河南固始侯古堆一号墓出土东周玉器的科技分析

古代玉器不仅是装饰品,其中还蕴藏着丰富的文化内涵。为探究春秋时期河南地区出土玉器在矿物属性、制作工艺、器物功能等之间存在的关系,选取了河南固始侯古堆一号墓（M1）出土的10件玉器,应用X射线荧光光谱（XRF）、共焦显微激光拉曼光谱（LRS）、超景深光学显微系统等光学无损分析技术,结合扫描电子显微镜（SEM）和硅胶覆膜技术对其进行了综合性分析。首先通过光谱信息获知样品的化学成分和物相结构,对样品进行了基本的矿物学表征,明确其矿物种类;再利用超景深光学显微镜对样品进行观察,利用硅胶覆膜技术复刻出样品中典型的钻孔痕、切割痕和阴刻痕,并进行二次观察和测量,综合判断出其加工工艺,并统计了刻痕深度、切口角度、浅浮雕高度等相关数据。结果表明：此玉器的矿物种类包括透闪石和云母两种,透闪石质的样品多为礼器,云母质的样品为葬玉。从阴刻工艺、钻孔工艺、切割及打磨工艺和其他特殊工艺这四方面对加工工艺进行了分析,阴刻加工工具分为手持硬质工具和砣具两种,此批样品中以砣具为主;总结了两种不同加工工具雕刻产生的阴线在表面痕迹、切口角度和刻痕深度中的规律性变化;钻孔方式均为双面对钻,钻孔工具均为实心钻具,部分样品钻孔时添加了解玉砂;多数样品经过了打磨抛光,对其中一件未完全加工完成的样品开片痕迹进行了分析,判断所用开片工具为硬质片状工具。另外对其他特殊加工工艺进行探讨,讨论了两种浅浮雕工艺的差异,以及实心钻定位技术在掏膛工艺中的应用。上述结果说明古代玉器制作工艺的选择受玉料矿物属性和玉器器型功能的影响,并结合已有研究结果,探讨了春秋末年中原地区治玉过程中玉料的来源、墓主生活年代及片切割工具的变革等问题。     

荆门龙王山墓葬出土玉器的材质及矿源特征研究

龙王山墓葬位于湖北省荆门市，属于大溪文化向屈家岭文化过渡的关键时期，距今约5 000年。该墓葬共出土玉器73件，玉器品质普遍较好。长江中游地区历来鲜少出土玉器，而时代更迭之期更是社会变革之际，无论是从地理位置还是从时期上来看，研究龙王山墓葬出土的玉器都具重大意义。采用相对密度检测，红外光谱仪（FTIR）及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）研究出土玉器的谱学及化学成分特征，鉴定其材质，并对用料水平及矿源进行了探究。红外光谱结果显示龙王山墓葬出土玉器的红外吸收谱图可分为两类：软玉类和玛瑙类。软玉类玉器的红外吸收峰表现为1 207，1 123，1 028，928，775，700，602，488和425 cm-1处。玛瑙类玉器的红外吸收峰表现为1 158，814，790，702，572，521及405 cm-1。软玉类玉器有71件，且品质都非常好，说明龙王山墓葬先民对玉料的分选能力很强。将龙王山墓葬的用料水平与同时期其他地区的考古学文化的用料水平进行对比，龙王山墓葬的用料水平远超同期；将龙王山墓葬的用料水平与湖北地区新石器时代的用料水平进行对比，龙王山墓葬的用料水平远超湖北地区平均水平。LA-ICP-MS的结果显示软玉质玉器的微量元素主要包含K和P等，微量元素赋存情况以W，U，P及Sb元素富集，Th和Ti元素亏损为主。玉器的稀土配分型式图多样，水平海鸥状、左倾式、右倾式皆有。Ce异常普遍不明显，Eu以正异常及负异常为主。采用多元统计方法中的逐步判别法，辅助SPASS软件，对龙王山墓葬出土玉器的稀土元素及微量元素含量进行投点，推断大部分玉料来自某个与新疆成矿环境类似的矿床，但因其地球化学特征的多样性，不排除玉料多来源的可能性。     

基于p-FTIR和p-XRF测试组合的大汶口文化蛇纹石质玉器无损检测及产地溯源分析

出土玉器溯源是探索华夏玉器文明起源与演化的关键所在,无损测试技术的进步推动了学术界对出土玉器产地溯源的研究,但至今为止,无损技术仍然是制约出土玉器溯源研究的瓶颈所在。利用便携红外光谱（portable Fourier transform infrared spectroscopy,p-FTIR, 带漫反射附件）+ 便携X射线荧光光谱（portable X-ray flourescence, p-XRF）技术组合对山东省文物与考古研究院发掘的大汶口文化出土蛇纹石质玉器的物相和化学组成进行了无损测试以及出土玉器产地溯源的探索。测试结果显示,大汶口文化的蛇纹石玉存在两种成因类型,其中7件玉器（M1005:3,M1006:4,M1013:12,M20:30,M11,T333:2B①：2,M49:04）属于超基性岩型,Fe,Cr和Ni含量较高,含较多磁铁矿包体,磁性较强,Cr/Ni值小于1且多数小于0.7,与现代泰山玉的产地特征基本一致,最大可能就地取材于附近的泰山山麓,为泰山玉的使用时间提前到5500年前的大汶口文化时期提供了重要的科学依据。另外4件玉器（M2004:1、B型环、M25：26、M26）具有低Fe,Cr和Ni含量,为富镁碳酸盐接触交代变质类型,其来源有待进一步研究确认。上述研究结果确认p-FTIR和p-XRF结合能够实现对考古现场及馆藏多数未知玉器材料的快速鉴定,具有无需制样、矿物类型和元素组成可相互验证、无荧光干扰等优点,对部分特定类型的蛇纹石质出土玉器/材料可进行产地来源分析,是一种有优势的出土玉器无损测试技术组合。     

龙溪玉的光谱学特征及颜色成因

龙溪玉产自四川省汶川县龙溪乡地区,是古蜀玉文化中重要的和田玉料。为研究龙溪玉的基本特征以及颜色成因,初步探索其对古玉料色和沁色的指示意义,结合岩石学薄片分析、激光拉曼光谱、 X射线荧光光谱和XRF微区面扫技术,对不同颜色的龙溪玉样品开展检测和数据对比。根据龙溪玉矿点野外地质勘查和采集的玉石样品,龙溪玉普遍发育有清晰的色带,颜色空间分布规律为灰黑色—青色—青白色—青色—灰黑色。矿物成分分析结果显示,不同颜色的龙溪玉均以透闪石为主,含少量白云母、方解石和磷灰石等副矿物,其中浅色层带多含方解石脉,深色层带副矿物相对较多。不同颜色龙溪玉样品均显示典型的透闪石拉曼光谱,即174、 228、 376、 392、 674、 935、 1 027和1 061 cm^-1处的特征峰,在3 600～3 700 cm^-1内仅显示3 675 cm^-1处1个羟基峰。各色龙溪玉未显示阳起石或石墨的特征峰,指示深色龙溪玉并非矿物致色。XRF测试结果显示,各色龙溪玉样品的SiO₂含量在55.20%～57.94%, MgO含量在24....     

浙江三个新石器时代遗址出土玉玦科技分析

玉玦是我国新石器时代广泛出现的一类重要玉器。环太湖流域新石器时代遗址中出土的大量玉玦,具有鲜明时代和地域特征,为探索中国玉文化起源和传播提供了重要实物。为获取环太湖流域新石器时代玉玦的基础材料学信息(如主要矿物组成、硬度等),以及探索玉料随时间演变规律和可能的原料来源,本文以浙江省境内3个代表性新石器时代遗址--田螺山、仙坛庙和江家山遗址出土的玉玦为研究对象,采用X射线衍射(XRD)和质子激发X射线荧光(PIXE)分析技术对其进行了无损分析检测。研究结果表明： 从河姆渡文化至崧泽文化晚期,所分析玉玦的主要组成矿物为萤石、迪开石、石英、白云母、透闪石和蛇纹石等,以萤石、玉髓和迪开石为主,且时代早于透闪石和蛇纹石。结合已有的研究成果,探讨了相关遗址出土玉玦的原料随时间变化特征、原料来源,以及玉玦的材料学特征与加工工艺之间的内在联系。     

青海青玉的振动光谱特征

采用常规宝石学测试方法,并结合电子探针、红外光谱仪、激光拉曼光谱仪对产自青海格尔木市小灶火河矿点的青玉进行了化学成分和光谱特征研究。测试结果表明,青海青玉的宝石学物理性质与其他产地软玉相似。电子探针测试显示青海青玉的主要化学成分为MgO、CaO和SiO₂,MgO含量在18.572%～23.603%,CaO含量为12.333%～12.807%,SiO₂含量在56.799%～59.926%,且含量较稳定,此外还含有较高含量的FeO_T(Wt%： 1.924%～8.699%)和一定量的Al₂O₃,TiO₂和Na₂O。红外光谱和激光拉曼光谱分析显示,青海青玉具有透闪石的光谱特征,其主要组成矿物为透闪石。由于青玉中Mg-Fe2+的类质同象替代及Fe2+含量的不同,使其红外吸收谱带频率稍有差异。综合化学成分及振动光谱特征分析,青海青玉的深灰青色主要与其含有高含量的FeO_T所致,其主要致色元素为Fe。     

新疆和田透闪石软玉的振动光谱

采用X荧光光谱、X光粉晶衍射、红外光谱和拉曼光谱等对新疆和田地区的白色、青色和黑色透闪石软玉进行了化学成份和振动光谱研究。在通过X光粉晶衍射判定所采样品全部属于透闪石质软玉后,采用红外光谱仪和拉曼光谱仪对样品进行振动光谱测试,并结合化学成分测试结果分析白玉、青玉和墨玉等不同颜色的软玉中透闪石晶体结构M1、M3位置中阳离子占位情况。红外光谱中M—OH吸收谱带显示样品在M1及M3位置不仅有Mg2+和Fe2+,还有Fe3+。M—OH的吸收谱带和振动光谱特征与化学成分测试结果一致。在此基础之上,总结了新疆和田透闪石软玉中阳离子的种类和含量对振动光谱的影响。     

不同产地软玉的拉曼光谱分析及在古玉器无损研究中的应用

利用拉曼(Raman)光谱技术分别对中国新疆、青海、江苏、辽宁及韩国、俄罗斯、加拿大、新西兰和澳大利亚的软玉样品进行无损分析研究。首先利用拉曼光谱区分了透闪石型和阳起石型软玉, 并对软玉双链结构中Na+、K+对Ca2+以及Al3+对Si2+的不同置换程度引起低频区域特征峰的漂移进行分析, 同时还研究了表面状态和显微结构对674cm-1附近峰强的影响。最后利用拉曼(Raman)光谱技术结合质子激发X射线荧光(PIXE)和X射线衍射(XRD)对河南安阳殷墟遗址、河南省洛阳地区和浙江良渚遗址出土的9件中国古代玉器进行透闪石型软玉的矿相标定, 证明拉曼光谱在中国古玉器结构测试和材质鉴定中是一种很好的无损分析手段。     

贵州罗甸玉红外光谱特征及意义

选取了罗甸玉中一些典型样品,在进行FT-IR测试的基础上,对罗甸玉中透闪石晶体内部结构基团的振动归属进行了探讨。罗甸玉的IR研究结果证实,罗甸玉矿物组成主要为透闪石,这与其他测试结果吻合。但罗甸玉中透辉石840～860 cm-1频率的吸收带的出现,这是在其他天然软玉的IR研究中未见报道的,也是罗甸玉矿物组成与其他软玉矿物组成的最大区别,为罗甸玉在成玉(即由透闪石岩向软玉转变)过程中残留透辉石所致,是揭示罗甸玉变质成因过程的重要矿物学证据,同时也表明罗甸玉的成玉过程与已发现的其他天然软玉相比存在一定差异,这一差异进一步揭示罗甸玉是一种新成因类型的软玉矿。     

新疆和田黑色透闪石质软玉振动光谱特征及颜色成因

采用X射线荧光光谱仪、X射线粉晶衍射仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪等对黑色透闪石质软玉样品进行化学成分和谱学特征研究。通过X射线粉晶衍射判定所采样品全部属于透闪石质软玉,采用红外光谱仪和拉曼光谱仪对样品进行振动光谱测试,并结合化学成分测试结果分析墨玉的组成和颜色成因。结果显示,黑色透闪石质软玉可分为两种:由含铁量较高的阳起石组成的(TFe2O3:7.47Wt%～11.97 Wt%),另外一种是由透闪石和石墨组成,并且含铁量比较低(TFe2O3:0.56 Wt%～4.74 Wt%)。两者的振动光谱特征与透闪类矿物基本一致,在含石墨透闪石的拉曼光谱中出现了石墨特征峰1 581cm-1。因此,拉曼光谱在区分阳起石致色和石墨致色的黑色透闪石质软玉比红外光谱更加敏锐,该方法可以成为无损鉴定黑色透闪石质软玉颜色成因和产地来源的重要辅助手段。     

应用多种光学分析技术对一批河南出土古代玉器的无损分析

综合利用便携式X射线荧光光谱仪(pXRF)、激光Raman光谱仪(便携式和可移动式)以及光学相干层析成像(OCT)技术,对河南出土的14件东周玉器进行无损分析测试。pXRF和便携式微型Raman光谱仪(miniRaman)能够准确、快速的识别玉器的原材料和物相。且这两台仪器操作简单、体积小,可用于做现场原位、无损分析。根据pXRF检测结果,这批玉器按成分可分为富硅铝钾、富钙、富硅、富硅镁、富硅钙和富钙磷6大类。通过miniRaman快速地鉴定出这批样品的主要物相。在实验室里,使用可移动式共焦激光Raman光谱仪,可以弥补便携式微型Raman光谱仪在光谱分辨率、测量精度以及测量范围等方面的不足。利用共焦激光Raman光谱仪,检测到透闪石型玉器中[OH]根的Raman振动峰。OCT技术可以分析玉器材质的透明度、纤维粗细程度、包裹体分布等亚表面特征。将共焦激光Raman光谱仪与OCT分析仪有机结合分析了两件含包裹体的透闪石玉器样品,OCT图像可以直观地展示这两件样品中的包裹体分布特征,而共焦激光Raman光谱仪可以准确定位样品表面的包裹体,进行显微形貌观察及其物相分析,结果表明黑色的包裹体为石墨,这对玉器的产地溯源研究具有重要意义。通过研究发现,利用便携式X射线荧光光谱仪,激光Raman光谱仪和光学相干层析成像技术 ,可以实现对文物样品的物相组成和质地特征进行初步鉴别和分析,满足考古工作的现场基础分析要求。     

The Non-Destructive Analysis of Some Ancient Jade Artifacts Unearthed from Henan Province by a Variety of Optical TechniquesSCIEI北大核心CSCD

A total of 14 pieces of ancient jade artifact unearthed from Henan Province were non-destructively analyzed by means of a portable X-ray fluorescence spectrometer (pXRF), laser Raman spectroscopy (portable and mobile) and optical coherence tomography (OCT) technology, comprehensively. The raw materials of ancient jade artifacts could be determined accurately through the combination of pXRF and portable Raman spectrometer in a short time. With the advantages of small size and easy-operation, these two instruments are suitable to in situ non-destructive analysis of ancient jade artifacts. The results of the pXRF shows that these ancient jade artifacts can be divided into 6 categories such as rich in Si Al K, rich in Ca, rich in Si Ca, rich in Si Mg, rich in Si, rich in Ca P. Their main phases have been successfully identified by the portable Raman spectrometer. In the lab, the mobile confocal laser Raman spectrometer, which help us find the Raman vibration peak of [OH] in the tremolite jade, is used to make up the disadvantages of the portable Raman spectrometer such as lower spectral resolution, lower accuracy and narrower measuring range. We can use the OCT to analyze the transparency, fiber fineness and inclusion etc. of the jade artifacts. The confocal laser Raman spectroscopy combined with OCT is used to analyze 2 containing inclusion of tremolite jade samples. OCT image can visually display the distribution characteristics of the inclusion in these 2 samples. Confocal laser Raman spectroscopy can accurately locate the sample surface of inclusion, then we can observe the micro morphology and analyze its phase. The results show that the black inclusion is graphite. This work is very significant to study the geographical origin of jade. Through the study we find, the use of OCRF, laser Raman spectroscopy (portable and mobile) and OCT can be achieved on the identification and analysis of cultural relic's phase composition and texture feature and meet the basic requirements of field archaeological work analysis.     

In situ analysis of stratified glass eye beads from the tomb of Marquis Yi of the Zeng State in Hubei Province,China using XRF and micro‐Raman spectrometry

A total of 46 stratified glass eye beads in Hubei Provincial Museum, Wuhan, China were analyzed in situ by means of portable X‐ray fluorescence and Raman spectrometers. These beads were excavated from the famous tomb of Marquis Yi of the Zeng State, which was dated back to the early Warring States Period (433 bc or little late), in Hubei Province. It is determined that most of these elegant glass beads belong to the typical soda‐lime‐silicate glasses with low contents of MgO and K₂O. The colorants used within these beads are attributed to two types: antimony‐based compound opacifiers/colorants and the transition metals in their oxidized state such as Co, Cu, and Fe ions. According to their characteristics of typology, chemical composition, and micro‐crystals within samples, we classified them into three subtypes and evaluated the possible relations among them. In addition, through comparing with the similar contemporary samples unearthed from Xu Jialing Tomb (5th–4th century bc ) in Henan Province, we discussed the provenance of these stratified glass eye beads and relative issues briefly. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Nondestructive analysis of jade artifacts from the Cemetery of the Ying State in Henan Province,China using confocal Raman microspectroscopy and portable X‐ray fluorescence spectroscopy

Confocal Raman microspectroscopy and portable X‐ray fluorescence spectroscopy were used nondestructively to characterise 18 intact jade artifacts from the Cemetery of the Ying State in Pingdingshan, Henan Province, China. These jade artifacts date from the early to the middle of the Western Zhou Period (the mid‐11^th to the mid‐9^th century BC). Thirteen jade artifacts made of tremolite and two jade artifacts made of actinolite were discriminated from each other by their hydroxyl stretching modes, and a malachite pendant, a muscovite dagger‐axe, and a crystal pendant were also identified. Black graphite was analysed in three jade artifacts composed of tremolite, and the mineralization temperatures were estimated and compared. A red powder was found on the surface of all of the jade artifacts, and this was found to be cinnabar (HgS), which is thought to have been added to the tomb environments during burial ceremonies. The chemical compositions and the possible provenances of the jade artifacts are briefly discussed. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

毛细管X光透镜三维共聚焦微束X射线荧光技术在岩矿样品分析中的应用

利用毛细管X光透镜搭建了三维共聚焦微束X射线荧光谱仪,处在激发道的多毛细管X射线会聚透镜和处在探测道的多毛细管X射线平行束透镜处于共聚焦状态,该共聚焦结构降低了X射线荧光光谱的背底,从而有利于降低的X射线荧光分析技术的探测极限。在上述共聚焦结构中,多毛细管X射线会聚透镜和多毛细管X射线平行束透镜的焦斑重合形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元内的X射线荧光信号,当该共聚焦微元在样品移动时,就可利用该共聚焦技术原位无损得到样品内部的三维X射线荧光信息。该共聚焦技术使用的多毛细管X射线会聚透镜具有103量级的功率放大倍数,从而降低了该共聚焦技术对高功率X射线源的依赖程度,即利用低功率普通X射线源就可以设计毛细管X光透镜共聚焦X射线荧光技术。利用上述共聚焦微束X射线荧光谱仪对两种岩矿样品进行三维无损分析,在其中一种岩石中发现：Fe浓度大的区域Cu的浓度也大,这在一定程度上反映了岩矿自然生长的机理。实验结果证明：该共聚焦X射线荧光技术可以在不破坏样品情况下分析岩矿样品中元素成分组成和元素三维分布情况。该共聚焦三维微束X射线荧光技术在矿石勘察、玉器选材和鉴别、石质食用器皿、“赌石”和家用石质地板检测等领域具有潜在的应用。     

Application of Three Dimensional Confocal Micro X-Ray Fluorescence Technology Based on Polycapillary X-Ray Lens in Analysis of Rock and Mineral SamplesSCIEI北大核心CSCD

Confocal three dimensional (3D) micro X-ray fluorescence (XRF) spectrometer based on a polycapillary focusing X-ray lens (PFXRL) in the excitation channel and a polycapillary parallel X-ray lens (PPXRL) in the detection channel was developed. The PFXRL and PPXRL were placed in a confocal configuration. This was helpful in improving the signal-to-noise ratio of the XRF spectra, and accordingly lowered the detection limitation of the XRF technology. The confocal configuration ensured that only the XRF signal from the confocal micro-volume overlapped by the output focal spot of the PFXRL and the input focal spot of the PPXRL could be detected by the detector. Therefore, the point-to-point information of XRF for samples could be obtained non-destructively by moving the sample located at the confocal position. The magnitude of the gain in power density of the PFXRL was 10(3). This let the low power conventional X-ray source be used in this confocal XRF, and, accordingly, decreased the requirement of high power X-ray source for the confocal XRF based on polycapillary X-ray optics. In this paper, we used the confocal 3D micro X-ray fluorescence spectrometer to non-destructively analyzed mineral samples and to carry out a 3D point-to-point elemental mapping scanning, which demonstrated the capabilities of confocal 3D micro XRF technology for non-destructive analysis elements composition and distribution for mineral samples. For one mineral sample, the experimental results showed that the area with high density of element of iron had high density of copper. To some extent, this reflected the growth mechanisms of the mineral sample. The confocal 3D micro XRF technology has potential applications in such fields like the analysis identification of ore, jade, lithoid utensils, "gamble stone" and lithoid flooring.     

新郑西亚斯东周玉器材料属性与加工工艺的科技分析

中国玉文化源远流长，治玉工艺经过各个时代的不断发展和完善，在一定程度上能反映古代社会生产力发展水平及文化、贸易、技术交流等信息。利用能量色散型X射线荧光光谱（EDXRF）、激光拉曼光谱（LRS）、超景深光学显微系统（OM）等分析技术，结合硅胶覆膜微痕复制技术，对河南省新郑西亚斯东周墓地出土的一批玉器进行科技分析。首先利用化学成分和物相结构分析技术确定了玉器材质的矿物属性，其次利用显微分析技术表征了玉器表面及穿孔内部和印模的加工痕迹，特别是阴刻纹饰和穿孔微痕特征，最后探讨了玉器样品的材料属性和加工工艺两者之间的联系。化学成分和物相结构分析结果表明，所分析的西亚斯东周玉器材质丰富，主要矿物组成有滑石、透闪石、水晶、云母等。玉器表面纹饰微痕特征分析表明，所分析玉器阴刻工艺采用了两种加工工具，分别是砣具和手持硬质工具。穿孔微痕分析特征表明，钻孔包括单面钻孔和双面/多面钻孔两种方式，钻孔工艺则有实心钻、管钻等。部分玉器钻孔形状和内部微痕特征表明，尽管均采用了实心钻工艺，但所采用的实心钻头在形状上存在差异，同时，也存在是否配合解玉砂进行钻孔的差异。不同材料属性的玉器采用了不同的加工工艺。滑石质玉器，莫氏硬度1，器型主要为玉片饰，其表面阴刻纹饰主要采用手持硬质工具进行刻画，钻孔主要采用了双面钻孔方式，并使用了实心钻头未添加解玉砂进行加工，钻头形状可能为圆锥状；云母质玉器，莫氏硬度2~3，器型主要为玉玦片饰，纹饰采用了砣具添加解玉砂的加工工艺，钻孔方式为单面钻孔，采用了管钻工艺。透闪石型玉器，莫氏硬度5~6，器型主要为玉片饰，表面纹饰采用砣具配合解玉砂砣刻，以双面钻孔的方式为主，钻孔工艺为实心钻头配合解玉砂工艺，钻头形状与滑石类样品一致，为圆锥状。水晶质玉器，莫氏硬度7，均为珠饰，表面无纹饰，钻孔方式为双面/多面钻孔，钻孔工艺为实心钻配合解玉砂工艺，且钻头可能为圆柱形。研究结果表明，玉器表面纹饰所采用的阴刻工艺和钻孔工艺，与玉器本身的材料属性、器型等存在密切关系。