FRINGE桌面式X射線衍射儀：文物考古領域的新利器

更新時間：2025-11-07

瀏覽次數：243

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。

傳統考古手段如目視判斷和化學取樣分析，常因主觀經驗或對文物的破壞性而受限。X射線衍射技術（XRD）憑借非破壞性和高精度解析晶體結構的能力，成為考古學家破解文物“物質密碼”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，推動考古研究從經驗推斷走向科學實證，為重建人類文明史提供關鍵技術支撐。

二、XRD在考古中的應用

XRD技術作為一種強大的物相分析手段，在考古學中發揮著至關重要的作用，為解讀古代人類活動與工藝技術提供了科學依據。其核心價值在于能夠精準地鑒定古代遺物的礦物組成與晶體結構。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，進而推斷貿易路線；同時，特定礦物的存在與否可以反推其燒制溫度，揭示古代窯爐技術與工藝水平。對于金屬文物，XRD能有效鑒定復雜的腐蝕產物（如青銅器上的銅綠、鐵器上的鐵銹），為評估文物保存狀況、制定精準保護方案提供關鍵信息。在壁畫與彩繪藝術研究領域，該技術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家的調色盤與審美偏好提供證據，也用于鑒別真偽和分析病害機理。此外，XRD還廣泛應用于玉石器材質溯源、古代殘留物分析等多個方面。總而言之，XRD技術將考古學從宏觀形態描述推進至微觀物質認知的深層境界，通過解讀遺存中的“晶體指紋”，成為連接現代科學與古代文明的重要橋梁。

三、應用案例

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、陶瓷進行檢測分析，以驗證XRD的檢測效果及應用價值。

XRD在考古中的應用(圖1)

案例1. 古青銅

XRD 技術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和修復具有重要意義。

（2）檢測結果

XRD在考古中的應用(圖1)

有利銅銹的X射線衍射圖譜

檢測結論：XRD鑒定結果可知該銅銹是CuO，古青銅器中致密的CuO層是器物處于穩定狀態的標志，作為天然屏障，阻隔腐蝕因子，抑制“青銅病”發展。對于嚴重礦化的器物，CuO銹層是支撐結構。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。

XRD在考古中的應用(圖2)

有害銅銹的X射線衍射圖譜

檢測結論：XRD鑒定結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域，其危害性源于其化學不穩定性和催化循環腐蝕的特性。治理CuCl是現代青銅器修復的首要任務，其根本目標是中斷其自催化循環反應，使器物回歸穩定狀態，實現長久保存。

案例2：古顏料

XRD 技術作為一種高效的物相分析手段，廣泛應用于壁畫顏料成分鑒定中。通過分析顏料的晶體結構，XRD 能夠準確識別出赤鐵礦、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、壁畫等文物的科學修復與顏色還原提供了關鍵依據，對文化遺產的保護具有重要價值。

（1）樣品圖片

XRD在考古中的應用(圖3)

（2）檢測結果

XRD在考古中的應用(圖5)

紅色顏料的X射線衍射圖譜

檢測結論：XRD分析結果顯示，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，使其呈現暗紅色），其中Fe2O3為無機物，化學性質非常穩定，耐光性，耐化學攻擊性較好，不易與其他物質發生反應，不會對文物造成傷害。