförteckning ... 51

(5)

1

1. Inledning

Ben är ett material som nybildas och bryts ner genom livet hela tiden, så kallad ossifikation. När detta sker skapas det cylindriska mikro- strukturer som kallas för osteoner, formade runt nerv/kärlenhet, och de har en diameter på ca 250 µm (mikrometer). I och med att denna process sker kontinuerligt även efter att benet har växt klart till sin slutgiltiga form, så innebär det att grundämnen kan ackumuleras i osteonerna, det vill säga i benet. När osteoner bildas och benet exponeras för grundämnen, kapslas grundämnen in i osteonerna. Osteonerna bevaras även postmortem (efter döden) och då ligger grundämnena kvar inkapslade i osteonerna (Mulhern and Van Gerven, 1997). Detta är den vetenskapliga basen varpå en grundämnesanalys bygger på.

I denna studie kommer benmaterial från Sankt Hans kyrkorgård analyseras kvalitativt. Rådatan från analysen kommer bearbetas, jäm- föras mellan olika kategorier i form av uppåt och nedåtgående trender mellan respektive grundämne och parametrarna kön, ålder och vilken sida av benen som analyseras. Till exempel är det känt att kvinnor lö- per högre risk för järnbrist (anemi) på grund av menstruation och barnafödsel (Harrison-Findik, 2010). Därför förväntas det att kvinnor bör uppvisa en lägre järnhalt än männen. Om det dessutom visar sig att författaren finner ett samband mellan de undersökta individerna och specifika grundämnen på benytorna, så finns det underlag för fortsatta utvidgade studier av dessa samband och introduktionen av en praktisk metod för avancerade benanalyser i större material, eller till och med direkta fältstudier.

Insamlandet av rådata utgör en grund för framtida forskning samti- digt som det har potentialen att utöka utbildningen inom osteologi vid institutionen för arkeologi och antik historia, Uppsala universitet, Campus Gotland. Genom att öka förståelsen över grundämnes roll i osteologiska material ökar även förståelsen för spår i benen och kontexten för människors liv.

(6)

2

1.1 Syfte

Syftet med denna uppsats är att analysera benmaterialet från Sankt Hans kyrkogård med metoden mikroröntgenfluorescens för att under- söka om variablerna kön, ålder och bensida har något samband med grundämnena fosfor, kalcium, järn, strontium, tenn, bly, mangan, zink, brom, koppar och kalium. Metoden öppnar upp ett nytt område av studier på Sankt Hans osteologiska material, genom röntgenanalys av grundämnena som finns i materialet kan man belysa olika halter av grundämnen. Detta tillvägagångssätt har tidigare inte applicerats på materialet och kan styrka tidigare observationer av förändringar i skelettet ante mortem, komplettera osteologiska analyser och möjligen korrigera tidigare studier och resultat. Genom att jämföra tidigare observerade spår i skelettet med ansamlade grundämnen, kan äldre observationer verifieras eller falsifieras. Dessutom kan ny . Insamlandet av data på detta sätt är inte bara viktigt för komplettering av nuva- rande studier utan ger möjlighet till att skapa förutsättningar för framtida forskning och förhoppningen är att kunna applicera det på andra populationer, inte bara Sankt Hans population.

Studien kommer att behandla lårben (femur) både vänster (sinister) och höger (dexter) sida från 16 gravar, där bensida, ålder och kön kommer att noteras för varje ben. Sedan kommer rådatan omvandlas till statistisk data för att testa sambandet mellan variablerna kön, ålder och bensida med grundämnen ansamlat på benytan. Det var tänkt att 17 gravar skulle ingå i studien, men en av gravarna, grav 18, innehål- ler endast en överarm (humerus). Överarmen (humerus) från grav 18 skulle användas för en grundlig mapping (en mer genomförlig och tidskrävande grundämnesanalys med högre precision )och agera som kontrollobjekt för att påvisa skillnaden för ansamling av grundämnen på olika platser i ben på olika ben. Dessvärre blev analysen avbruten av en vaktrond flertalet gånger och kunde inte genomföras.

Studien kommer att, med hjälp av ARTAX800 µXRF, generöst ställt till förfogande av RAÄ (riksantikvarieämbetet) vid kulturvår- dens laboratorium, undersöka vad en grundämnesanalys kan generera för ny information om Sankt Hans materialet och vilka samband grun- dämnen har med de olika variablerna kön, ålder och bensida. Studien kommer även belysa mikroröntgenfluorescens svagheter och styrka gentemot de metoder som redan har använts på Sankt Hans

(7)

3

osteologiska material samt jämföra resultatet med tidigare gjorda studier på Sankt Hans osteologiska material.

Resultatet kommer att presenteras under resultatdelen med övergri- pande diagram och tabeller där signifikanta data presenteras för att få en överblick. Därefter kommer diskussion föras kring tolkningen av resultaten och vad som kan förväntas i framtiden av denna studie. Stu- dien har kunnat visa att det finns samband mellan variablerna kön, ål- der, skillnader mellan höger/vänster lårben och ansamling av grun- dämnen på benytan och presenteras under resultatdelen och slutsatsde- len. Insamlandet av grunddata på detta sätt har även skapat förutsätt- ningar för andra forskningsfält och nya angreppsvinklar på Sankt Hans osteologiska material.

1.2 Teori

Författaren eftersöker främst att utforska potentialen med metoden mikroröntgenfluorescens på Sankt Hans individer och det material som redan har analyserats okulärt och taktilt (analys genom observation och analys genom beröring med händerna).

Eftersom det tillgängliga materialet är litet i förhållande till vad som finns (flera hundra individer utgrävt, varav 18 innefattar denna studie), kommer författaren att koncentrera sig på att göra en kvalitativ studie.

Detta innebär att resultatet från den kvalitativa analysen kommer att diskuteras om det kan vara representativa för en större population.

Kommer detta kunna appliceras på Sverige, Gotland eller bara Sankt Hans eller kanske inte ens Sankt Hans?

Diskussioner gällande de analyserade individernas roll och liv i samhället som de troligtvis levt är ingenting författaren kommer att fo- kusera på. Sociala roller och livsmönster kommer att diskuteras kort men tidsramen för arbetet gör att diskussionen kring kopplingen mellan grundämnen återfunna i skelettet och livet i medeltida Visby inte kommer kunna ge tillfredsställande svar, det får lämnas åt framtida forskning att tolka individernas liv i samhället utifrån grundämnena återfunna i skelettet.

Om studien inte kommer att kunna visa något resultat för en gene- rell uppfattning om grundämnesanalysens samband mellan grun- dämne, kön, ålder och bensida på en större population, så kommer analysen i alla fall kunna öppna upp för nya studier och forskning inom området grundämnesanalys. Dock bör det poängteras att resultatet kan visa på potentialen, givetvis beroende på resultatet, att utföra riktade kvantitativa undersökningar på större populationer. Om

(8)

4

resultatet visar att det finns potential att genomföra kvalitativa under- sökningar på större populationer kanske framtida studier inom grund- ämnesanalys kan användas för att determinera till exempel kön och ål- der med en större noggrannhet än vad som förut varit möjligt med en taktil eller okulär analys (detta är även författarens förhoppning).

1.3 Forskningshistorik

µXRF, eller mikroröntgenfluorescens, är en metod som går ut på att belysa material med röntgenstrålar för att se grundämnen på ytan av materialet. Röntgenstrålning upptäcktes först av den tyske fysikern Wilhelm K. Röntgen och som han sedan blev tilldelad Nobelriset för 1901 (Röntgen, 1896).

Henrey Moseley kan beskrivas som upptäckaren av metoden rönt- genfluroescens då han byggde till ett speciellt röntgenrör som möjli- gjorde att ytan på ett material kunde ’bombarderas’ med röntgenstrålar mer precist. 1912 utvecklade han en matematisk formel där han för- klarade sambandet mellan våglängden som studsar tillbaka från objek- ten på ytan och hur det ger objektets atomnummer (Moseley, 1913).

De första experimenten där man applicerade röntgenanalys på arke- ologiskt material, utfördes av Edward Hall i Oxford. Halls experiment belyste romerska mynt med röntgenstrålar för att undersöka belägg- ningen som skapats på grund av oxidering (Hall, 1960). Röntgenfluro- escens icke-destruktiva natur, resurssparande egenskaper och många användningsområden gör det attraktivt för arkeologer i tvärvetenskap- liga studier (Shackley, 2018).

Ett exempel på en sådan studie är en dietstudie gjord i Italien, Toscana från 2017 (Bianchi et al., 2017). I studien användes mikro- röntgenfluorescens för att jämföra kvoten mellan kalcium/strontium och kalcium/zink hos en medeltida respektive stenålders population.

Detta var för att påvisa skillnad i kosten mellan de två populationerna.

Resultatet som studien kom fram till var att den medeltida populat- ionen hade en kost mer baserad på växtlighet eftersom benen hade för- höjda värden av strontium kontra stenålderspopulationen där förhöjda zink-värden tydde på en köttrik diet.

Även här på Gotland har tidigare kandidatstudenter utfört analys med mikroröntgenfluorescens i sina kandidatarbeten på medeltida material. Caroline Ytterman analyserade osteologiskt material från bland annat Skara med mikroröntgenfluorescens (Ytterman, 2014) som en del i projektet professor Sabine Sten ansvarade för under 2012, med namnet Osteoporosis och osteoarthritis, då och nu (Sten, 2015).

(9)

5

Benmaterialet som analyserats i denna studie dateras till medeltid, 1100–1500-talet, och kommer från Sankt Hans kyrkoruin, som ligger i Visby innerstad. Sankt Hans kyrkoruin grävdes ut mellan 1980–1988 på uppdrag av riksantikvarieämbetet med diarienummer 7498/89 (Swanström, 1980-88). Det har gjorts åtskilliga studier på det osteolo- giska materialet från Sankt Hans, bland annat Hälsa och social status i medeltidens Visby (Ekholm, 2015), Medeltida läkekonst ur ett

ostoelogiskt perspektiv (Vernersson, 2015), rapporter av B-studenter inom osteologi för att nämna några stycken. Samtliga studier har inne- fattat taktila (att studera ett material med händerna) samt okulära (studera ett material genom observation) metoder att undersökta materialet.

1.4 Problemformulering

I denna studie introduceras läsaren till en metod som inte har använts i tidigare studier på Sankt Hans benmaterial. Genom att generera data- baser från rådata ges potentialen att öka förståelsen för kontexten och Sankt Hans individer och komplettera tidigare osteologiska studier på Sankt Hansmaterialet. Analysen ger även en möjlighet att applicera informationen från rådatan på andra forskningsområden och populationer.

Sankt Hans individer har studerats noggrant, men de studier som har utförts, har samtliga undersökts med samma typ av analysmetoder.

Det osteologiska materialet som har analyserats i tidigare studier har undersökts endast med taktila samt okulära undersökningar, och har inte genomgått någon tekniskt avancerad analys.

Det som denna studie vill åstadkomma, är att skapa ett nytt förhåll- ningssätt till Sankt Hans individer, med en förhoppning om att framtida forskning leder till mer generella slutsatser kring grundämnen i ben och dess korrelation till olika faktorer, som ålder, kön och vilken sida av benen som analyserats (eg. bensida).

För att utvidga perspektivet på Sankt Hansmaterialet och skapa nya förutsättningar för fortsatt forskning behövs en grund att bygga på och insamling av ny grunddata. Genom att genomföra denna typ av studie, där röntgenanalys kombineras och jämförs med redan befintlig data utifrån köns och åldersbedömningar, skapas en tvärvetenskaplig bas som möjliggör revidering av tidigare tolkningar. Metoden komplimen- terar även redan observerade patologiska förändringar i ben och läm- nar plats för nya tolkningar och forskning. Grundtanken med denna studie är att styrka och komplettera redan gjorda observationer om

(10)

6

Sankt Hansmaterialet men även skapa ny information om det osteologiska materialet och öppna upp ett nytt fält för forskning på Sankt Hans individer.

1.5 Frågeställningar

Nedan frågeställningar täcker studiens tre viktiga utgångspunkter.

Studiens potential, korrelation mellan variablerna kön, ålder och bensida och grundämnena ansamlade i individernas ben, samt mikrorönt- genfluorescens styrka och begränsningar.

• Finns det ett observerbart samband mellan variablerna kön, ål- der och bensida och olika ansamlade grundämnen?

• Vilka grundämnen kan vara mest intressant att undersöka?

• Vad är för och nackdelarna med mikroröntgenfluorescens metoden?

• Vad är potentialen för framtida forskning på Sankt Hans materialet med mikroröntgenfluorescens som utgångspunkt?

1.6 Avgränsningar

Sankt Hansmaterialet är stort, och tidsbegränsningen gör att det inte är möjligt att studera samtliga ben för varje individ på Sankt Hansmateri- alet, därför har författaren valt ut lårben (femur) som representativt ben.

Bakre (posterior) delen, belägen längst bort från kroppens mittpunkt (distalt) av lårbenet (femur) är utvalt för samtliga individer då det på den delen av benet är plant, vilket gör det enklare för mikroröntgenflu- orescens att få utslag för olika grundämnen på ytan.

Optimalt hade författaren velat att utföra analyser av tvärsnitt på lår- benet (femur), då det i testförsöken visat en skillnad på koncentrat- ionen av vissa grundämnen (till exempel zink) mellan yttre lagret av lårbenet (femur) och det inre spongiösa materialet.

Det som förhindrar en sådan analys är främst tidsramen men även att det inte har gjorts ett tvärsnitt på alla de önskvärda benen vilket hade gjort att analysen inte hade varit homogen och det är svårt att få tillstånd till att göra tvärsnitt på benen. Därför har författaren valt att inte ansöka om tillstånd.

(11)

7

Författaren kommer dock att utföra analys på de ben där tvärsnitt redan är gjort, främst för datainsamling men också i förberedande syfte för framtida studier. Dessa analyserade tvärsnitt kommer att presenteras separat.

Författaren ansökte om att undersöka fler gravar, men Gotlands museum kunde inte bistå med mer material inom tidsramen för studien.

På grund av tidsbrist fick därför det benmaterial från Sankt Hans som fanns tillgängligt i det osteologiska laboratoriet på campus Gotland vara föremål för analys i denna studie. Totalt innefattades det 16 (17) gravar. Dessa gravar är följande: 5, 7, 13, 14, 17, (18), 22, 23, 32, 40, 55, 75, 98, 99, 121, 122 och 127.

I de flesta gravar finns både höger (dexter) och vänster (sinister) sida av lårben (femur), men i en del gravar (14, 13 och 32) finns bara höger (dexter) sida av lårbenet (femur) medan det vänstra (sinister) saknas.

I grav 18 återfanns endast en överarm (humerus) att analysera, och på det benet har det istället utförts en grundlig mapping men kan inte tas med i resultatet då mappingen avbröts av en vakt som öppnade dörren på sin rond och det fanns inte tidsutrymme att utföra en ny analys.

1.7 Källkritik

I det osteologiska materialet hämtat från Sankt Hans kyrkoruin finns det många olika tolkningar från tidigare studier angående ålder och kön på individerna från Sankt Hans. Det är inte optimalt för denna studie då studien riktar sig mot att vara så objektiv som möjligt med så få subjektiva tolkningar som möjligt.

Många av de ålder- och könsbestämningar som presenterats för Sankt Hans individer beskriver endast en tolkning av kön och ålder och samtliga av dessa tolkningar har utgått från främst okulära iaktta- gelser och taktila analyser.

I olika köns- och åldersbedömnings preciseras hur pass gammal eller kvinnlig/manlig en individ är med olika poäng, men det som kom- plicerar en exakt ålder- eller könsbedömning, är att de tidigare studi- erna har bedömt olika ålder för samma individer och studien kan där- för inte utesluta den mänskliga faktorn som möjlig felkälla i dessa be- dömningar.

(12)

8

Även om denna studie ämnar vara så precis som möjligt i sin analys, kommer man därför inte ifrån det faktum att röntgenbestrålning har ett par kända källkritiska moment som måste tas i beaktning.

1. Grunden för röntgenfluorescens bygger på att grundämnen tas upp i benet när osteoner bildas och de förblir till en stor grad in- takta postmortem. Detta utgör ett problem då ben kan kontami- neras av jordmånen de ligger i av bland annat genom konstgöd- sel som kan ge förhöjda värden av kalcium (Price et al. 2002).

Det är viktigt att poängtera i denna studie att det inte finns möj- lighet för att kontrollera för en sådan kontamination på grund av tidsbrist. Dock är meningen med studien att påvisa att det finns potential för grundämnesanalys. Materialet är även begränsat för att det inte fanns tid till att välja ut materialet, utan det som fanns i det osteologiska laboratoriet, redan utlånat av museet, är det material som har använts för analys.

2. I osteologiskt material lagras olika grundämnen mer i olika delar av benet, därför är det viktigt att föra analys på samma ställe för att utfallet inte skall kunna misstolkas, vilket även kommer att utföras i denna studie.

3. Det finns grundämnen som inte kan mätas med hjälp av mikro- röntgenfluorescens. Lättare grundämnen är så kallad ”silent” i analysen. Det innebär att mikroröntgenfluorescens inte kan detektera våglängderna som skickas tillbaka från lätta atomer på ytan av materialet som analyserats (Kramar, 1999).

4. Gruskorn och jordrester kan ge ett felaktigt förhöjt värde av ett ämnen, och ett vanligt problem är till exempel bly. För att för- hindra detta så kan man jämföra varje punkt som är tagen under en analys. Om varje punkt ger samma utslag av, som i detta fal- let, bly, så är det förmodligen inte ett gruskorn, utan det finns bly i materialet. Om det däremot visar på en hög blyhalt endast på någon punkt, kan det röra sig om ett grusmaterial. För att undvika sådan kontamination kan man borsta av ytan försiktigt med en tandborste för att minimera risken för falska värden. I denna studie kommer fyra analyser utföras per ben, på ungefär samma plats och sedan kommer resultaten att kontrolleras och summeras för att få ett medelvärde av grundämnen på ytan för att minimera risken för felaktiga värden.

(13)

9

1.8 Material

Det osteologiska materialet som analyserats i denna uppsats är hämtat från Gotlands museum, Sankt Hans kyrkogård, Visby innerstad. Det är ett material som grävdes fram under 80-talet på uppdrag från riksan- tikvarieämbetet (Ekholm, 2015). Ekholm skriver även att gravarna är uppdelade i två perioder. De äldre gravarna och de yngre. De äldre är daterade från 1100–1200 e.v.t, medan de yngre är daterade mellan 1200–1500 e.v.t. Information om vilka gravar i denna studie som till- hört den äldre eller yngre perioden har endast hittats i Ekholms uppsats, och det innefattade inte alla gravar från denna studie. Doku- mentationen av tidigare analyser av materialet från Sankt Hans är dessutom svåråtkomligt och på grund av tidsbrist fanns inte tid att hitta den informationen i denna studie. Därför lämnas det åt framtida studier att undersöka vilka gravar som tillhört vilken period.

Materialet har belånats från Gotlands museum och har analyserats på riksantikvarieämbetet, kulturvårdslaboratoriet, i Visby.

På grund av tidsram har det inte funnits möjlighet att analysera fler individer än de som redan är utlånade till universitetet. Det innebär att det inte är speciellt utvalt vilka individer som skall analyseras utan det är slumpmässigt beroende på vilka som fanns tillgängliga i det osteologiska laboratoriet på campus Gotland. Till exempel hade författaren önskat fler kvinnliga individer för att ha en jämn könsfördelning och säkrare kunna analysera om det föreligger könsskillnader i grundäm- nesinlagring.

Totalt har 19 (18) antal individer undersökts från gravarna (Tabell 1). Grav 14, 13 och 32 hade bara höger (dexter) lårben (femur). Väns- ter (sinister) lårben (femur) saknades eller var för skadat för att en analys skulle kunna genomföras.

Information för individernas ålder respektive kön har samlats dels från gamla uppsatser, två kurskamraters okulära/taktila (Rüdén, 2019) analyser (Stenhaug, 2019) och egna observationer.

(14)

10

Tabell 1 visar grav med tillhörande kön och åldersbedömning, 0 = ingen ålder eller könsbedömning funnen/noterad.

1.9 För och nackdelar

Ett kort kapitel kring mikroröntgenfluorescens för och nackdelar presenteras för att läsaren skall förstå styrkor och svagheter med metoden:

Fördelar:

• Icke-destruktiv, material som genomgår en röntgenbehand- ling förstörs inte för framtida studier. Dock om man vill få ut DNA från ett benprov så kan DNA’t förstöras men oftast bevaras ändå inte DNA i gammalt osteologiskt material. Studien har analyserat väldigt små områden (5x5 mm) på samma posit- ion, baksidan av lårbenet, belägen längst bort från kroppens

Grav Kön Ålder

Grav 5 Man 40-50

Grav 7 Man 30-35

Grav 13 Man 30-50 Grav 14 Kvinna 40-50 Grav 17 Man 40-60 Grav 18 Man 40-60 Grav 22 Man 20-30 Grav 23 individ 1 0 0 Grav 23 individ 2 0 0 Grav 23 individ 3 0 0 Grav 32 Man 20-30 Grav 40 Kvinna 40-50

Grav 55 Man 40-50

Grav 75 Man 25-30 Grav 98 Kvinna 30-45 Grav 99 Man 40-50 Grav 121 Man 50-60 Grav 122 Man 40-60 Grav 127 Man 40-60

(15)

11

mittpunkt (femur distalt posterior), och DNA har endast tillin- tetgjorts på detta område varför en DNA-analys går att utföra på andra delar av benet.

• Inga förberedande protokoll: Materialet som skall analyseras behöver i de flesta fall ingen förberedelse utan kan bearbetas så fort det kommit in till labbet. Grus och jordmån kan störa signalen, men är det lite smuts att det inte stör så behövs ingen rengöring. Detta beror på att röntgenstrålar penetrerat material till en viss mängd.

• Tidseffektivt: Röntgenfluorescens kan ta någon minut upp till ett par dagar beroende på vad man vill åstadkomma. För att spåra ämnen på ytan av ett material, krävs bara några minuters scanning. Vill man få en mer exakt bild över kvoterna av grun- dämnen på ytan kan det genomföras en mapping.

• Enkel att använda: Maskinen kräver inte någon speciell över- vakning. Det krävs att man placerar objektet som skall analyseras så plant som möjligt och sedan ställer man in via en dator vilka mått som skall analyseras samt hur länge mikroröntgen- fluorescensmaskinen skall belysa ytan på objektet.

• Kostnadseffektivt: Eftersom det inte behövs några större för- beredande protokoll är metoden mikroröntgenfluorescens inte kostsam som till exempel vid en isotop-analys, där benmaterialet måste genomgå en serie av extraktionsförfaranden innan själva analysen kan utföras.

• Portabel mikroröntgenfluorescens: Det finns portabla mikroröntgenfluorescensmaskiner, om än inte lika precisa som stationära, som kan ge ett tillfredsställande svar beroende på vilken fråga som ställs till materialet. Detta kan vara en stor fördel i fältstudier där man redan under arbetets gång kan få en uppfattning om utfallet och ge möjlighet att utvidga eller preci- sera det fortsatta utgrävningsarbetet.

Nackdelar:

• Detektionsproblem: Mikroröntgenfluorescens kan inte detektera alla grundämnen. Isotoper går inte alls att ur- skilja såvida det inte ligger homogent över ytan.

(16)

12

Dessutom kan gruskorn eller annan smuts som nämnt innan, kontaminera materialet och ge felaktigt förhöjda värden vid en analys.

• Intetsägande: Likt all statistisk data så kan resultatet vara intetsägande. Det beror helt på vad för frågeställ- ning som ställs till materialet om resultatet är givande eller inte. Det krävs en förkunskap om materialet och en förkunskap om vad grundämnen kan visa, för att kunna ställa en relevant fråga till materialet och få fram ett till- fredsställande resultat.

• Material: För att kunna analysera en rak linje längs materialet, krävs det att materialet har en förhållandevis plan yta. Detta är svårt för material som krukor och ben, och det går inte alltid att få en plan yta att analysera vilket gör metoden ibland ogenomförbar på grund av materi- alets karaktär (Oyedotun, 2018).

(17)

13

2. Metod

XRF eller röntgenfluorescens, är ett verktyg som används för att generera kvoten av ett grundämne på en yta. Metoden bygger på att rönt- genstrålar som har en fixerad våglängd mellan 10 och 100 nm (nano- meter) bombarderar ytan på objektet som analyseras, vilket får atomerna att excitera. Atomerna skickar då tillbaka en energivåg som kan mätas i ett instrument. En atom består av flera lager av skal, så kallad elektronskal, vilket elektronerna i atomen kretsar kring. När en atom får tillsatt energi, från till exempel en röntgenstråle, så skjuts elektronen som kretsar i det innersta skalet ut (Shackley, 2010). En elektron från ett yttre skall ”hoppar” då ned till det inre skalet. När detta sker skapas det energi från differensen mellan de två energilägena som elektronförskjutningen åstadkommer i form av ett fluorescerande ljus då eller en energivåg figur 1.

Figur 1 visar en exciterad atom, där elektronen från det inre k-skalet skjuts ut med hjälp av energi skapad från röntgenstrålen (Illustration: E. Hall, 1960).

(18)

14

Denna energivåg har ett fixerat värde för varje enskilt grundämne, och har en bestämd våglängd. Våglängderna fångas upp hos en avlä- sare i röntgenfluorescensmaskinen som registrerar våglängden av lju- set för varje atom och räknar ut sambandet mellan våglängden och atomens atomnummer. Sambandet visas då som toppar på ett diagram i ett datorprogram. Av diagrammet kan man då utläsa vilket grun- dämne det är som har detekterats, och programmet i datorn räknar ut medelvärdet av mängden av det ämnet som finns på ytan.

I en enkel analys väljer man ut ett område som skall analyseras på benet, helst en yta som är så platt som möjligt och mäter ut en start och stoppunkt. En röntgenstråle kommer att röra sig över ytan och belysa ytan i punkter med ett visst intervall, till exempel en minut, i ett kvadratiskt område förslagsvis 5x5 millimeter.

Varför man vill att ytan skall vara så platt som möjligt beror på att när våglängden skickas tillbaka från en atom som exciterar, så kan det ge fel utslag om ytan är vågig. Instrumentet som belyser ytan är mycket känslig, och om ytan är vågig så kan det hända att belysningen hamnar ur fokus och missar att fånga upp våglängden. Instrumentet som läser av våglängder kan då inte läsa av våglängden om den inte studsat tillbaka från ytan där maskinen har sitt fokus, vilket resulterar i att våglängden inte registreras och då tolkar röntgenfluorescensmaski- nen det som att det inte finns ett grundämne på ytan just där.

När start och stoppunkt har bestämts, ställer man in ett tidsintervall för hur länge maskinen skall belysa varje punkt. I denna studie har man valt att ställa in bestrålning i nio sekunder på varje punkt.

Därefter konfigureras det in vilken bredd det skall vara mellan punkterna. För att analysen skall vara så homogen som möjligt, så har författaren i denna studie valt intervallet nio sekunder för fokusering på varje punkt, 1,8 millimeters mellanrum mellan varje punkt och 5x5 millimeters area att belysa.

Innan man förbereder det instrumentella protokollet så måste man innan påbörjad analys besvara ett par frågeställningar. Det första som behöver kontrolleras i en mikroröntgenfluorescensanalys, är att be- stämma vilka ämnen som man skall undersöka och som kan vara av intresse (Byrnes and Bush, 2016).

I denna studie har författaren valt att undersöka följande grundäm- nen:

• P (Fosfor)

• Ca (Calcium)

• K (Kalium)

• Mn (Mangan)

(19)

15

• Fe (Järn)

• Cu (Koppar)

• Zn (Zink)

• Pb (Bly)

• Br (Brom)

• Sr (Strontium)

• Sn (Tenn)

Nedan följer förklaring för varje grundämne valt och dess signifikans i denna studie:

Kalcium/fosfor

Kalcium är valt i studien för att det är ett grundämne som ben är upp- byggt av och alltid är förekommande i osteologiskt material, och är därför enklast att jämföra med andra grundämnen. Likadant gäller äm- net fosfor båda dessa ämnen och tjänstgör som en jämförelse för de andra grundämnena så att en gradskillnad lättare kan ses (Aaseth, Bo- ivin and Andersen, 2012).

Kalium

Rikt intag av Kalium fås genom mycket grönsaker och rotfrukter, så- ledes kan kalium vara en indikator för en mer vegetarisk diet, vilket kan säga något om individens matvanor och kanske status (Heaney, 2004).

Mangan

Mangan har valts ut för att brist på mangan kan leda till minskad ben- massa, vilket i sin tur kan vara tecken på osteoporos. Dock bör manganhalten jämföras med andra grundämnen som till exempel blyhalt och tidigare okulära observationer för att kunna konkludera att osteoporos föreligger (Abrams and Griffin, 2004).

Järn

Järn har valts ut för att järnbrist kan spåras okulärt, vilket det även har observerats i tidigare studier, och det är intressant att se ifall det ger något utfall på individer med dokumenterad järnbrist. Järnbrist är van- ligare hos kvinnor då de måste få i sig mer järn på grund av att

(20)

16

kvinnor generellt förlorar mer blod än män genom livet, till exempel genom menstruation och barnafödsel (Harrison-Findik, 2010)

.

Koppar

Koppar har valts ut för att det finns ett samband mellan brist på koppar och osteoporos och även på grund av att brist på koppar har en re- lation till anemi, vilket kan vara intressant att undersöka om järnbrist även visar på en låg kopparhalt (Abrams and Griffin, 2004).

Studier har visat att koppar kan vara en essentiell del i den oste- oblastiska och osteoklastiska (förnyande och nedbrytande processen av ben) processen, och borde då rimligen vara högre hos yngre individer. (Aaseth, Boivin and Andersen, 2012).

Koppar har även ett direkt samband med alkoholism enligt Zioła- Frankowska’s studie, vilket borde leda till förhöjda värden hos äldre individer med alkoholism (Zioła-Frankowska et al., 2015). Därför är åldersbedömningen vid förhöjda kopparvärden viktig för att förstå kopparvärdena rätt.

Zink

Zink har en stimulerande effekt på osteoblastisk aktivitet, bentillväxt och benresorption (bennedbrytning) likt koppar, och avsaknad av Zink kan orsaka minskad bentillväxt, och i längden minskad bendensitet och borde återfinnas i högre grad hos yngre individer (Abrams and Griffin, 2004) återigen är åldersbedömningen viktig i en helhetsanalys om man hos äldre osteoporotiska individer också finner lägre zinkvär- den.

Bly

Bly har valts ut av anledningen att exponering av bly, både genom för- täring och kontakt med hud, ackumuleras i ben och kan ge viktig information om hur blyet har ackumulerats och varför just den individen har exponerats, för framtida studier. En annan viktig aspekt av bly är att överexponering av bly kan leda till osteoporos. Hos barn som blivit exponerade för bly hämmas tillväxten och leder till osteoporos snabb- bare än för en vuxen som exponeras för bly.(Puzas, O'keefe and Ro- sier, 2004). Viktigt att poängtera är att bly ansamlas speciellt i spongiösrikt material i ben som lårbenet (femur). Bly är också det ämne som ökar i koncentration med åldern, till skillnad från till

(21)

17

exempel kalcium, mangan och fosfor som minskar i koncentration ju äldre individen är.

Brom

Brom har valts ut slumpmässigt för att det påträffades i tidiga kon- trolltestar av materialet i en förberedande studie och för att se om det kan ge någon kompletterande information.

Strontium

Strontium har valts ut för att höga halter av strontium kan minska re- sorption och öka bentillväxt (Abrams and Griffin 2004).

Tenn

Tenn har valts ut slumpmässigt för att det påträffades i tidiga kontroll- testar av materialet i en förberedande studie av materialet och för att se om det kan ge någon kompletterande information

När grundämnen relevanta för studien har bestämts, så åtföljs ett protokoll för varje analys. Protokollet används för att kontrollera att samma parametrar används vid varje undersökning för att minimera risken för metodologiskt felaktiga värden.

2.1 Analys

Analyser utfördes med en ARTAX800 µXRF vid riksantikvarieämbe- tet, kulturvårdslaboratoriet i Visby. Nedan följer hur författaren av studien genomfört själva analysen:

Uppstartsprotokoll

1. Flytta undan bordet med material från mikroröntgenfluore- scens maskinen.

2. Starta ARTAX800 µXRF-maskinen.

3. Vänta 30 min, då röntgenröret värms upp och tidiga mätningar kan ge felaktiga värden på grund av detta.

Scanprotokoll

1. Gå in i laboratoriet och trä på en engångshandske.

(22)

18

2. Plocka fram ben som skall analyseras, notera sidan på benet, graven och individ.

3. Borsta av benet på analysytan med en tandborste och vid be- hov dutta lätt med en bit papper för att få bort damm.

4. Lägg ett vitt papper där benet för analys skall läggas.

5. Förbered en liten plastsäck med sand så att det blir enklare att positionera benet för analys.

6. Placera en linjal längst till vänster för mått och skriv ned gravnummer, individnummer samt sida på benet längst till höger på pappret.

7. Lägg benet så platt som möjligt på en plastsäck fylld med sand och ta ett foto, figur 2.

8. För benet in under mikroröntgenfluorescensmaskinen och justera höjden på siktet till ca 0,5 cm.

9. Gå ut ur rummet och stäng dörren för strålrisken, se till att inte glömma något i laboratoriet.

10. Kontrollera filnamn så att det överensstämmer med vad som står på fotot taget av benet.

11. Laserpunkten är synkroniserad med röntgenstrålens fokus- punkt. Fokuspunkten är 70 mikrometer i diameter.

12. Ställ in laserpunkten så att den är i mitten av fokuskvadraten figur 3.

13. Notera all mätdata och inställningar.

14. Välj ut den första punkten i mätningen

15. Justera därefter siktet i sidled tills fem mm i sidled är uppnått och ställ in sista punkt. Då kommer maskinen täcka ett område på 5x5 mm.

16. Ställ in avstånd mellan varje punkt till 1,8 mm så att tidsinter- vallet mellan varje punkt blir nio s.

17. Kontrollera att analysarean är på fem gånger fem mm.

18. Kontrollera att strömmen är inställd på 600 µA och volten in- ställd på 50 keV.

19. Starta scanningsprocessen.

20. Kontrollera att det finns nio stycken bilder och diagram så att alla punkter har mätts.

21. Datorn kommer att analysera och sammanställa medelvärdet av alla mätningar och sedan presentera det i ett diagram.

22. Välj en standardiserad ROI för de utvalda grundämnena och klistra in resultatet i ett excellark där namn på gravnummer, individnummer, ben, bensida, analysarea och mätpunktsarea noteras.

(23)

19

Figur 2 visar ett foto på förberedelse innan analys. Individ har noterats, i detta fall 1, grav, i detta fall individ 1 från grav 122 och sida som i detta fall är sinister (röd kvadrat markerar området på benet som är plant nog för analys) (Fotograf: Sjögren.

P).

(24)

20

Figur 3 visar när laserpunkten för ARTAX µXFR800 är fokuserad i y-led (Fotograf:

Sjögren. P).

Behandling av rådata

För att beräkna och behandla rådatan så började författaren med att räkna ut två medelvärden för varje individ det vill säga, höger sida (dexter) av lårben (femur) fick ett medelvärde och vänster sida (sinis- ter) fick ett medelvärde. Därefter beräknades medelvärdet för varje enskilt grundämne hos alla individer. Samtliga medelvärden per lår- ben (femur) har sammanställts i en lista och förts in i fyra olika dia- gram som visar skillnaderna i grundämnen mellan ålder, kön, grav med bensida och kalcium kvot mot respektive grundämne för att säkra kunna fastställa ett sant värde.

2.2 Resultat

Sammanställningen gjordes på 18 individer varav tre av dessa var kvinnor, grav 18 var bara en humerus, vilket har använts som ma- pingobjekt. Mapping innebär att en större yta analyseras noggrant och med fler punkter. Det skapas en högupplöst bild som visar var

(25)

21

grundämnen ansamlas. Denna process kan pågå i flera dagar. Tyvärr avbröts mappingen på grav 18 av en vakt som öppnade dörren och kortslöt maskinen medan den arbetade, så grav 18 har exkluderats från analys då det inte fanns tid att genomföra en ny analys.

Medelvärdet över den relativa mängden grundämnen distribuerade över ytan för samtliga prover presenteras i tabell 2 för en överskådlig- het av resultaten.

Tabell 2 visar medelvärden för alla mätningar för varje grundämne.

Fosfor 22438,61 Kalium 1331,191 Kal-

cium 1902844 Mangan 1999,824 Järn 32827,18 Koppar 1123,206 Zink 13603,44 Bly 1676,13 Brom 1637,55 Stron-

tium 11032,46 Tenn 82,96183

(26)

22

Fosfor

Figur 4 skillnader mellan ålder, sida och grav för fosfor.

Fosfor var jämnt fördelat mellan män och kvinnor som visas i figur 4.

Inga tecken på samband mellan fosfor och variablerna kön, bensida eller ålder. Detta på grund av att samtliga låg inom ramen för medelvär- det (22438,61) observera att antalet kvinnor omöjliggör säkra slutsat- ser gällande kön och samband med halter av fosfor.

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

40-50 grav 5 dx 40-50 grav 5 sin 30-35 grav 7 dx 30-35 grav 7 Sin 30-50 grav 13 Dx 40-50 Grav 14 Dx 40-60 Grav 17 Dx 40-60 grav 17 Sin 20-30 grav 22 Dx 20-30 grav 22 sin ? Grav 23 ind 1 Dx ? Grav 23 ind 1 sin ? Grav 23 ind 2 Dx ? Grav 23 ind 2 sin ? Grav 23 ind 3 Dx ? Grav 23 ind 3 sin 20-30 grav 32 Dx 40-50 Grav 40 Dx 40-50 Grav 40 Sin 40-50 grav 55 Dx 40-50 grav 55 Sin 25-30 grav 75 Dx 25-30 grav 75 sin 30-45 grav 98 Dx 30-45 grav 98 sin 40-50 Grav 99 Dx 40-50 Grav 99 Sin 50-60 grav 121 Dx 50-60 grav 121 Sin 50-60 grav 122 Dx 50-60 grav 122Sin 40-60 grav 127 Dx 40-60 Grav 127 Sin

Skillnader grundämne/ålder S:t Hans individer

Fosfor

(27)

23

Kalium

Figur 5 skillnader mellan ålder, sida och grav för kalium.

Äldre individer tenderade att ha större mängd kalium generellt, figur 5.

Det finns inget tecken på samband mellan kön och mängden kalium hos individerna därför att halten varierade osystematiskt både hos männen och kvinnorna, men återigen för få kvinnor för säkra slutsatser om eventuella könsskillnader.

Grav 7, 17, 23 individ 1 och individ 3 och grav 55 hade högt avvikande värden av kalium. Dessa individer hade samtliga ett värde över medelvärdet. De hade ett värde över 0,1% kalium i förhållande till kalcium, figur 6. Medelvärdet för kalium kvot av kalcium är 0,05%.

Tre individer hade mycket högre kaliumvärde på höger (dexter) lår- ben (femur), fyra individer hade mycket högre kaliumvärde på vänster (sinister) lårben (femur). De tre var individ 1 från grav 23 (2603,5), individ 1 från grav 55 (7174,75) och individ 1 från grav 98 (2303). De fem var individ 1 från grav 7 (3122), individ 1 från grav 17 (1999,5), individ 3 (4316,25) från grav 23, individ 1 från grav 121 (1665,5) och individ 1 från 122 (1989,5).

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Skillnader grundämne/ålder S:t Hans individer

Kalium

(28)

24

Individ 1 från grav 55 hade avvikande högt värde av kalium i höger (dexter) lårben (femur) (7174,75). Vänster (sinister) lårben (femur) var väldigt mycket lägre (608,25) vilket är konstigt. Höger (dexter) och vänster (sinister) sida av lårben (femur) borde ha haft jämnare värden av kalium. Hälften av alla individer har ungefär samma mängd kalium i båda sidor av lårben (femur). De gravar som har en skillnad mellan höger (dexter) och vänster (sinister) lårben (femur) är individ 1 från grav 7, individ 1 och 3 från grav 23, individ 1 från grav 55, individ 1 från grav 99, individ 1 från grav 98, individ 1 från grav 121 och individ 1 från grav 122. kaliumkvot mot kalcium visar samma resultat som mängden kalium överlag på alla individer.

.

Figur 6 calciumkvot mellan sida och grav för kalium

0,0000%

0,0500%

0,1000%

0,1500%

0,2000%

0,2500%

0,3000%

0,3500%

0,4000%

Grav 5 Dx Grav 5 Sin Grav 7 Dx Grav 7 Sin Grav 13 Dx Grav 14 Dx Grav 17 Dx Grac 17 Sin Grav 22 Dx Grav 22 Sin Grav 23 individ1 Dx Grav 23 indicid 1 Sin Grav 23 individ 2 Dx Grav 23 indicid 2 Sin Grav 23 individ 3 Dx Grav 23 individ 3 Sin Grav 32 Dx Grav 40 Dx Grav 40 Sin Grav 55 Dx Grav 55 Sin Grav 75 Dx Grav 75 Sin Grav 98 Dx Grav 98 Sin Grav 99 Dx Grav 99 Sin Grav 121 Dx Grav 121 Sin Grav 122 Dx Grav 122 Sin Grav 127 Dx Grav 127 Sin

Ca kvot

Kalium

(29)

25 Kalcium

Figur 7 skillnader mellan ålder, sida och grav för kalcium.

Två av tre kvinnor låg under medelvärdet för kalcium, figur 7, medel- värdet för kalcium är 1902844. Grav 14 (har ett värde 1835666,5) och 98 (har värdet 1876136,75 höger (dexter) sida, respektive 1748294,25 vänster (sinister) sida) låg under medelvärdet medan grav 40 låg över (1955847,75 för höger (dexter) sida respektive 1910638,25 för vänster (sinister) sida). Männen varierar både över och under medelvärdet.

Värdena för kalcium visar inga tecken på åldersskillnader då det varierar mellan åldrarna utan någon tydlig indikation. Både yngre och äldre individer under/över medelvärdet fanns representerade. Det kan också vara så att åldersbedömningarna inte stämmer och det är därför som det inte går att se någon åldersskillnad. Könsskillnader skulle kunna finnas men de är för få kvinnor i materialet.

1550000 1600000 1650000 1700000 1750000 1800000 1850000 1900000 1950000 2000000 2050000 2100000

Skillnader grundämne/ålder S:t Hans individer

Kalcium