红外光谱的煤精类文物材质判别方法

我国是世界上最早使用煤及煤精的国家之一,但对考古出土煤精文物的研究发现,煤精文物原材料的质地常常偏离宝石学中对有机宝石煤精的定义。在此提出“煤精类文物”的概念,将以往出土文物中如褐煤、烛煤等与煤精文物材质近似但不同的材料归至同一文化概念中。目前对于煤精类文物制品的科学研究仍存在较大空白,其中最为基础的材质种类判别也没有科学的判断方法。以陕西周原贺家墓地、陕西咸阳岩村墓地、新疆吐鲁番胜金店墓地、新疆伊犁吉仁台沟口遗址四个遗址出土的16件煤精制品和原料为研究对象,初步探索漫反射傅里叶变换红外光谱在出土煤精类文物成分分析中的应用。结果表明,不同遗址出土的煤精类文物的红外谱图有较为明显的不同,同一遗址出土的煤精类文物的红外谱图在特征波段具有相似性,不同遗址煤精类文物则差异明显。使用Norris二阶导数法对红外光谱进行处理,提高吸收峰分辨率,为精细研究提供信息,选择特殊红外光谱参数I=A_{820 cm-1}/A_{2 870 cm-1}定量分析不同样品的红外光谱,结合静水称重得到的部分样品的密度信息,对出土的煤精类文物制品材质的煤化程度初步判断。结合红外光谱特征波数的强度进一步通过主成分分析解释煤精类文物的红外光谱信息,来自不同遗址的煤精类文物样品在主成分分析得分图中得到了良好的区分,并且可以与特殊红外光谱参数I判别的初步结论互相对应。验证了以漫反射傅里叶变换红外光谱为主的无损分析方法在煤精类文物材质判别中应用的可行性;若结合不同产地煤精矿样红外光谱,则可以为煤精类文物产地判别提供研究方法。     

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。     

湖北随州曾侯乙墓出土玉器材质分析与产源初探

曾侯乙墓位于湖北省随州市郊,是二十世纪重大考古发现之一,其中出土玉石器数量达五百余件,且种类齐全、工艺精湛。利用现代测试仪器对这批玉石器进行全面而科学的鉴定,对于东周时期曾国用玉水平的研究具有重要的学术意义。为了探知曾侯乙墓出土玉器的玉料类型及透闪石玉料可能来源地,以其中的319件玉器为研究对象,采用宝石学与光谱学的研究思路和方法对这些样品进行无损测试。通过十倍放大镜及天平等常规宝石学检测仪器对样品的表面特征、受沁程度及种类做出初步判断,利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和X射线荧光光谱仪（XRF）快速、无损的分析出土玉器样品的矿物相及化学成分。研究结果表明,常规仪器测试结合红外光谱及X射线荧光光谱可以很好的区分出土玉器的材质,在曾侯乙墓出土的319件玉器中,有264件透闪石质玉器,43件大理岩石璧、8件云母质玉器、1件石英岩、1件萤石以及2件水晶环。XRF测试结果显示,透闪石炙玉占全部检测样品的82.8%,其主要化学成分为MgO约占20.03%～27.00%（平均值为24.46%）, SiO₂约56.31%～61.17%（平均值为58.99%）, CaO约14.25%～19.91%（平均值为15.42%）, Fe_TO约0.19%～2.06%（平均值为0.551%）,计算可知m（Mg）/m（Mg+Fe）的值在0.91~0.99之间,其测试结果范围与标准透闪石含量很接近,该批样品中未检测出阳起石质的软玉。其中,大部分优质透闪石质玉器均出土自主墓室,反映出当时人们的用玉水平及用玉习惯。根据已有研究结果,结合化学成分分析及部分具有特征风化皮层及戈壁料特征的样品,推测曾侯乙墓部分出土玉器的玉料来源于甘肃古玉矿。该结论为进一步研究曾国用玉制度和战国时期玉石之路提供了更多的研究资料。     

浙江遂昌好川墓地五件出土绿松石珠的科技分析

目前现代测试技术发展较快,为古代玉器的加工技术、产源研究提供了无损研究手段。利用红外光谱和能量色散X射线荧光光谱技术（EDXRF）,对浙江省遂昌县好川墓地中M52号墓出土的五件绿松石珠进行无损测试,期望判断其可能的产地来源。红外谱学特征显示,3 468和3 514 cm-1处可见红外吸收锐谱带,是由于ν(OH)伸缩振动所致;3 058 cm-1附近可见ν（MFe,Cu-H₂O）伸缩振动,1 014,1 066和1 134 cm-1处为ν_３（PO₄）伸缩振动。与标准绿松石红外谱相比,缺少1 637 cm-1处峰,此处为δ（H₂O）弯曲振动,可能与样品在地下埋藏时间过久有关。除天然绿松石吸收峰外,在2 890和2 838 cm-1处出现吸收峰,分属亚甲基(-CH₂) 的不对称伸缩振动峰和对称振动峰,在1 452 cm-1附近也可以观察到其变形振动峰,此外在1 552 cm-1附近可见ν（C═C）伸缩振动。这两处有机物吸收峰结合出土位置于红色漆痕处推断,可能存在微量生漆残留。两处基团峰与生漆漆酚的红外谱学特征基本相符,存在样品埋藏时间过久,漆器在土中腐朽后沾染到样品表面的可能性。EDXRF数据中显示五件样品主量元素含量与理论值相比稍低,硅含量稍高,存在含硅杂质矿物,微量元素中锌和钡的含量较高,Zn含量均在1 151～1 540 mg·kg-1, Ba含量均在1 910～3 570 mg·kg-1, 对比前人文献与湖北十堰及周边地区出产绿松石的元素数量级更为接近,可作为判断五件绿松石珠玉料来源的一个证据。通过显微照相对五件绿松石珠制作工艺进行观察,可见五件样品均存在定向的抛磨痕迹,且可见明显的一定数量的抛磨小面,边缘可见线切割痕迹,证明当时的好川文化先民已经具有加工打磨长宽不大于1 cm珠的能力;加工珠形的方式是将不规则玉料原料分多个小面打磨直至成为桶珠形状,而非直接进行弧面打磨;钻孔周边可见明显平面,孔形状较规整,近圆形,有抛磨痕迹,说明好川墓地先民当时已具有钻孔工艺。研究表明,好川地区绿松石可能来自于湖北十堰及其周边地区的矿带,浙西南地区自好川文化开始就使用较纯净的绿松石作为漆器镶嵌装饰,埋藏过程中黏附漆类物质对绿松石表面造成一定污染,镶嵌玉石漆器的制作工艺自良渚文化后有所传承,且好川墓地先民已具备了一定程度的绿松石加工能力。这对接下来进一步研究好川文化玉料来源问题奠定基础,对考古学中好川及周边地区文化起源与交流探讨也有一定参考意义。     

广西邕宁顶蛳山遗址出土黑色石料材质的光谱无损分析

石质材料鉴定是旧石器时代考古学研究的基础,因为石质种类会影响石器的制作技术、器物形态、工具类型,从而进一步制约遗址的石工业面貌乃至文化面貌。然而,仅从外观上对石器材质进行判定有很大的不确定性,特别是在鉴别黑曜石和玻璃陨石这类外观极其相似的天然玻璃质材料,大量案例表明人工目验的结果是不准确的,经常会出现误判的情况。因此,越来越多的研究开始借助现代科学仪器对石器材质进行鉴定。顶蛳山遗址作为岭南地区一处十分重要的石器时代遗址,为我们了解广西地区史前文化特征与内涵,探讨广西与周围地区史前文化交流提供了十分宝贵的资料。然而,对于出土在顶蛳山遗址中的大量黑色石器,发掘者们对这些石器的材质一直存疑。为了确定顶蛳山遗址出土黑色石料的材质,利用拉曼光谱、红外光谱和能量色散X射线荧光光谱（ED-XRF）等分析手段对其进行了原位无损材质鉴定。Raman分析表明,所有样品均为非晶态SiO₂类物质;同时样品的均在380 cm-1处出现极强吸收峰,提示样品中可能含有黄铁矿。所有样品的红外光谱在1 200~900 cm-1处平滑且不见明显肩峰,同时在750~500 cm-1处不见明显吸收峰,表明样品不含斜长石、石英等矿物,这与玻璃陨石的物相特征相吻合。ED-XRF结果表明,样品的主要成分是SiO₂和Al₂O₃,且其碱土金属（RO）和铁含量高而碱金属含量低（R₂O）,R₂O/RO小于1、K₂O/CaO的比值处于0.8～1.6之间,这些成分特征均与玻璃陨石相符。综合以上分析结果,可确定本文分析的石料样品均是玻璃陨石。分析结果对于进一步探讨顶蛳山遗址出土黑色石料的产地,顶蛳山遗址先民的活动范围及其与周边地区史前文化的交流与互动都具有重要参考价值。     

平顶山应国墓地出土原始瓷的制作工艺和产地

原始瓷一直是学术界所关心的重要问题,其产地和工艺关系到我国古代陶瓷发展模式以及商周文化面貌研究,具有十分重要的学术价值。采用XRF和XRD等科技手段,对最新出土的河南平顶山应国墓地遗址7枚原始瓷片进行了测试和产地推测。分析结果显示,应国墓地原始瓷瓷釉中磷含量明显偏高,暗示其使用了草木灰作为原料。与其他已发表的原始瓷数据相比,应国墓地出土原始瓷瓷釉的Ca/Al和P/Al值明显不同,暗示其配方工艺与南方产地产品有所差别。分析结果显示,应国墓地原始瓷产地不在南方。     

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。     

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。     

新疆两处遗址出土绿松石文物的成分分析和产源判别

绿松石是一种产地有限,却在世界范围内被广泛使用的珍稀宝石资源,研究绿松石文物的矿料来源可为了解古代不同地区间珍稀资源的获取与交流模式、文化传播途径、早期贸易网络等学术问题提供帮助。新疆绿松石文物的矿料来源是近年来科技考古关注的热点问题之一,目前存在中原说、波斯说、新疆说和多元说等观点。研究新疆绿松石文物的产源,其难点在于既要保证文物的安全,又要确保分析数据的准确性,同时要避免样品表面污染对数据结果带来的干扰。鉴于此,采用等离子体原子发射光谱LA-ICP-AES对新疆加依、西沟两处墓地出土的绿松石进行化学成分分析,并结合秦岭东部五处产地的绿松石成分数据,经主成分分析绘制散点图——建立产地区分模型。主成分分析结果显示加依墓地样品中有五枚是罕见的锌绿松石,其余同西沟墓地绿松石的成分相近,均含有相对较高比例的Fe和Sr。结合中原地区的绿松石成分数据对比分析,发现新疆两遗址绿松石的微量元素特征相近,以高B2O低BaO为特征区别于中原地区的绿松石样品。在产地区分模型中,代表加依墓地和西沟墓地出土绿松石的散点聚集成团,且明显区分于白河、郧县、洛南、竹山、淅川五地的散点分布区域。综上结果表明新疆东部两处遗址的绿松石制品与中原东秦岭五处绿松石矿区所产矿料的成分差异较大,鉴于近年来新疆哈密发现与两处遗址同时代的绿松石采矿遗址,推测加依墓地、西沟墓地的绿松石制品其矿料来自中原地区的可能性较小。     

低能离子注入宫颈癌细胞的红外光谱分析

利用离子注入机所产生的低能N+模仿宇宙中低能离子作用于人宫颈癌细胞(HeLa cell),探索其对人类细胞的影响及作用机制。因实验中的低能离子产生和加速要在真空中进行,细胞在离子注入同时将受到真空的影响,为此研究人员利用石蜡油保护细胞以防止注入时的水份蒸发。注入处理完毕后收集细胞,采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分析真空和低能N+束注入后细胞中大分子的相对含量、构型及其构象变化等方面的信息。结果表明：(1)不同处理后的样品在3 300 cm-1附近吸收谱带存在明显差异。对照样品的特征峰位为3 300 cm-1,而其他样品中除了注入5×1014 N+·cm-2外,红外吸收峰均向长波数方向移动,真空2×1015 N+·cm-2样品的频移尤为明显至3 420 cm-1处。(2)与对照样品相比较,各处理样品的1 378 cm-1处吸收峰峰位均向长波数方向频移。(3)处理样品相对于对照样品而言,2 360 cm-1处吸收峰均向长波数方向移动。该结果说明低能离子注入处理可以引起细胞中核酸、蛋白的含量和构象变化。     

广西黑青色阳起石玉振动光谱特征研究

选取产自广西大化瑶族自治县岩滩镇的黑青色阳起石玉为研究对象,采用电子探针、傅里叶变换红外光谱仪和激光拉曼光谱仪就其化学成分和振动光谱特征进行测试分析,并对小半径金属阳离子在阳起石晶体结构中的占位情况予以讨论。结果表明,广西黑青色阳起石玉的主要矿物组成为富铁阳起石,并含有少量铁阳起石;化学成分中的高含量FeO_T(Wt%：18.596%~26.791%)是导致其折射率值(1.64)、密度值(3.12 g·cm-3)偏高且在自然光下呈黑色、透射光下呈绿色的主要原因。受晶体结构中Fe2+对Mg2+的类质同象替代作用影响,广西黑青色阳起石玉1 400~400 cm-1范围内的红外吸收谱带与100~1 200 cm-1范围内的拉曼谱峰位置较透闪石向低频区发生偏移,频差不等;且中红外、近红外吸收光谱和拉曼光谱中均可见四个(MgMgMg)OH(A带),(MgMgFe2+)OH(B带),(MgFe2+Fe2+)OH(C带)和(Fe2+Fe2+Fe2+)OH(D带)振动谱带,其中基频振动谱带分别位于3 674,3 660,3 644和3 625 cm-1附近,倍频振动谱带分别位于7 183,7 154,7 118和7 077 cm-1附近,相对强度为A＜D＜B＜C。化学成分和M-OH红外振动谱带积分面积计算结果显示广西黑青色阳起石玉晶体结构中Mg2+优先占据M₂位置,Fe2+优先占据M₁位置;Mg2+和Fe2+在M₁和M₃位置上的分布相对有序,占位系数接近于1。综合分析认为广西黑青色阳起石玉的变质程度属绿片岩相范畴。     

婴幼儿奶粉的FTIR分析与鉴定

采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)获得了六种婴幼儿奶粉的红外光谱及其二阶导数谱. 奶粉中的脂肪(1 747, 2 854, 2 926 cm-1)、蛋白质(1 658, 1 540 cm-1)和糖(1 200～900 cm-1)等主要营养成分具有明显的红外指纹特征. 麦芽糊精、蔗糖和乳糖同样具有明显的指纹特征, 随着添加量的不同而改变. 同一厂家不同类型的婴幼儿奶粉, 脂肪、蛋白质和糖含量差异较大, 红外光谱差异较显著;不同厂家相同类型的婴幼儿奶粉的红外光谱差异较小, 但其二阶导数谱具有明显的指纹特征. 该方法简便、快速、可直观的评价奶粉的品质优劣.     

红外光谱法用于肉苁蓉属中药鉴别研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)及其二阶导数谱和二维相关红外光谱对传统名贵中药材肉苁蓉、管花肉苁蓉和盐生肉苁蓉进行鉴别研究。结果表明,肉苁蓉与管花肉苁蓉的红外谱图有明显区别,相似系数仅0.623 3;而肉苁蓉与盐生肉苁蓉的峰形和峰位均极其相似,相似系数达0.904 8,仅从一维图上无法看出两者的成分差异,但通过二阶导数谱中1 730(1 738),816 cm-1处的峰形差异可发现二者的一些成分含量存在较明显差异。二维相关谱更直观地反映出三者的差异,它们的自动峰个数均不相同。可见,红外光谱法基本可以实现了对肉苁蓉属３种药材的鉴别,而且具有快速、有效和无损等优点。     

翡翠B货的拉曼光谱鉴别

与传统宝石鉴定相比 ,拉曼光谱在漂白或注胶翡翠 (B货翡翠 )的鉴别中是一种快速、无损、微区分析方法 ,特别对于宝石中的包体和填充物尤其有效[1 ] 。翡翠中经常充填各种油、蜡、胶 (如石蜡、石蜡油、AB胶、环氧树脂等 )来增强其透明度[2 ] ,由于它们化学成分、化学结构的不同 ,在拉曼光谱中显示不同的峰位特征。环氧树脂的特征峰主要属于苯环的 :1 60 9和 1 1 1 6cm- 1 两个C—C伸缩振动 ,3 0 69cm- 1 C—H的伸缩振动以及 1 1 89cm- 1 C—H的面内弯曲振动 ,而用于翡翠抛光处理的石蜡不具有苯环的特征峰 ,据此可作为鉴别B货翡翠的依据。     

野生蕈菌孢子的傅里叶变换红外光谱研究

傅里叶变换红外光谱法(FTIR)研究了9种野生蕈菌的孢子,分析了主要吸收峰的归属,结果显示孢子的主要成分为脂类物质、蛋白质和多糖等。在1800—750cm-1光谱范围内,不同属、不同种的野生蕈菌孢子光谱显示了一定的差异,可以用来区分不同种类的孢子。对1800—1500cm-1和1200—1000cm-1范围的二阶导数光谱分别进行相关分析,9种孢子在1800—1500cm-1范围内的相关性相对较好,相关系数在0.843—0.998范围,表明它们含有的主要化学成分脂类物质、蛋白质等比较相似;在1200—1000cm-1范围内相关性较差,相关系数最大为0.780,最小为0.144,表明多糖物质构型或含量具有较大差异。傅里叶变换红外光谱结合特征峰分析和相关分析极有可能用于鉴别蕈菌孢子。     

美国通用电气公司宝石级合成翡翠的振动谱学研究

对近来面市的美国通用电气公司的宝石级合成翡翠,使用傅里叶红外光谱仪、 激光拉曼光谱仪等谱学分析测试仪器进行测试,研究其振动光谱,试图从振动谱学的角度分析研究这种合成翡翠的特征,并比较它与天然翡翠的异同。研究结果表明： 在红外光谱方面： 美国通用电气公司宝石级合成翡翠的指纹区与天然翡翠的基本相同; 而在基团频率区,则有明显的不同： 在3 400～3 700 cm-1范围内显示一组由OH的伸缩振动导致的特征吸收谱带: 3 375,3 471和3 614 cm-1。揭示了合成翡翠中含有一定数量的羟基。在拉曼光谱方面,一组376,700,989和1 039 cm-1的尖锐吸收峰一方面显示了和天然翡翠的拉曼特征一致性,另一方面也显示其具有完好的结晶形态,红外光谱和拉曼光谱均显示了样品中重质量的阳离子的缺乏。     

硅基片上微米厚度SiO2膜的斜入射红外反射透过谱分析

介绍了硅基片上具有微米厚度的SiO2膜在斜入射情况下的红外反射透过谱测量结果,发现在900~1250cm-1波段内的结果有别于一般的透射谱,出现了峰位基本不变的1100cm-1反射峰。随厚度增大,1100cm-1峰和1200cm-1凹谷的降低逐渐变为迟缓。当厚度达到2μm以上后,1075~1250cm-1谱线的变化已不再明显。通过分析表明,结果中包含了SiO2膜的表面反射谱和SiO2膜层的吸收谱。当膜厚达到微米量级而引起较大吸收时,表面反射谱的贡献相当明显。此时,对该段谱线的分析不能仅考虑膜层的吸收。     

红外反射法研究6H-SiC表面热氧化生长的SiO_2特性

本文利用红外反射峰位置与薄膜厚度及密度的关系研究了在SiC衬底上热氧化生长出的SiO2在退火前及在不同温度用高N2退火一小时后的1085cm-1附近红外反射峰的漂移情况,分析了SiO2的密度变化。密度的变化反映了退火中SiO2中的C和CO的扩散以及空位型缺陷的退火过程。