文物科技鑒定的基本原理及應(yīng)用

王繼偉

摘 要：文物的科技鑒定方法是傳統(tǒng)鑒定方法的必要補(bǔ)充，在文物鑒定中具有廣闊的應(yīng)用前景。文章概述了文物鑒定中常用科技方法的基本原理及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：文物;科技鑒定;光譜分析;紅外分析;X光衍射

文物是古代人類活動(dòng)遺留下來的物質(zhì)遺存，具有歷史價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值和科學(xué)價(jià)值。在中國古代，文物就為人們所珍視，周代王室建有專門的文物保管場所。宋代，文化興盛，文人雅士熱衷于收藏并研究文物，形成了著名的“金石學(xué)”[1]。到了明清時(shí)期，收藏文物成為一種社會風(fēng)尚，文物被稱為“古玩”，很多人以經(jīng)營和販賣古玩為生。改革開放后，隨著社會經(jīng)濟(jì)的興盛，形成了一股收藏古玩的熱潮，文物收藏更被人們追捧。在文物被人們珍視和收藏的同時(shí)，便有人開始偽造文物，以贗充真，獲取利益。在文物收藏和研究過程中，文物的年代和真?zhèn)舞b定也就成為一項(xiàng)重要內(nèi)容。傳統(tǒng)鑒定手段憑借直觀判斷和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，不能解決文物鑒定中遇到的所有問題?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)方法越來越成為文物鑒定中必不可少的補(bǔ)充手段。

現(xiàn)代科技方法主要從技術(shù)層面和文物特征的角度檢測文物的原料、工藝特征，從而判定文物的年代和真?zhèn)巍?/p>

1 文物年代的測定

碳14測年：碳的放射性同位素14C在生物體內(nèi)因新陳代謝與外界環(huán)境保持平衡，生物體死亡后即停止交換，體內(nèi)14C會因衰變而按照放射性規(guī)律減少，測定生物遺存14C含量，并與大氣中的14C含量進(jìn)行比較，就可判定生物體的死亡年代。碳14測年是考古出土文物較常用的絕對年代測定方法，測年范圍廣，但誤差較大，需用樹木年輪斷代法矯正[2]。僅限于有機(jī)質(zhì)文物及含碳材質(zhì)文物的年代鑒定，如書畫、木器等。

熱釋光斷代：石英、長石等晶體在自然界電離輻射條件下產(chǎn)生自由電子，被礦物中電子陷阱俘獲而集聚能量，在高溫加熱時(shí)會以光的形式釋放能量，稱為“熱釋光”。礦物高溫后釋光信號置零，之后因繼續(xù)接受自然界電離輻射而重新不斷集聚能量[2]。對晶體樣品進(jìn)行高溫加熱，測定其熱釋光的能量，即可測算樣品最近一次受高溫的時(shí)間。主要用于古陶瓷、磚瓦等經(jīng)高溫生成的文物的燒造年代和真?zhèn)舞b定。

老化痕跡定年：文物因自身特性及外界環(huán)境的影響，在自然力的作用下會發(fā)生老化現(xiàn)象，產(chǎn)生老化痕跡。文物生成時(shí)間越久，保存環(huán)境越差，老化現(xiàn)象越嚴(yán)重。通過對不同樣品老化痕跡的對比分析，可以推斷文物的相對年代。陶瓷文物在漫長的歷史過程中，會緩慢地與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，表面釉會水解生成含羥基類物質(zhì)Si-OH（硅-羥基），測定陶瓷文物表面硅-羥基的含量即可判定陶瓷文物的年代[3]。

2 文物成分的測定

原子發(fā)射光譜分析：組成物質(zhì)的原子在外界能量的作用下，外層電子從基態(tài)躍遷到較高能級上，成為激發(fā)態(tài)，同時(shí)會以電磁波的形式輻射能量，重新回到較低的能級上[4]。不同物質(zhì)由不同元素構(gòu)成，不同元素發(fā)射的電磁波譜不同，對電磁波譜和能量進(jìn)行分析即可判斷物質(zhì)所含元素的種類和含量。常用于測定陶瓷器文物胎釉中的常量、微量、痕量元素種類及含量和金屬文物的化學(xué)成分等。

原子吸收光譜分析：特定元素所發(fā)射的特征譜線會被物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸汽中同種元素的原子選擇性地吸收而減弱[4]，通過測定不同元素所發(fā)射的特征譜線的吸收情況，即可判別物質(zhì)中元素的種類和含量。常用于分析硅酸鹽文物成分的差異，如鑒定古陶瓷的窯口、玻璃器的產(chǎn)地等。

X射線熒光光譜：當(dāng)X射線照射物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)原子內(nèi)層電子被激發(fā)形成電子空穴，外層電子落入空穴并以X熒光的形式向外輻射能量[2]。X熒光的波長與元素種類有關(guān)，分析X熒光的光譜特征及能量，即可測定物質(zhì)所含所含元素的種類和含量?？捎糜诮饘?、陶瓷、木質(zhì)等文物的元素分析，判斷文物的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)。

拉曼光譜分析：一束光照射介質(zhì)時(shí)會發(fā)生非彈性散射，散射光的能量會增加或降低，這種非彈性散射被稱為拉曼散射[5]。不同介質(zhì)的分子產(chǎn)生的拉曼散射的頻率和波長變化不同，通過測定拉曼散射，就可判別介質(zhì)的分子組成和結(jié)構(gòu)?？煞治隼L畫顏料、書寫墨跡、彩繪膠料、織物染料、紙質(zhì)纖維等，主要應(yīng)用于有機(jī)質(zhì)文物，如書畫、郵票、織物等的鑒定。

紅外吸收光譜：當(dāng)紅外光通過有機(jī)物時(shí)，某些特定波長的紅外光被強(qiáng)烈吸收[6]，特定波長的吸收反映了物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的性質(zhì)，分析吸收光譜，即可判別吸收物質(zhì)的種類和分子組成。主要用于鑒定織物材質(zhì)、皮毛文物皮革種類等。

X射線衍射：X射線照射晶體時(shí)，會發(fā)生衍射。不同的晶體，結(jié)構(gòu)不同，產(chǎn)生的衍射圖譜各不相同[2]。比較試樣的衍射圖譜，就可鑒別不同晶體的物相或礦物組成。文物鑒定中可應(yīng)用于金屬文物銹蝕產(chǎn)物的判別和做舊的判定?？捎糜阼b定古陶瓷釉質(zhì)成分、書畫顏料結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)文物的組織結(jié)構(gòu)等。

3 文物表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析

光學(xué)顯微鏡：根據(jù)光的傳播原理，以可見光作為光源，利用透鏡等設(shè)備將物體放大后觀察物體表面微觀信息的儀器。光學(xué)顯微鏡廣泛應(yīng)用于不同材質(zhì)文物的分析鑒定?？捎^察古陶瓷文物胎釉厚度、釉面剝蝕程度、氣泡輪廓、做舊痕跡;觀察金屬文物的氧化程度，鑄造、錘揲、鍛打工藝;觀察織物和紙質(zhì)文物纖維類別以及水解和老化狀況，觀察寶玉石文物的晶面結(jié)構(gòu)、表現(xiàn)劃痕、切磨工藝等[7]。

電子顯微鏡：常用的電子顯微鏡有掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡。掃描電子顯微鏡通過儀器收集聚焦電子束在樣品表面掃描產(chǎn)生的二次電子等信號，將其轉(zhuǎn)換成電信號成像后觀察樣品表面微觀形貌。透射電子顯微鏡通過收集穿透樣品的電子束成像。電子顯微鏡具有分辨率高、景深長、成像好、樣品制備簡單等優(yōu)點(diǎn)?？捎糜诮饘?、陶瓷等固體樣品的微觀形貌觀察、物相組織和晶體結(jié)構(gòu)的分析、微區(qū)化學(xué)成分檢測等，也可用在紡織品、皮毛織物、骨角器的類別判斷、劣化分析、加工痕跡研究等方面。

X光成像技術(shù)：X光穿透物體時(shí)會被不同程度地吸收，到達(dá)另一側(cè)的X光會使膠片或屏幕感光而形成黑白對比的影像。所穿透的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，X光被吸收的程度不同，產(chǎn)生的影像黑白對比程度不同。分析產(chǎn)生的影像，可以判斷物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。X光成像技術(shù)對文物無損，成像快速。通過文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察，可分析文物的破損程度、修復(fù)狀況、加工工藝等，還可顯示字畫上湮沒的文字、印章，青銅器的紋飾等，常用于字畫、郵票等的鑒定。

電子斷層掃描技術(shù)：電子計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)是通過檢測設(shè)備接收多個(gè)角度穿過物體后衰減的X射線輻射情況，從而獲得不同橫斷面的圖像，再通過3D技術(shù)進(jìn)行合成，得到物體三維立體圖像[8]。該技術(shù)無需取樣，能清晰揭示物體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，已廣泛應(yīng)用于文物研究領(lǐng)域。可分析玻璃的制造工藝、古動(dòng)物化石等。

多光譜成像技術(shù)：不同物質(zhì)對光具有不同的反射、吸收特性，對光反射后會產(chǎn)生不同的反射光譜。多光譜成像技術(shù)就是通過光譜檢測設(shè)備，分析處理物體在一定光譜范圍內(nèi)的多個(gè)窄波段單色反射光或熒光光譜影像的技術(shù)[9]。常用于紙質(zhì)文物、紡織品等的微痕分析和字跡、圖案信息提取等。

4 小結(jié)

文物鑒定的科技方法便捷、高效，但也有一定的局限性，如碳14測年的誤差較大;作偽者可通過一定劑量的X光照射古陶瓷使其達(dá)到一定年代的釋光量，干擾熱釋光的鑒定結(jié)果;電子顯微鏡鑒定需要取樣會對文物造成損壞等。必須根據(jù)鑒定需要和條件選擇使用不同的方法，并結(jié)合傳統(tǒng)鑒定方法，以達(dá)到相輔相成的目的。

參考文獻(xiàn)

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