Characterization of wall paintings from the site of Teotihuacan, Mexico: Pigment and plaster analysis

This study details the characterization of wall painting fragments from the ancient Mesoamerican site of Teotihuacan, located in present-day Mexico. Analyses of pigments, plasters, and sample microstratigraphy were performed with the aim of providing insights into their production methodology and variations in technological style. To achieve this, several analytical techniques were employed, namely: X-Ray Diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), polarized light microscopy (PLM), micro-Raman spectroscopy, micro-FTIR spectroscopy, and scanning electron microscopy paired with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). Samples were first prepared for XRD analysis to determine their mineralogical composition. Plaster samples were prepared in powder form for X-ray Powder Diffraction (XRPD), whereas the preparation of pigment surfaces was achieved non-invasively. The results of XRD-XRPD were sufficient to provide a starting point for characterization of pigment and plaster components, including pigment identification, pigment additives, and variations in plaster composition. To provide information about potential organic components included in the pigment surfaces or pigment matrices, FTIR spectroscopy was employed. The pigment surfaces of four samples were selected for analysis, however some technical difficulties with the apparatus allowed for meaningful results of only two samples. To supplement these results, the question of organic components was considered in subsequent methods. It was then necessary to prepare the samples in cross sections for analyses via optical microscopy, micro-Raman spectroscopy, micro-FTIR spectroscopy, and SEM-EDS. This involved embedding the samples in epoxy resin, curing in an oven, and finally polishing the surfaces. Imaging of all samples was then performed with an optical microscope equipped with a camera, and micrograph maps were generated by image-stitching in Photoshop. These images provided information on the microstratigraphy of the samples, revealing the interactions between pigment, intonaco, and base plaster layers. To complement results obtained from XRD, FTIR, and optical microscopy, micro-Raman spectroscopy was subsequently performed. This enabled confirmation of the presence of mineral phases identified by XRD, as well as providing additional information concerning the nature of the mixture of components incorporated in the pigment layers. Continuing, the samples were analyzed using SEM-EDS. Images of the samples at varying magnifications were taken, and specific regions of the samples were selected for EDS point analyses. Microchemical mapping was then performed at the interfaces of the stratified samples, allowing for a more comprehensive understanding of interactions between and within layers. These findings again confirmed hypotheses suggested from previous methods as well as contributed new information about the production technology of plaster layers and the chemical interaction of phases. Finally, micro-FTIR analyses and integration mapping were performed on the microstratigraphy of two samples to further understand the interactions between the matrix and aggregate of plaster and pigment layers. FTIR maps were used to determine the distribution of calcite and silicates in these layers, and provided useful comparison with SEM-EDS chemical maps. Ultimately, the results of these complementary methods contribute to a more comprehensive understanding of the techniques employed in creating the wall paintings of Teotihuacan. Through uncovering the material composition of pigments and plaster, technological advancements, and production methods used at the site, we come closer to interpreting the society behind the paintings.

Questo studio descrive in dettaglio la caratterizzazione di frammenti di pittura murale dell'antico sito mesoamericano di Teotihuacan, situato nell'attuale Messico. Sono state eseguite analisi di pigmenti, intonaci e microstratigrafie dei campioni allo scopo di fornire informazioni sulla loro metodologia di produzione e sulle variazioni nello stile tecnologico. Per raggiungere questo obiettivo, sono state impiegate diverse tecniche analitiche: diffrazione ai raggi X (XRD), spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR), microscopia a luce polarizzata (PLM), spettroscopia micro-Raman, micro-FTIR e microscopia elettronica a scansione abbinata a spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (SEM-EDS). I campioni sono stati prima preparati per l'analisi XRD al fine di determinare la loro composizione mineralogica. I campioni di intonaco sono stati preparati in polvere per la diffrazione ai raggi X delle polveri (XRPD), mentre la preparazione delle superfici dei pigmenti è stata ottenuta in modo non invasivo. I risultati di XRD-XRPD sono stati sufficienti a fornire un punto di partenza per la caratterizzazione dei componenti di pigmenti e strati preparatori, tra cui l'identificazione dei pigmenti, gli additivi dei pigmenti e le variazioni nella composizione degli strati di intonaco. Per fornire informazioni sui potenziali componenti organici inclusi nelle superfici dei pigmenti o nelle matrici dei pigmenti, è stata impiegata la spettroscopia FTIR. Le superfici dei pigmenti di quattro campioni sono state selezionate per l'analisi, tuttavia alcune difficoltà tecniche con lo strumento hanno consentito di ottenere risultati significativi solo per due campioni. Per integrare questi risultati, la questione dei componenti organici è stata presa in considerazione nelle analisi successive. È stato quindi necessario preparare i campioni in sezioni trasversali per le analisi tramite microscopia ottica, spettroscopia micro-Raman, spettroscopia micro-FTIR e SEM-EDS. Ciò ha comportato l'inclusione dei campioni in resina epossidica, la polimerizzazione in un forno e infine la lucidatura delle superfici. L'imaging di tutti i campioni è stato quindi eseguito con un microscopio ottico dotato di una fotocamera e le mappe micrografiche sono state generate tramite l'unione delle immagini in Photoshop. Queste immagini hanno fornito informazioni sulla microstratigrafia dei campioni, rivelando le interazioni tra pigmento, intonaco e strati di intonaco di base. Per integrare i risultati ottenuti da XRD, FTIR e microscopia ottica, è stata successivamente eseguita la spettroscopia micro-Raman. Ciò ha consentito di confermare la presenza di fasi minerali identificate tramite XRD, oltre a fornire informazioni aggiuntive sulla natura della miscela di componenti incorporati negli strati di pigmento. Proseguendo, i campioni sono stati analizzati utilizzando SEM-EDS. Sono state acquisite micrografie dei campioni a diversi ingrandimenti e sono state selezionate regioni specifiche dei campioni per l'analisi elementare EDS. Successivamente è stata eseguita una mappatura chimica alle interfacce dei campioni stratificati, consentendo una comprensione più completa delle interazioni tra e all'interno degli strati. Infine, sono state eseguite analisi e mappature micro-FTIR sulla microstratigrafia di due campioni per comprendere ulteriormente le interazioni tra la matrice e l'aggregato di intonaco e strati di pigmento. Sono state utilizzate mappe FTIR per determinare la distribuzione di calcite e silicati in questi strati e hanno fornito un utile confronto con le mappe chimiche SEM-EDS. Questi risultati hanno confermato nuovamente le ipotesi suggerite dai metodi precedenti e hanno anche fornito nuove informazioni sulla tecnologia di produzione degli strati di intonaco e sull'interazione chimica delle fasi.