科技考古-光谱分析基础.ppt

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1、第一节第一节 电磁辐射的基础知识电磁辐射的基础知识 一、电磁辐射1、电磁波谱31010 3108 3106 3104 3102 3100 310-2 310-4 波数， cm-1 1021 1019 1017 1015 1013 1011 109 107 频率，Hz 10-4 10-2 100 102 104 106 108 109 波长， nm X 射线 可见 微波 射线 紫外 红外 无线电 电磁辐射波谱图电磁辐射波谱图2、辐射能参数 1）波长（）：相邻两个波峰或波谷之间的直线距离，单位为米（）、厘米（）、微米（）、纳米（）或埃（）。）频率（）：单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数目

2、，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单位为赫兹（，即）。3）波数（）：每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即=1。波数的单位常用K（Kayser,即cm-1）来表示。4）传播速度（）：辐射传播速度等于频率乘以波长，即=。）周期（）：相邻两个波峰或波谷通过空间某固定点所需要的时间间隔，单位为秒（）。）电子伏特（）：表示一个电子通过电位差为的电场时所获取的能量。 二、 电磁辐射的波粒二象性 1. 光的波动性 电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。 磁场磁场传播方向传播方向电场电场单光色平面偏振光的传播y = A sin(

3、 t + ) = A sin(2 vt + )2. 光的粒子性 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象的发现。 1）光电效应（Photoelectric effect）现象：1887，Heinrich Hetz（在光照时，两间隙间更 易发生火花放电现象）解释：1905，Einstein理论，E=h证明：1916，Millikan（真空光电管）2）能态（Energy state） 量子理论(Max Planck，1900)： 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能量是量子化的；处于不同能量状态

4、粒子之间发生能量跃迁时的能量差 E 可用 h 表示。 两个重要推论： 物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于两个能级之间的能量差； 反之亦是成立的，即 E =E1-E0=h三、电磁辐射与物质的作用过程 1、吸收过程 不同波长的电磁辐射都具有相应的能量，它作用于粒子（原子、离子或分子）时，如果粒子的低能态（基态，）与高能态（激发态，）之间的能量差与电磁辐射的能量相同，则该光子将被粒子选择性地吸收；粒子自身的状态由基态跃迁到激发态。这个过程称为吸收过程。 光子 现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定现象：当电磁辐射通过固体、液体或

5、气体时，具一定 频率频率( (能量能量) )的辐射将能量转移给处于基态的原的辐射将能量转移给处于基态的原 子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这 些辐射被些辐射被选择性地选择性地吸收。吸收。原子吸收：原子吸收光谱分析原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS)(AAS)；分子吸收：紫外可见光度分析分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)(UV-Vis)；分子吸收：红外光谱分析分子吸收：红外光谱分析(IR)(IR)及拉曼光谱及拉曼光谱(Raman)(Raman) ；核吸收：核磁共振光谱核吸收：核磁共振光谱(NMR)(NMR)。电磁辐射电磁辐射原子、离原子、离子

6、、分子子、分子光光原子原子* *、离、离子子* *、分子、分子* *原子、离原子、离子、分子子、分子激发激发激发态激发态基态基态基态基态能量能量吸收吸收2、发射过程 粒子吸收能量后，从低能级跃迁到高能态。处于高能态的粒子是不稳定的，在短暂的时间（约秒）内，又从高能态跃回低能态。 电子或者其它电子或者其它基本粒子基本粒子原子原子,离子离子,分子分子轰击轰击原子原子*, 离离子子*,分子分子*原子原子,离子离子,分子分子X激发激发激发态激发态基态基态基态基态能量能量发射发射电弧电弧,火花火花,火火焰焰, ICP原子原子,离子离子,分子分子原子原子*,离子离子*,分子分子*原子原子,离子离子,分子分

7、子UV,VIS,IR激发激发激发态激发态基态基态基态基态能量能量发射发射电磁辐射或者电磁辐射或者化学反应化学反应原子原子,离子离子,分子分子光（一次光）光（一次光）原子原子*, 离离子子*,分子分子*原子、离原子、离子、分子子、分子荧光（二次光）荧光（二次光）激发激发激发态激发态基态基态基态基态能量能量发射发射AESX-rayAFS,MFS,XFS 3、散射过程 当光与物质作用后，光的传播方向发生了改变，这种现象叫做光的散射。丁达尔散射(Tyndall)：大分子（如胶体粒子和聚合物分子）尺寸与光的波长相近时所产生的散射现象，此时散射光极强（与2成反比），可以肉眼观察到。瑞利散射(Rayleig

8、h)：（弹性碰撞， 方向改变，但 不变） 当分子或分子集合体的尺寸远小于光的波长时所发生的散射现象。散射光强与光的波长的4、散射粒子的大小和极化率成反比。天空为什么呈蓝色？拉曼散射(Raman)：（非弹性碰撞，方向及波长均改变） 光照导致的分子内振动能级跃迁而产生的分子极化过程。分子极化率越大，Raman散射越强。 瑞利散射 拉曼散射4、折射与反射（Reflection and Refraction）5、干涉（Coherent interference） 当频率相同，振动方向相同，位相恒定的波源所发射的两束波在传播过程中，由于存在着光程差，致使两束波在相遇时会产生波的叠加，波的叠加会出现光的加

9、强和削弱，呈现明暗相间的条纹，这种现象叫做光的干涉。 平行光束平行光束单缝衍射单缝衍射双缝衍射双缝衍射6 6、光的衍射（、光的衍射（DiffractionDiffraction） 衍射：光波绕过障碍物而弯曲地向后面传播的现象，称为波的衍射现象 7、光的偏振（Polarization） 天然光通过某些物质后，某一方向的振动保留下来，另一方向的振动被消除，这种只在某一固定方向有电场矢量或磁场矢量的光称为平面偏振光。 光学分析方法： 利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质的定性和定量分析的方法。 历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用，这也是

10、目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用。 元素原子可能存在的光谱元素原子可能存在的光谱项及能级跃迁常用能级图来表项及能级跃迁常用能级图来表示。最上面的是光谱项符号；示。最上面的是光谱项符号；最下面的横线表示基态；上面最下面的横线表示基态；上面的表示激发态；的表示激发态；可以产生的跃迁用线连接；可以产生的跃迁用线连接； 线系：由各种高能级跃迁到线系：由各种高能级跃迁到同一低能级时发射的一系列光同一低能级时发射的一系列光谱线；谱线； 元素由基态到第一激发元素由基态到第一激发态的跃迁最易发生，需要的态的跃迁最易发生

11、，需要的能量最低，产生的谱线也能量最低，产生的谱线也最最强强，该谱线称为，该谱线称为共振线共振线 ，也，也称为该元素的称为该元素的特征谱线特征谱线；原子光谱为线状光谱，分子光谱为带状光谱原子光谱为线状光谱，分子光谱为带状光谱.原子光谱图原子光谱图分子光谱图分子光谱图跃迁类型与分子光谱 分子光谱复杂，电子跃迁时伴有振动和转动能级跃迁； 分子的紫外-可见吸收光谱是由电子跃迁引起的，故又称电子光谱，谱带比较宽； 分子的红外吸收光谱是由于分子中基团的振动和转动能级跃迁引起的，故也称振转光谱； 分子的荧光光谱是在紫外或可见光照射下，电子跃迁至单重激发态，并以无辐射弛豫方式回到第一单重激发态的最低振动能级

12、，再跃回基态或基态中的其他振动能级所发出的光谱； 分子的磷光是指处于第一最低单重激发态的分子以无辐射弛豫方式回到第一最低三重激发态，再跃迁回到基态所发出的光谱；第二节第二节 现代分析技术在文物研究中的应用现代分析技术在文物研究中的应用 钱临照先生钱临照先生为李虎侯先生著的为李虎侯先生著的实验室考古学实验室考古学一书写一书写的序言中的序言中说到，说到，“考古学走进了实验室后发展前景远不止在断考古学走进了实验室后发展前景远不止在断代一事。例如光谱仪、代一事。例如光谱仪、X射线衍射仪、电子显微镜、质谱仪、射线衍射仪、电子显微镜、质谱仪、激光、金相分析、穆斯堡尔效应等仪器和手段在我国已先后为激光、金相

13、分析、穆斯堡尔效应等仪器和手段在我国已先后为考古学中文物鉴定、分析、推断以及保护等发挥了作用。考古学中文物鉴定、分析、推断以及保护等发挥了作用。” 在考古研究中，光谱分析主要是测定古物的结构和成分，在考古研究中，光谱分析主要是测定古物的结构和成分，从而达到各种分析目的，进而推断和判断当时的人类社会文化。从而达到各种分析目的，进而推断和判断当时的人类社会文化。光谱分析在考古学中主要应用有鉴定古物的年代、真伪、产地、光谱分析在考古学中主要应用有鉴定古物的年代、真伪、产地、制作工艺以及如何进行文物保护。制作工艺以及如何进行文物保护。1、文物的鉴定： 文物的鉴定包括两个内容： 一是鉴定文物的材质，有些

14、文物用肉眼就可以分辨,是陶器还是青铜器；有些文物用肉眼就不好分辨,有时为一件文物是什么材质的,考古学家们争论不休。例1：安徽东至发现的南宋关子钞版，当时有人认为是铁的，经化学分析和X射线荧光分析是铅的。拉曼光谱分析的结果表明，白色的腐蚀产物为氧化铅（PbO）和碳酸铅（PbCO3），结合形貌观察的结果，很可能还有碱式碳酸铅Pb2(OH)2CO3）。 例2：汉代白金三品：史记 平准书：“又造银锡为白金，以为天用莫如龙，地用莫如马，人用莫如龟，故白金三品。”千家驹 郭彦岗中国货币发展简史和表解：“公元前119年，（武帝元狩四年）行用白金三品。1，上品圆形龙币，值钱三千（名白撰，其文龙）。2，中品方形

15、马币，值钱五百（其文马）。3，下品椭形龟币，值钱三百（其文龟）元鼎二年废。”白金三品为银锡合金，无纯度比例，是中国用银币之始。 有人认为是银的，有人认为是锡铅合金，有人还从合金的组成上推断是锡，经X射线荧光分析，结果是铅的。 例3：蚁鼻钱，是先秦楚国的货币，又叫鬼脸钱，由于是春秋、战国时期的，很多考古学家理所当就地认为是青铜器，经X射线荧光分析，虽然也是铜锡铅合金，但有的含铅量达7080%，有的含锡量达68，含铜量超过50的，17个样品中只有3枚，这说明蚁鼻钱的配料没有统一的规定，将它归纳到青铜类显然是不妥的。 例4：在纽华克(Newark)博物馆里收藏着一只小玻璃瓶，它是公元前六世纪到四世纪

16、期间由叙利亚制造的，发现它里边装有一种深棕色的液体的残留物，经核磁共振光谱技术测定，是含有大量油酸和少量的饱和脂肪酸的混合物。 例5：2003年3月，西安北郊凤鸣原汉墓出土装在铜锺中两千多年前的52斤古酒，出土时就有葡萄酒与米酒之争 。陕西秦美酒业的高级工程师刘安都认为，西汉古酒很有可能是猕猴桃酿成的果酒。也有人认为是黄酒的可能性较大。经红外光谱、紫外可见光谱等光谱分析确定，可以确定为米酒，是什么米酿的需进一步确定。 二是鉴定真伪。例1：汝官瓷与仿汝瓷，虽然现代仿汝瓷可以以假乱真，但成分上有区别，X射线荧光光谱图是不一样的，仿汝者1的仿汝瓷含锌量高，仿汝者2的仿汝瓷含锶量高，用古代的成分含量现

17、代人是烧不出来的。仿汝者仿汝者1仿汝者仿汝者2例2：银元，真的是银，假的是白铜。古代的金、银器与现代的也不一样，古代的内杂质较多，现代的较纯。 例3：古画，古代用的颜料与现代的是不一样的，美国曾对迭戈在1658年画的奥地利的玛丽安娜皇后的油画进行鉴定，用X射线荧光分析了画中的白色颜料，用的是铅白和石膏，证明此画是真的，因为1870年以后油画的白色颜料只用钛白了。最后的晚餐2、文物的断代： 电子自旋共振法(ESR)测年方法是二十世纪八十年代迅速发展起来的一项测年技术。自旋共振测年的基本原理是利用电子自旋共振的方法直接测定晶体样品在自然环境中由于辐照损伤所产生的顺磁中心的数目。而全部辐照剂量与样品

18、形成的年龄有关。电子自旋共振年龄A将由 D =D = 决定。D为古剂量，为年剂量。 我国在1985年才开始进行这方面研究。1989年黄培华教授等人成功地利用电子自旋共振测年方法测定了周口店北京猿人的年龄为57.86.6万年，北京猿人生存距今6025万年左右，断断续续在猿人洞中居住达35万年之久。A0(t)dtD 同一类型的古物，各朝代在制作工艺和配料上是不一样的。反映到成分上是有区别的。可以利用X射线荧光分析进行文物的断代。 例1：铜镜，就是古代用铜做的镜子。在古代，铜镜是人们不可缺少的生活用具。铜镜又是精美的工艺品。它制作精良，形态美观，图纹华丽，铭文丰富，是我国古代文化遗产中的瑰宝。四千年

19、前我国就出现铜镜。汉代铜镜普遍使用高锡含铅的青铜镜，唐代在青铜镜中大量加入铅，宋代青铜镜中含铅量极高，达30以上，并开始加入锌，元以后大量使用白铜镜，明中期后使用黄铜镜，通过X射线荧光分析就可以推断它们的年代。龙虎对峙镜（高圆浮雕） ，背径84mm，有一细裂纹，东汉至六朝例例2：陶瓷也是一样，如景德镇的瓷器，瓷胎的主要成分在各朝：陶瓷也是一样，如景德镇的瓷器，瓷胎的主要成分在各朝代是区别的，唐代代是区别的，唐代SiO2的含量在的含量在75以上，以上，Al2O3的含量在的含量在20以下；宋元明，以下；宋元明，SiO2的含量在的含量在70以上，以上，Al2O3的含量在的含量在20左左右；清代右；清

20、代,SiO2小于小于70%，Al2O3大于大于20。 青花缠枝牡丹罐青花缠枝牡丹罐 清清 顺治顺治 尺寸：尺寸：18 49 厘米厘米估价：估价：6000065000 RMB 釉面青白厚亮，胎体厚重，釉面青白厚亮，胎体厚重，青花色泽浓艳；纹饰以缠枝牡丹青花色泽浓艳；纹饰以缠枝牡丹纹为主，绘满器物，为典型顺治纹为主，绘满器物，为典型顺治时期的粗犷作风。时期的粗犷作风。明青花瓷胎的分析结果：明青花瓷胎的分析结果： SiO2：7376%范围内变动；范围内变动；CaO：0.110.75%； MgO：0.160.30%； Fe2O3：0.571.24%； TiO2：0.070.43%；MnO：0.020.

21、10%。 从洪武到万历之间，胎中从洪武到万历之间，胎中Al2O3含量有一个由低到高而后又含量有一个由低到高而后又回落到较低的变化情况，如洪武青花瓷胎中含回落到较低的变化情况，如洪武青花瓷胎中含Al2O3为为1819，其含量尚低于元代的若干青花瓷胎。到永乐时期，青花瓷胎，其含量尚低于元代的若干青花瓷胎。到永乐时期，青花瓷胎的的Al2O3含量已增到含量已增到1920之间。宣德时期，一部分与永乐接之间。宣德时期，一部分与永乐接近，一部分瓷胎近，一部分瓷胎Al2O3含量在含量在20以上。成化时期，青花瓷胎的以上。成化时期，青花瓷胎的Al2O3含量最高，多数在含量最高，多数在22左右。嘉靖和万历时期的青

22、花瓷胎左右。嘉靖和万历时期的青花瓷胎又回落到了洪武时期的水平，其又回落到了洪武时期的水平，其Al2O3含量在含量在1820之间。之间。康熙、雍正和乾隆三朝青花瓷的胎的分析结果：康熙、雍正和乾隆三朝青花瓷的胎的分析结果： SiO2：65.7670.38%；Al2O3：22.97 28.57%；CaO：0.360.74%；MgO：0.110.20%； K2O：3.043.49%；Na2O：0.691.87%； TiO2：0.05 0.31%；Fe2O3：0.810.84%；MnO：0.1%。 康熙青花瓷胎含康熙青花瓷胎含Al2O3量最高，已达量最高，已达2629的数量，的数量， Al2O3的引入主

23、要靠高岭土的掺入量，估算高岭土配入瓷石中的的引入主要靠高岭土的掺入量，估算高岭土配入瓷石中的量要在量要在40以上。所以其需要的烧成温度高，要在以上。所以其需要的烧成温度高，要在13001320的温度下才能烧成比较好的质量。雍正和乾隆青花瓷胎的温度下才能烧成比较好的质量。雍正和乾隆青花瓷胎的的Al2O3含量在含量在24左右，估计其胎中配入高岭土的量在左右，估计其胎中配入高岭土的量在30左左右。其最佳烧成温度在右。其最佳烧成温度在1280 左右。胎中含左右。胎中含Fe203量在三朝青花量在三朝青花中都小于中都小于1%，所以瓷器的白度还是比较高的。，所以瓷器的白度还是比较高的。 我院温睿等人用同步辐

24、射X射线荧光光谱分析了明朝景德镇官窑青花瓷釉的成分，从青花图纹中的Fe/Mn、K/Ca、Ti/Zn值来判断明朝各代青花瓷器。注：注：hw洪武洪武yi永乐永乐xd宣德宣德zt正统正统 ch成化成化 hz弘治弘治 zd正德正德 jj嘉靖嘉靖 wl万历万历 在恒定的自然环境中，实物自身的变化如果是有规律的，在恒定的自然环境中，实物自身的变化如果是有规律的，也可以作为时代的标尺。例如骨骼中的铀也可以作为时代的标尺。例如骨骼中的铀(U)含量是随时间的增含量是随时间的增长而增加，用光谱分析测定骸骨中的长而增加，用光谱分析测定骸骨中的含铀量含铀量，就可以确定其时，就可以确定其时代。代。 用光谱分析技术来确定

25、文物的成分，根据文物的成分来断用光谱分析技术来确定文物的成分，根据文物的成分来断代，此工作比较艰巨，需要建立各类文物的代，此工作比较艰巨，需要建立各类文物的数据库数据库，要测试大，要测试大量样品，获得大量的数据。有了数据库，被测物的测试数据与量样品，获得大量的数据。有了数据库，被测物的测试数据与数据库中的数据对照，就可断代了。例如，在西伯利亚和阿拉数据库中的数据对照，就可断代了。例如，在西伯利亚和阿拉斯加之间的圣罗伦司岛上曾发现了青铜盔甲，经斯加之间的圣罗伦司岛上曾发现了青铜盔甲，经X射线荧光分射线荧光分析，其成分与十九世纪船上用的青铜器一致，说明其是相当晚析，其成分与十九世纪船上用的青铜器一

26、致，说明其是相当晚的东西，经判断是与爱斯基摩人通商的船只带到岛上的。的东西，经判断是与爱斯基摩人通商的船只带到岛上的。3、文物产地及其矿料来源分析：、文物产地及其矿料来源分析： 时空框架的建立是考古学的基础，断代测年是为古代遗存时空框架的建立是考古学的基础，断代测年是为古代遗存提供时间标尺，文物产地及其矿料来源是为古代遗存提供空间提供时间标尺，文物产地及其矿料来源是为古代遗存提供空间坐标。文物的成分与其制作时间、地点存在着一定的关系。文坐标。文物的成分与其制作时间、地点存在着一定的关系。文物通过光谱分析可知其成分，经聚类分析和其他方法的旁证，物通过光谱分析可知其成分，经聚类分析和其他方法的旁证

27、，可确定其产地及其矿料来源。这可为研究先民迁移路线和各种可确定其产地及其矿料来源。这可为研究先民迁移路线和各种文化之间的关系，提供有意义的信息。文化之间的关系，提供有意义的信息。例例1： Craddock等人利用原子吸收光谱测定了等人利用原子吸收光谱测定了Mailden Castleh和和Windmill Hill两地的新石器时代燧石斧与一些矿区燧石的成两地的新石器时代燧石斧与一些矿区燧石的成分，发现两处的石斧大部分用的是英国东南部的西唐宁矿的燧分，发现两处的石斧大部分用的是英国东南部的西唐宁矿的燧石，少部分属于尚未发现的燧石矿，仅有一种是由当地的燧石石，少部分属于尚未发现的燧石矿，仅有一种是

28、由当地的燧石制做的。制做的。例例2：朱剑等人用：朱剑等人用ICPAES测定江西吴城、浙江黄梅山、安徽测定江西吴城、浙江黄梅山、安徽汤家墩、山西垣曲商城、郑州商城等商周时期遗址出土原始瓷汤家墩、山西垣曲商城、郑州商城等商周时期遗址出土原始瓷的微量元素，经多元统计分析，不同地区的原始瓷，基本能各的微量元素，经多元统计分析，不同地区的原始瓷，基本能各聚为一类，这一结果暗示我国古代的原始瓷具有多个产地，不聚为一类，这一结果暗示我国古代的原始瓷具有多个产地，不支持我国北方的商代原始瓷来源于南方的观点。支持我国北方的商代原始瓷来源于南方的观点。例3：朱守梅等人用X射线荧光光谱分析了一批南宋低岭头越窑青瓷的

29、胎和釉的成分，并与北宋汝瓷和寺龙口传统越窑瓷的数据比较。结果表明南宋低岭头窑所烧的青瓷器的胎是用当地南方瓷石作原料的，为就地取材；而釉的成份与汝瓷釉相近，是借用了北方汝瓷釉的配方。因而烧制出与传统越窑风格相去甚远、而与汝瓷外观颇似的低岭头窑仿汝瓷类型的产品。这说明南宋低岭头窑在汝瓷技术南传过程中很可能起了承前启后的作用。例例4：毛振伟等人用毛振伟等人用X射线荧光光谱分析了距今射线荧光光谱分析了距今70009000年年贾湖遗址出土的绿松石成分，经聚类分析，发现这些绿松石来贾湖遗址出土的绿松石成分，经聚类分析，发现这些绿松石来源于同一矿区。源于同一矿区。 4、制作工艺的研究：、制作工艺的研究： 通

30、过文物的光谱分析，可得到文物的结构与成分，从结构通过文物的光谱分析，可得到文物的结构与成分，从结构与成分上推断当时的制作工艺。与成分上推断当时的制作工艺。 例例1：埃及第五或第六王朝时期的两个：埃及第五或第六王朝时期的两个“银面银面”花瓶，过去推测，花瓶，过去推测，认为是表面含锑认为是表面含锑(Sb)所致的。经所致的。经X射线荧光分析，得知这种花瓶射线荧光分析，得知这种花瓶的的“银面银面”是由于表面含砷是由于表面含砷(As)所致，从而推测是在铜所致，从而推测是在铜(Cu)表表层上涂一层氧化砷层上涂一层氧化砷(As2O5)，加铺炭末烧红，砷被还原渗入表面，加铺炭末烧红，砷被还原渗入表面，冷却后抛

31、光就成了冷却后抛光就成了“银面银面”。例例2：李虎侯等人用：李虎侯等人用X射线荧光光谱分析了汉代铜镜镜体和表面射线荧光光谱分析了汉代铜镜镜体和表面层的成分，结合层的成分，结合X射线衍射物相分析和金相显微分析，肯定了射线衍射物相分析和金相显微分析，肯定了铜镜的镜体和表面层的成分与结构都不相同，从而推断汉代制铜镜的镜体和表面层的成分与结构都不相同，从而推断汉代制造的铜镜并不是一次成镜，而是先铸成镜体，然后再进行表面造的铜镜并不是一次成镜，而是先铸成镜体，然后再进行表面加工处理。加工处理。例例3 3：汝瓷在釉胎之间，用肉眼和实体显微镜可以明显地看到一汝瓷在釉胎之间，用肉眼和实体显微镜可以明显地看到一

32、个中间层，而偏光显微镜和扫描电镜看不到，通过对汝瓷从釉个中间层，而偏光显微镜和扫描电镜看不到，通过对汝瓷从釉到胎成分的同步辐射和能量色散到胎成分的同步辐射和能量色散X射线荧光线扫描分析，发现射线荧光线扫描分析，发现在釉胎之间的确存在一个中间层，在这中间层各元素从釉的浓在釉胎之间的确存在一个中间层，在这中间层各元素从釉的浓度变化到胎的浓度，而且这种变化是连续的。从而推测，汝瓷度变化到胎的浓度，而且这种变化是连续的。从而推测，汝瓷的烧制工艺是二次烧成的，即素烧过的瓷胎上釉后再高温烧制，的烧制工艺是二次烧成的，即素烧过的瓷胎上釉后再高温烧制，该高温过程中熔融成成玻璃态的瓷釉渗入素胎表面导致了中间该高

33、温过程中熔融成成玻璃态的瓷釉渗入素胎表面导致了中间层的形成。由于中间层中的釉是玻璃态，故在实体显微镜可以层的形成。由于中间层中的釉是玻璃态，故在实体显微镜可以明显地看到汝瓷釉胎间的中间层，而偏光显微镜和扫描电镜下明显地看到汝瓷釉胎间的中间层，而偏光显微镜和扫描电镜下却看不到。却看不到。 A:实体显微镜照片实体显微镜照片 B: 偏光显微镜照片偏光显微镜照片 C: 扫描电镜照片扫描电镜照片5、文物保护的研究：、文物保护的研究： 文物保护离不开现代仪器，首先要分析文物的结构与成分，文物保护离不开现代仪器，首先要分析文物的结构与成分，确定文物的材质；在查明文物损坏过程和机理时，要分析文物确定文物的材质

34、；在查明文物损坏过程和机理时，要分析文物材料质变产物的成分；保护的如何，也要通过现代分析技术来材料质变产物的成分；保护的如何，也要通过现代分析技术来观察文物的结构和成分有无变化。在研究文物在地下埋葬环境观察文物的结构和成分有无变化。在研究文物在地下埋葬环境时，地下水和文物周围的土壤的成分也要靠现代仪器来确定。时，地下水和文物周围的土壤的成分也要靠现代仪器来确定。在研究文物包护的最佳环境时，要用现代分析技术分析文物周在研究文物包护的最佳环境时，要用现代分析技术分析文物周围大气中的气溶胶和化学污染物。也可以讲现代分析技术是文围大气中的气溶胶和化学污染物。也可以讲现代分析技术是文物保护工作的物保护工

35、作的“眼睛眼睛”。 麦积山石窟中的壁画、泥塑上复盖了一层油烟，王蕙贞等麦积山石窟中的壁画、泥塑上复盖了一层油烟，王蕙贞等人用红外光谱对这些油烟进行了分析，发现油烟的主要成分是人用红外光谱对这些油烟进行了分析，发现油烟的主要成分是单酚、双酚、单酚、双酚、2叔丁基酚、有机酸及其酯、酰胺、本质素等，叔丁基酚、有机酸及其酯、酰胺、本质素等，这些物质均因长期燃香烛、木材所致。采用醋酸固色、氨水清这些物质均因长期燃香烛、木材所致。采用醋酸固色、氨水清洗方法，使漆黑一片的油烟壁画、泥塑，重新显出原来的亮绿洗方法，使漆黑一片的油烟壁画、泥塑，重新显出原来的亮绿底色和色彩艳丽的凤凰图案。底色和色彩艳丽的凤凰图案

36、。 范崇正等人用红外光谱分析了黑、绿和白色的古代青铜镜范崇正等人用红外光谱分析了黑、绿和白色的古代青铜镜无锈区的表面，发现黑镜和绿镜表面确有无锈区的表面，发现黑镜和绿镜表面确有SiO2非晶存在，而白非晶存在，而白镜没有。这种表面层镜没有。这种表面层SiO2非晶膜有效地保护了基体合金不受外非晶膜有效地保护了基体合金不受外界生锈元素的浸入，并使表面更加光亮。唐静娟等人用红外光界生锈元素的浸入，并使表面更加光亮。唐静娟等人用红外光谱对古代青铜制品的腐蚀产物进行了研究，并讨论了腐蚀机理。谱对古代青铜制品的腐蚀产物进行了研究，并讨论了腐蚀机理。6、其它应用：、其它应用： 现代分析技术在考古中还有许多应用

37、。例如，对古钱币现代分析技术在考古中还有许多应用。例如，对古钱币的分析，可以得到当时的政治、经济、财政、冶炼和铸造技的分析，可以得到当时的政治、经济、财政、冶炼和铸造技术的信息。术的信息。 根据古代人的头发、身上的毛、骨头和其它组织的光谱根据古代人的头发、身上的毛、骨头和其它组织的光谱分析测定结果可以得到某种元素的含量，从而可得到该古人分析测定结果可以得到某种元素的含量，从而可得到该古人生前的某些情况。生前的某些情况。 如汞如汞(Hg)含量高，此古人可能长期服用仙丹；含量高，此古人可能长期服用仙丹； 铅铅(Pb)高，该古人长期使用青铜或铅制品，或从事接触高，该古人长期使用青铜或铅制品，或从事接

38、触铅的工作。铅的工作。 人死后，骨中锶人死后，骨中锶(Sr)含量受环境的影响较小，骨中锶含含量受环境的影响较小，骨中锶含量的高低，可以判断古人饮食是以植物食品为主还是动物食量的高低，可以判断古人饮食是以植物食品为主还是动物食品为主，植物食品中锶的含量高。品为主，植物食品中锶的含量高。 秦颍等人为探讨夏商周三代因使用青铜器可能引起的铅中秦颍等人为探讨夏商周三代因使用青铜器可能引起的铅中毒和因此带来的一系列社会问题，对仿古含铅青铜器做了一系毒和因此带来的一系列社会问题，对仿古含铅青铜器做了一系列溶铅实验，用原子吸收分光光度计和原子荧光光度计对实验列溶铅实验，用原子吸收分光光度计和原子荧光光度计对实

39、验样品进行了铅含量测试，结果表明使用含铅青铜器煮、盛食物样品进行了铅含量测试，结果表明使用含铅青铜器煮、盛食物会导致严重的铅污染。经常食用这些受污染的食物必然导致铅会导致严重的铅污染。经常食用这些受污染的食物必然导致铅中毒，并由此带来一系列社会问题。中毒，并由此带来一系列社会问题。 杨军昌等人用杨军昌等人用X射线照射一件表面被土锈覆盖的西周时期铜射线照射一件表面被土锈覆盖的西周时期铜簋簋(gui) ，显示出簋底部有十多个文字，铭文对于青铜器的断代、，显示出簋底部有十多个文字，铭文对于青铜器的断代、历史学研究提供了依据。历史学研究提供了依据。 利用红外成像技术可以对一些因年代太久和保存不善的古利

40、用红外成像技术可以对一些因年代太久和保存不善的古画进行研究，这种受损害的古画，其字迹线条已经模糊不清，画进行研究，这种受损害的古画，其字迹线条已经模糊不清，肉眼已无法辨认，但用红外成象技术却能很好地再显示出来。肉眼已无法辨认，但用红外成象技术却能很好地再显示出来。有人曾对我国宋代名画有人曾对我国宋代名画“仙人楼阁图仙人楼阁图”和唐摩王羲之的和唐摩王羲之的“上虞上虞帖帖”进行红外成象显示，不仅看清了绘画和字体，而且连底色进行红外成象显示，不仅看清了绘画和字体，而且连底色和笔锋都显示出来了。和笔锋都显示出来了。 胡耀武等人用拉曼光谱分析来鉴别古代人骨样品污染的程胡耀武等人用拉曼光谱分析来鉴别古代人

41、骨样品污染的程度，并进行了古代人骨羟磷灰石去污染研究。度，并进行了古代人骨羟磷灰石去污染研究。 可以说，现代各种仪器和技术都可以在考古研究中得到应可以说，现代各种仪器和技术都可以在考古研究中得到应用，现代分析技术是科技考古学中一个极为重要的、不可缺少用，现代分析技术是科技考古学中一个极为重要的、不可缺少的手段。的手段。第三节第三节 试样的采取与调制试样的采取与调制一、取样的三原则 （1）目的性：分析的目的要明确； （2）代表性：取的试样有无代表性； （3）要保护好文物。二、样品的采取和调制二、样品的采取和调制1、金属器具1）取样2）样品处理2、陶瓷试样的调制注意三点：（1）避免试样的飞散损失；

42、（2）将粉碎、研磨器具和环境对试样的污染控制在最小限度之内；（3）确保试样的各种组分不发生质和量的变化。1）清洗污染物：2）胎、釉分离：3）粉碎、研磨：注意： 颗粒度、均匀性； 污染； 质变和量变。4）试样制备过程中的污染5）粉碎、研磨处理引起的试样成分变化3、大气、水的样品调制在文物保护中，需要研究环境对文物的影响。环境对文物的影响有：温度、湿度、空气污染、风沙、光线、昆虫、鸟兽、微生物等。使文物发生质的变化：糟朽、酥粉、剥落、崩裂、干缩、饱水、起甲、退色、破碎、粘叠、霉变、虫蛀等。环境对文物的影响主要是大气和水。文物保护离不开对大气和水的分析。1）大气样品的调制大气：环境大气、排气两类。大

43、气中：固体、液体（气溶胶）、气态成分气溶胶：水可溶成分：硫酸盐、硝酸盐、氯化纳。用湿水浸取。有机溶剂可溶成分：有机物、烷基汞、烷基铅等金属成分。 用笨、环乙烷、乙醚、乙醇、三氯甲烷、二甲苯等浸取。不溶成分：硅酸盐、金属等。 用硫酸、硝酸等混合酸处理成溶液。气态成分 用气体吸收瓶来采集。（1）水溶液吸收法；（2）有机溶剂冷却吸收法；（3）吸附法；（4）滤纸采样法。2）水样的调制（1）水样的采取 容器要求：a、容器的内壁不易被溶下杂质； b、容器的内壁不会吸附水中物质。（2）试样的调制A、试样保存a、重金属成分：用盐酸将PH值调到1以下，如用原子吸收光谱法测定，用硝酸来调PH值；b、六价铬：用氢氧

44、化钠调PH值810保存；c、氮的化合物：氨、亚硝酸、硝酸以及有机氮化合物，加盐酸调PH值2以下，在冷暗处存放；d、氰基、硫离子：保存在强碱性溶液中，加氢氧化钠调PH值为12，在510存放；e、碘离子和溴离子：氢氧化钠调PH值10存放；f、苯酚：用磷酸调PH值4，按1g/L的比例加5结晶水的硫酸铜，保存在510冷暗处g、农药：用盐酸调成微酸性保存；h、磷化物：测总磷量时，用盐酸和硫酸调PH值2以下保存。B、前处理 有：蒸发法、蒸馏法、溶剂萃取法、共沉淀法和离子交换法。4、土壤试样的处理土壤：是或多或少带色的地壳最表层的生成物。它是母岩与动植物的遗体因气候、生物、地表的起伏以及水文状况、人类经济活动等综合作用的产物。是历史上形成的仍在不断变化着的自然体。是有一定的地理范围与层位的自然体。1）土样的采取2）试样的配制