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。     

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。     

河南宝丰和新郑出土硅酸盐制品的无损分析研究

无损分析是文物样品研究的重要内容,研究中采用便携式能量色散型X射线荧光光谱仪(pXRF)和激光拉曼光谱仪(LRS),对河南宝丰和新郑出土的21件战国晚期到汉代的硅酸盐制品进行了化学成分分析和微区物相分析。依据化学成分分析结果,将样品划分为铅钡硅酸盐玻璃、钾硅酸盐玻璃、釉砂和铅钡釉砂四类分别进行讨论,并对样品的着色机理进行了初步探讨;利用激光拉曼光谱在部分蜻蜓眼和圆环珠蓝色颜料中检测到了中国蓝(BaCuSi₄O₁₀)、中国紫(BaCuSi₂O₆)和中国深蓝(BaCu₂Si₂O₇),同时成功确定了部分样品中存在石英、方解石、碳酸铅、煅棕土、绿土等多种物相;结合考古研究资料,对这些样品的来源进行了简要讨论,其中本实验铅钡硅酸盐玻璃、钾硅酸盐玻璃耳珰和铅钡釉砂为我国自制,而另外1件釉砂可能属于舶来品,反映了我国古代中原各地区间,以及中原与西域间有着广泛的文化技术交流。便携式能量色散型X射线荧光光谱仪和激光拉曼光谱仪的相互结合,能够提供硅酸盐制品的有效化学成分和结构信息,在文物科学分析中显示出特有的优势,为其考古研究提供有益的信息。     

广西合浦九只岭汉墓出土石榴子石珠饰的科学分析

为探明广西合浦九只岭汉墓出土的一批紫色珠饰的材质、制作工艺和可能的原料来源,应用X射线荧光光谱、激光拉曼光谱和以及超景深三维显微系统三种分析技术科学分析了其中8枚珠饰。根据X射线荧光光谱和激光拉曼光谱分析结果,从矿物学特征上讲,这些珠饰是由石榴子石族矿物中的铝系石榴石加工而成,除一件样品属于铁铝-镁铝榴石型外,其矿物成分体系具有较高一致性,其他样品均属于富铁铝榴石型石榴子石。结合超景深数码显微系统所获取的样品加工痕迹信息以及近年考古学和科技研究成果,探讨了这批石榴子石的加工工艺和可能的来源。判断这批珠饰采用了旋磨工艺和皮囊球磨工艺两种打磨工艺,采用双钻石钻具对钻的钻孔工艺。这批铁铝榴石宝石珠饰应是由南亚或南亚经东南亚通过海上丝绸之路输入到合浦的,是汉代海上丝绸之路贸易的重要物证,对研究海上丝绸之路的历史和文化交流等具有重要的意义。     

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...     

拉曼光谱在文物分析中的应用

拉曼光谱技术是一种分析技术,由于它能够获得物质的分子信息而被应用于文物的分析中。特别是拉曼光谱作为无损的分析方法,应用于文物的原位分析。论述了拉曼光谱原理及近几年拉曼光谱在颜料、陶瓷、古玉、青铜器等文物分析中的应用。     

甘肃马家塬战国墓地M4出土硅酸盐珠饰的科学分析研究

结合X射线荧光光谱、拉曼光谱和X射线衍射分析,对甘肃马家塬战国墓地M4出土的11件装饰性硅酸盐珠饰进行了无损分析研究。依据分析结果将这些样品划分为钠钙硅酸盐玻璃、铅钡硅酸盐玻璃和釉砂三种类型。化学成分分析结果表明：钠钙硅酸盐蜻蜓眼玻璃珠的蓝色眼珠部分采用Co2+着色。拉曼光谱分析在铅钡体系硅酸盐样品中检测到了人工合成的硅酸钡铜系中国蓝和中国紫颜料,在钠钙蜻蜓眼玻璃的白色区域检测到了锑酸钙(CaSb₂O₆)乳浊剂/着色剂。结合已有的研究结果,探讨了所分析样品的可能来源及其反映的早期文化和技术交流状况。含有中国蓝、中国紫的装饰性珠子的制作材料和工艺应当是受到当时秦人的影响。而钠钙蜻蜓眼珠的成分特点,又与新疆等西北地区出土的同类珠子有相似之处。可见西戎人在玻璃制作技术方面同时受到北方草原民族文化和秦文化的共同影响。这批样品中以泥芯和玻璃化材料共同组成的装饰珠子,可能是从釉砂珠向玻璃珠的过渡类型,这对于研究我国玻璃的起源问题提供了新的参考资料。     

“钟离君柏”墓出土彩绘陶器颜料的光谱分析

利用拉曼光谱结合X射线衍射物相检测方法,对安徽蚌埠双墩春秋中晚期“钟离君柏”墓出土彩绘陶器颜料的物相结构进行了分析测定。结果表明,陶器表面的红色、黄色和黑色颜料皆保存较好,未发生明显变化,分别是无机矿物朱砂(HgS)和针铁矿(α-FeO(OH))及炭黑。同时,拉曼光谱与X射线衍射分析的结果都显示红色颜料朱砂的组成物相单一,不含天然朱砂的伴生矿物石英,且其晶粒尺寸可能在纳米范围,应是由人工合成或经过古人的加工、纯化处理。针铁矿的发现表明春秋时期该矿物己被用作黄色颜料,这是目前己知的针铁矿作为黄颜料使用的最早的实例。     

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。     

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。     

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。     

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。