分析化学在考古学研究中的应用

分析化学在考古学研究中的应用

人们对古陶瓷的认知是多方面和多层次的，通常对一件古陶瓷器来说，主要是通过对它的造型、纹饰、款式、釉彩、工艺、胎釉等方面进行研究[1]。研究的基础是将研究对象和一系列经排比的标准器物进行比对，这些研究在一般情况下都是直接依靠人眼来进行的，由于牵涉到的历史、美术及工艺等知识较多，研究成果的取得需要有较长时期的积累。随着科学技术的进步，越来越多的新的测试方法问世，物体的结构、化学成分、热特性、密度、元素化学状态以及对热、光等的反应特性等等都可以成为分析测试的对象。在这些分析对象中，有很多是人眼不能分辨和察觉的，它们与颜色、质地、纹饰等一样都是物质的属性

一：古文物的年代研究

1 X荧光成分分析测量陶瓷器年代

x荧光能全面分析古器物的钠、镁、铝、硅、铅等16种微量元素的组成和变化情况，通过和标准样本的数据作对比，判断检测品的真实性。x荧光能谱分析已广泛应用于古陶瓷研究、古陶瓷元素分析、产地辨别及古陶瓷真伪鉴别等考古、文物领域。热释光是磷光体受到辐射作用后积蓄起来的能量在加热过程中重新以光的形式释放出来的物理现象。利用这一现象，可以测定陶瓷器和砖瓦等物体的烧制年代，是20世纪60年代发展起来的一项考古、测年技术¨J。热释光是陶瓷器中放射性物质和周围环境发出的微弱的核辐射通量长期作用在陶瓷器矿物晶体中产生的一种效应。影响热释光信号的外界因素有高温加热，人工辐照，光照作用等。早在1989年，Trowbridge和Bubank做过试验：他们把天然荧石加热，排空它们在地质时期积累的热释光，然后用x射线辐照，在没有光的情况下观察辐射剂量与发出的热释光的关系，基本确定热释光由辐照产生。可见热与x射线辐照都会影响或一定程度上改变本来的热释光信号强度。在一般的热释光现象中，激发的方式有很多种。由摩擦或者研磨激发的称摩擦热释光，由电场传输的能量激发的称电子热释光。通常讲的热释光指由紫外光子和电离辐射激发的热释光.

2 中子活化分析

中子活化分析方法(INNA)在古陶瓷学上常被用来研究陶瓷器的产地。INNA是一种应用于成分分析的放射分析物理方法。活化分析的基础是核反应，以中子或质子照射试样，引起核反应，使之活化产生辐射能，用^y射线分光仪测定光谱，根据波峰分析确定试样成分；根据辐射能的强弱进行定量分析。其典型的测试灵敏度可达10曲(ppb)级别，某些元素的灵敏度达到了10-12(ppt)级别。

3 化学组成分析在判别古陶瓷年代中的应用

通过古陶瓷元素成分分析来辅助古陶瓷年代判别的工作进行了已有几十年了，但直到近年才开始进入实质性的系统发展阶段，主要原因是：古陶瓷的化学组成与制作年代没有直接一一对应的关系，判别必须依赖完善的化学组成数据库，而建市数据库的工作量非常大；另外通过化学组成来辅助古陶瓷判别的科学模式还有待进一步完善。在构建古陶瓷化学组成数据库的基础卜，经过一段时问的摸索，我们在甄别现代仿品和推断瓷器年代方面有了几个成熟的模式。需要说明的是，在所有古陶瓷判别的工作中，给出肯定性的结论只可能是相对的，如：仿品胎釉的化学组成这一属性与真品相符，并不能说明它在其它各属性上也与真品相符，需要多重证据(如纹饰造型、热释光特性等)支持才能有更精确的判定。但如果仿品在某些特征性的属性上与真品不符，所给出的否定性的判别结论则是可信的。

二：文物的无损研究

无损检测技术是在现代物理学、电子学、计算机技术、信息处理技术等学科的基础上发

展起来的一门综合性技术。发达国家特别重视无损检测技术。美国在政府工作报告中明确把无损检测技术中心作为国家六大技术中心之一进行建设。利用红外光谱和拉曼光谱技术对样品进行无损分析,具有测试样品非接触性、非破坏性、检测灵敏度高、时间短、样品所需量小及样品无需制备等特点。在分析过程中不会对样品造成化学的、机械的、光化学和热的分解,是分析科学领域的研究热点之一,被广泛应用于医学、药物、文物考古、宝石鉴定和法庭科学等方面[5].

Edwards[6]发表了在艺术品、文物和考古中应用拉曼光谱的研究成果,对考古学家和历史学家进行文物的鉴别研究提供了基础数据。Vandenabeele等用显微拉曼研究了26种天然有机粘合剂和颜料的光谱,将其作为指纹识别未知粘合剂和油漆的数据资料,该资料在对中世纪彩色稿本中的粘合剂和颜料的鉴别中得到了验证。Silvia等用显微拉曼对16世纪的波斯彩色稿本的颜料进行了测定。左键等利用拉曼光谱对河南班村遗址出土的仰韶彩陶陶彩以及河北磁县湾漳东魏北齐大型壁画墓中的壁画颜料进行了无损分折,结果表明:红彩为赤铁矿,白彩为铝土矿,黑彩为磁铁矿,陶彩的颜色不仅取决于颜料的矿物成分,而且与颜料的颗粒大小有关;壁画颜料的测定表明:红色颜料为辰砂,黑色颜料为石墨类材料即碳黑,浅蓝色颜料为有杂质替代

的方解石。Clark 等收集了不同颜色的颜料的拉曼光谱用于旧绘画和手稿的描述、修复、保存及年代的测定。Alessandra等用显微拉曼对绘画材料进行了实时实地的鉴定研究。Edwards 等用N IR2FT2Raman对3种木乃伊的皮肤和指甲进行了研究,实验结果用于判定木乃伊处理过程和形成。Edwards等还报告了用拉曼光谱对木乃伊绷带的亚麻、琥珀]和古代用Water2Bottles 上密封剂树脂的研究结果。这些研究结论为文物中未损坏材料的降解过程研究提供了数据,为文物的保护、损坏文物的修复提供参考。杨群等对云南省永仁县出土的新时器时期的灰、白两件石斧表面、截面进行无损分析,确定了灰石斧主要成分为L iAlSi4O10 ,白石斧中白色物质是由细晶粒石英组成。杨群等应用显微拉曼光谱技术对云南楚雄万家坝出土的古青铜矛进行了分析,确定矛身表面腐蚀产物和矛尖表面的黑色坚硬物质的主要成分,并由腐蚀产物的成分推测青铜矛所经历的环境特征。

三：结论

拉曼光谱和红外光谱技术对样品进行无损分析已广泛应用于医药、文物、宝石鉴定和法庭科学等领域。该技术在细胞和组织的癌变检测取得进展,随着分析方法完善和研究病例的增多以及对于病变组织差异性的规律性认识深化,使FTIR和Raman光谱发展成无损诊断肿瘤方法的可行性得到确认;对文物样品的无损分析研究,使文物的鉴定、年代的测定及文物的恢复和保存的方法更安全可靠;对爆炸物、毒品、墨迹等的痕迹无损检测为法庭提供科学证据的有力手段;对宝石的无损分析研究,认识各地宝石中的包含物差异性,并使宝石的鉴别与评价有

了科学依据

四：参考文献:

[1] 汪庆正．简明陶瓷词典．上海辞书出版社。1989

[2] 铁付德.陈卫.于鲁冀.关绍康古代青铜器的腐蚀及其控制研究 1997(02)

[3] 程德润.党高潮环境对青铜文物锈蚀的影响 1995(02)

[4] 李婧,李倩,王晓波,屈晓田.拉曼光谱在古陶片研究中的应用.实验科学与技

术.2006,153-156

[5] 施玉珍.拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展 Chinese Journal of Analytical

Chemistry: 2005, 272～276

[6] Vandenabeele P, Wehling B, Moens L, Edwards H, De ReuM, Van Hooydonk G.

Analytical Chemical Acta, 2000, 407 :261～274

参考文献: