FRINGE桌面式X射線衍射儀：文物考古領(lǐng)域的新利器

一、引言

青銅鼎、古代壁畫、陶瓷碎片等文物蘊含著豐富的歷史信息，但僅靠肉眼難以解讀其深層秘密，如青銅器的礦脈來源、壁畫顏料種類及陶瓷燒制工藝等。

傳統(tǒng)考古手段如目視判斷和化學(xué)取樣分析，常因主觀經(jīng)驗或?qū)ξ奈锏钠茐男远芟?。X射線衍射技術(shù)（XRD）憑借非破壞性和高精度解析晶體結(jié)構(gòu)的能力，成為考古學(xué)家破解文物“物質(zhì)密碼”的核心工具。它可定位青銅器金屬來源、鑒定壁畫顏料成分、還原陶瓷燒制條件，推動考古研究從經(jīng)驗推斷走向科學(xué)實證，為重建人類文明史提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

二、XRD在考古中的應(yīng)用

XRD技術(shù)作為一種強(qiáng)大的物相分析手段，在考古學(xué)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為解讀古代人類活動與工藝技術(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。其核心價值在于能夠精準(zhǔn)地鑒定古代遺物的礦物組成與晶體結(jié)構(gòu)。在陶瓷與陶器研究中，通過分析胎體及釉料中的礦物成分，可以追溯黏土原料的來源，進(jìn)而推斷貿(mào)易路線；同時，特定礦物的存在與否可以反推其燒制溫度，揭示古代窯爐技術(shù)與工藝水平。對于金屬文物，XRD能有效鑒定復(fù)雜的腐蝕產(chǎn)物（如青銅器上的銅綠、鐵器上的鐵銹），為評估文物保存狀況、制定精準(zhǔn)保護(hù)方案提供關(guān)鍵信息。在壁畫與彩繪藝術(shù)研究領(lǐng)域，該技術(shù)能夠鑒定出諸如孔雀石、青金石等特定礦物顏料，不僅為了解古代藝術(shù)家的調(diào)色盤與審美偏好提供證據(jù)，也用于鑒別真?zhèn)魏头治霾『C(jī)理。此外，XRD還廣泛應(yīng)用于玉石器材質(zhì)溯源、古代殘留物分析等多個方面?？偠灾?，XRD技術(shù)將考古學(xué)從宏觀形態(tài)描述推進(jìn)至微觀物質(zhì)認(rèn)知的深層境界，通過解讀遺存中的“晶體指紋”，成為連接現(xiàn)代科學(xué)與古代文明的重要橋梁。

三、應(yīng)用案例

本文將通過3個案例，使用FRINGE桌面式X射線衍射儀對青銅器、顏料、陶瓷進(jìn)行檢測分析，以驗證XRD的檢測效果及應(yīng)用價值。

案例1. 古青銅

XRD 技術(shù)可用于鑒定青銅器銹蝕物的成分，從而判斷其腐蝕程度和保護(hù)需求。例如，通過 XRD分析可以識別青銅器銹蝕物中的有害銹成分，如氯化亞銅、氯銅礦和副氯銅礦等。這對于青銅器的保護(hù)和修復(fù)具有重要意義。

（2）檢測結(jié)果

有利銅銹的X射線衍射圖譜

檢測結(jié)論：XRD鑒定結(jié)果可知該銅銹是CuO，古青銅器中致密的CuO層是器物處于穩(wěn)定狀態(tài)的標(biāo)志，作為天然屏障，阻隔腐蝕因子，抑制“青銅病”發(fā)展。對于嚴(yán)重礦化的器物，CuO銹層是支撐結(jié)構(gòu)。所以有利銅銹需要保留其作為歷史痕跡和歲月包漿的原始狀態(tài)。

有害銅銹的X射線衍射圖譜

檢測結(jié)論：XRD鑒定結(jié)果可知該銅銹主要是CuCl，氯化亞銅是一種灰白色或淡綠色的粉末，通常隱藏在器物銹層下部或與土壤接觸的核心區(qū)域，其危害性源于其化學(xué)不穩(wěn)定性和催化循環(huán)腐蝕的特性。治理CuCl是現(xiàn)代青銅器修復(fù)的首要任務(wù)，其根本目標(biāo)是中斷其自催化循環(huán)反應(yīng)，使器物回歸穩(wěn)定狀態(tài)，實現(xiàn)長久保存。

案例2： 古顏料

XRD 技術(shù)作為一種高效的物相分析手段，廣泛應(yīng)用于壁畫顏料成分鑒定中。通過分析顏料的晶體結(jié)構(gòu)，XRD 能夠準(zhǔn)確識別出赤鐵礦、鐵紅、氧化錳、黑煙末、方解石、石英、金紅石等多種礦物顏料。這些礦物顏料是古代繪畫與彩陶制作的主要材料，明確其成分不僅揭示了顏料來源及古代制作工藝，也為彩陶、古畫、壁畫等文物的科學(xué)修復(fù)與顏色還原提供了關(guān)鍵依據(jù)，對文化遺產(chǎn)的保護(hù)具有重要價值。

（1）樣品圖片

（2）檢測結(jié)果

紅色顏料的X射線衍射圖譜

檢測結(jié)論：XRD分析結(jié)果顯示，哈巴粉主要物相是鐵紅Fe2O3、SiO2、CaCO3；表明Fe2O3為哈巴粉主要顯色成分（SiO2、CaCO3作為填料均為無色或白色，使其呈現(xiàn)暗紅色），其中Fe2O3為無機(jī)物，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐光性，耐化學(xué)攻擊性較好，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，不會對文物造成傷害。

白色顏料的X射線衍射圖譜

檢測結(jié)論：XRD分析結(jié)果顯示，白色顏料主要物相是金紅石，金紅石晶體結(jié)構(gòu)致密，具有高的化學(xué)穩(wěn)定性和惰性，優(yōu)異的光穩(wěn)定性，高的折射率和遮蓋力（白度），且無毒無害。一般會作為顏料應(yīng)用于彩繪、壁畫、油畫等的補(bǔ)全與修復(fù)，同時也會作為填料來用于填補(bǔ)材料。

黃色顏料的X射線衍射圖譜

檢測結(jié)論：XRD分析結(jié)果顯示，黃色顏料主要物相為鋯石，因其高的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性，常作為繪畫層的補(bǔ)全與修復(fù)顏料，同時也可作為添加劑，增強(qiáng)保護(hù)材料的性能。

藍(lán)色顏料的X射線衍射圖譜

檢測結(jié)論：XRD分析結(jié)果顯示，藍(lán)色顏料的主要物相是鈷藍(lán)，鈷藍(lán)具有高的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性，同時遮蓋力和著色力很高，一般用于油畫、壁畫的修復(fù)和作為保護(hù)性調(diào)色層。

案例3：古陶瓷

XRD技術(shù)是古陶瓷研究中分析手段。它通過測定物相組成、釉料及地基材料的礦物來源，為文物斷代、真?zhèn)舞b別和工藝研究提供科學(xué)依據(jù)。

同時能為制定科學(xué)合理的修復(fù)保護(hù)方案奠定堅實基礎(chǔ)，是連接古代工藝與現(xiàn)代保護(hù)實踐的關(guān)鍵橋梁。

（1）樣品圖片

（2）檢測結(jié)果

白胎面的X射線衍射圖譜

檢測結(jié)論：白胎面物相主要為石英和莫來石。

釉面的X射線衍射圖譜

檢測結(jié)論：釉面物相主要為透長石和少量的石英，其中2θ=15~40°區(qū)間能觀察到明顯的非晶峰，這與釉面在高溫下形成的非晶玻璃相這一事實高度吻合。

四、結(jié)論

XRD 技術(shù)以其高分辨率及晶體結(jié)構(gòu)解析能力，在考古研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。它不僅能夠為考古學(xué)家提供文物的成分、結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵信息，還能幫助揭示文物的制作工藝、產(chǎn)地、年代等重要信息。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用的深入，XRD 技術(shù)將在考古領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為文化遺產(chǎn)的保護(hù)和研究提供更有力的支持。