X射線(xiàn)分析技術(shù)在文物保護(hù)工作中的應(yīng)用

郭美玉

【摘要】X射線(xiàn)研究方式由于其分析迅速、可測(cè)要素布局廣、測(cè)出限低的優(yōu)勢(shì)被推廣使用在社會(huì)各個(gè)方面。X射線(xiàn)分析技術(shù)把光學(xué)圖像和元素研究完美地結(jié)合在一起，為科研人員的探究與分析帶來(lái)了新的分析方式。經(jīng)過(guò)對(duì)文物外表掃描分析能夠獲得文物總體要素布局圖，對(duì)探究文物的構(gòu)成、加工工藝和變偽有十分關(guān)鍵的作用。希望通過(guò)本文的詳細(xì)分析和研究，能夠?yàn)橄嚓P(guān)從業(yè)人員帶來(lái)有效的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】X射線(xiàn)分析技術(shù)；文物保護(hù)；運(yùn)用；分析

【中圖分類(lèi)號(hào)】G264 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

現(xiàn)代高新科技在文物保護(hù)工作中已取得了較大的應(yīng)用，成為檢驗(yàn)文物本身、文物病害和保護(hù)復(fù)原材料必不可少的設(shè)施。針對(duì)基本材料與蛻變產(chǎn)物物質(zhì)和物相研究，保護(hù)復(fù)原方式與材料的選用和評(píng)價(jià)，文物埋藏條件和保存環(huán)境的成分研究，以及對(duì)處在環(huán)境檢查、檢測(cè)、調(diào)控均發(fā)揮出非常關(guān)鍵的作用，為文物的預(yù)防性維護(hù)和后期的修復(fù)工作帶來(lái)了科學(xué)的理論支撐。

一、同時(shí)輻射X射線(xiàn)方法

同步輻射屬于高速帶電粒子與磁場(chǎng)內(nèi)順著弧形軌道工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁波，其具備從遠(yuǎn)紅外值X射線(xiàn)范圍中的持續(xù)光譜，同時(shí)非常準(zhǔn)直、十分極化、高性能、高輻射功率、自然偏振性、能夠精確管理等優(yōu)勢(shì)[1]。因?yàn)橥瑫r(shí)輻射光源有很高的亮度，相較于以往的光源，把同時(shí)輻射光源應(yīng)用與X射線(xiàn)衍射、X射線(xiàn)拍照等方面，具有更加有效的靈敏性、超少的收集時(shí)間與微米級(jí)的分辨率等特征。

二、XRF技術(shù)

XRF是經(jīng)過(guò)初級(jí)X射線(xiàn)光子和微觀(guān)粒子激起樣本內(nèi)的原則，使之出現(xiàn)熒光，以檢查材料成分的一種手段。結(jié)合色散和探測(cè)方式的差異，XRF能夠分成兩種：WD-XRF和EDXRF[2]。X射線(xiàn)熒光光譜法憑借其制作簡(jiǎn)便、可測(cè)要素領(lǐng)域廣、處理迅速、檢測(cè)精準(zhǔn)穩(wěn)定、能夠同步檢測(cè)多個(gè)要素、不損壞樣本、檢出限能夠達(dá)到10PPM等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)檳城實(shí)驗(yàn)室和考古開(kāi)發(fā)過(guò)程檢查研究主量、次量以及痕量要素的首先途徑，在原位和無(wú)損研究中有著非常關(guān)鍵的地位。

因?yàn)閄射線(xiàn)熒光光譜法的高速發(fā)展，逐漸多的文物保護(hù)研究人員用其來(lái)實(shí)施金屬、陶瓷、木質(zhì)等材料的元素研究。相關(guān)科研人員采用各種技術(shù)方式研究了斯里蘭卡曼泰挖掘的7個(gè)青花瓷碎片的結(jié)構(gòu)與成分，且對(duì)它的產(chǎn)地展開(kāi)了分析[3]。經(jīng)過(guò)分析文物物料的成分與結(jié)構(gòu)，明確青花瓷殘片的材質(zhì)和質(zhì)變物質(zhì)的成分，確定文物破損的過(guò)程及機(jī)理，這樣方可更好地保護(hù)文物。另外，通過(guò)選擇ED-XRF探針和線(xiàn)掃描方法對(duì)本國(guó)唐朝及宋朝的長(zhǎng)沙窯彩瓷遺址樣本的工藝展開(kāi)分析得知，該文物的彩繪方法不完全是典型的釉下彩方法，其屬于高溫釉上彩方法，這對(duì)后期彩繪文物的科學(xué)保護(hù)帶來(lái)了有效的信息[4]。另外，利用X射線(xiàn)熒光光譜法能夠研究文物埋藏條件，像附近土壤及地下水的物質(zhì)來(lái)掌握文物的埋藏情況。比如，利用X射線(xiàn)熒光光譜法了解文物保存環(huán)境空氣里的氣溶膠、化學(xué)有害物質(zhì)等物質(zhì)，以保證文物保存在最好的環(huán)境下，降低深入的損壞。X射線(xiàn)熒光光譜法還能夠?yàn)槲奈锉Ｗo(hù)復(fù)原方法帶來(lái)技術(shù)指導(dǎo)及科學(xué)依據(jù)。

當(dāng)前，X射線(xiàn)熒光光譜法在文物保護(hù)領(lǐng)域中的使用也存在很多問(wèn)題。X射線(xiàn)熒光光譜法盡管是無(wú)損研究，可是其樣品室很小，不能符合略大一點(diǎn)文物的研究；另外，文物種類(lèi)多種多樣，規(guī)范樣品還非常稀缺或是基本上沒(méi)有，同時(shí)，各類(lèi)材質(zhì)的文物X射線(xiàn)熒光光譜檢測(cè)成分的信息庫(kù)也急需創(chuàng)建[5]。X射線(xiàn)熒光光譜法對(duì)空間條件需求非常嚴(yán)格，應(yīng)用過(guò)程要思考光譜作用、基體效應(yīng)等干擾。

三、XRD技術(shù)

XRD方法是按照結(jié)晶性物質(zhì)出現(xiàn)的X射線(xiàn)衍射圖樣，對(duì)物質(zhì)當(dāng)中原子在空間中的布局狀況展開(kāi)研究的方式。特定波長(zhǎng)的X射線(xiàn)進(jìn)到晶體樣本上，構(gòu)成晶體的原子規(guī)律排序時(shí)，原子的間隔和X射線(xiàn)總數(shù)級(jí)一樣將會(huì)出現(xiàn)干涉情況，在特定方向上出現(xiàn)強(qiáng)的X射線(xiàn)衍射[6]。這類(lèi)燕射線(xiàn)與空間布局中的部位及強(qiáng)度和物質(zhì)的晶體構(gòu)造相符合，即X射線(xiàn)于物質(zhì)晶體里的衍射情況是許多原子散射波產(chǎn)生干涉的統(tǒng)一表現(xiàn)。晶體出現(xiàn)的衍射樣品體現(xiàn)出內(nèi)部原子的布局規(guī)律。衍射樣品的特點(diǎn)由兩部分構(gòu)成：首先，燕射線(xiàn)于空間中的布局規(guī)律，其取決與晶體的尺寸、外形以及方向；其次，衍射線(xiàn)的性能，由原則的種類(lèi)及原子在晶體內(nèi)所在的部位決定。

X射線(xiàn)衍射研究方式屬于一種非常關(guān)鍵的材料物相和成分研究的途徑。X射線(xiàn)衍射研究方式在金屬質(zhì)樣品的腐蝕原理分析，石質(zhì)樣品風(fēng)化產(chǎn)物的研究，壁畫(huà)加工材料的分析，和礦石、礦物色彩等無(wú)機(jī)質(zhì)遺址的本體材料和蛻變產(chǎn)物分析中，獲得了十分普遍的使用。通過(guò)利用多種分析技術(shù)，對(duì)湖南挖掘的青銅器銹蝕物質(zhì)展開(kāi)了成分研究，判斷出該青銅器的腐蝕是吸氧電化學(xué)物質(zhì)。

X射線(xiàn)衍射分析法是一種有效的分析技術(shù)，能夠較好的判別文物的實(shí)體及蛻變產(chǎn)物的物質(zhì)。根據(jù)研究結(jié)果和文物自身的成本，能夠選用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施與材料。針對(duì)質(zhì)變物質(zhì)，能夠結(jié)合成本的差異，針對(duì)性地處理和清除，以實(shí)現(xiàn)最好地保護(hù)成效。

所有的分析方式均存在較大的限制性，X射線(xiàn)衍射分析方式也是如此，像定量研究的精度較低，檢查對(duì)象也存在局限，其重點(diǎn)是用來(lái)檢測(cè)無(wú)機(jī)組分。

四、XPS技術(shù)

XPS借助X射線(xiàn)射向待測(cè)文物，激發(fā)文物外表原子和分子內(nèi)部的電子，產(chǎn)生光電子。將光電子的動(dòng)力、束縛能當(dāng)作橫坐標(biāo)，相對(duì)強(qiáng)度當(dāng)作縱坐標(biāo)，繪制出光電子能圖樣，由此獲得文物的有關(guān)資料。按照能譜圖上的特征譜線(xiàn)部位，能夠研究出H、He之外的全部要素，還能夠按照能譜圖上譜線(xiàn)的強(qiáng)度測(cè)算原子的含量以及相對(duì)濃度。

通過(guò)使用各種分析技術(shù)來(lái)探究“華光礁1號(hào)”殘片上的硫鐵化合物得知，其重點(diǎn)以硫化鐵與二硫化鐵的形式存在，且很多已氧化成硫酸鹽，由此，后期保護(hù)工作中要對(duì)其酸化環(huán)節(jié)展開(kāi)重點(diǎn)管理，便于更好地保存文物。

盡管X射線(xiàn)光電子能譜應(yīng)用很普遍，可是僅能提供樣本外表的資料，無(wú)法給總體的成分帶來(lái)有效依據(jù)。在文物保護(hù)方面，常通過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜來(lái)研究金屬質(zhì)樣品的腐蝕物質(zhì)，進(jìn)而判別金屬的腐蝕原理。

五、X射線(xiàn)照相方法

X射線(xiàn)透過(guò)待測(cè)樣品后會(huì)出現(xiàn)一些損耗。針對(duì)有差異的文物，像厚度、密度以及損壞等差異，射線(xiàn)的穿透率也將不一樣，導(dǎo)致射線(xiàn)穿過(guò)后的強(qiáng)度存在差異，所因此其和底片反應(yīng)出現(xiàn)的灰度存在差異。按照灰度影像能夠判別文物的內(nèi)部構(gòu)造，揭示文物中的缺陷和其他有效資料。

X射線(xiàn)照相方式是一種無(wú)損研究技術(shù)，在文物保護(hù)方面常用于揭示文物的加工工藝、內(nèi)部問(wèn)題，能夠采集文物外表被掩蓋的銘文、紋飾等資料，反映文物修繕前后的狀況，提供文物當(dāng)中的資料和病害的發(fā)展情況。相關(guān)研究人員使用便攜式X檢測(cè)其來(lái)檢查重慶大型千手觀(guān)音，得知千手觀(guān)音石質(zhì)制造物的金箔包括文物存在較大程度的風(fēng)化和裂紋，彌補(bǔ)了以往病害檢查方式的缺陷，給大足千手觀(guān)音的維護(hù)修繕帶來(lái)了有價(jià)值的資料。

X射線(xiàn)照相方法憑借其無(wú)損、直觀(guān)等優(yōu)勢(shì)受到很多文物研究人員的認(rèn)同，可是作為一種檢查方式，依舊存在一些局限性[7]。X射線(xiàn)射透過(guò)的陶瓷品、它的熱釋光性能將會(huì)出現(xiàn)變化和小時(shí)，所以，在熱釋光檢查的過(guò)程中，一定要在X射線(xiàn)射透前采樣。此外，X射線(xiàn)是不是會(huì)對(duì)某種材質(zhì)的文物有較大的損壞作用，還需深入檢測(cè)。另外，X射線(xiàn)照相方法僅能體現(xiàn)文物的2D影像，對(duì)3D文物檢查存在明顯的局限性。

六、結(jié)束語(yǔ)

伴隨高新科技的高速發(fā)展，越來(lái)越多的科學(xué)技術(shù)被使用到文物保護(hù)方面。但是，各類(lèi)方式均存在一些問(wèn)題，X射線(xiàn)分析方法也是如此，如檢驗(yàn)費(fèi)用多、信息庫(kù)不完善、可能存在微量影響、存在較大的輻射性等，為此，要求結(jié)合文物本身的具體狀況采用適宜的分析方式，并根據(jù)各種方式獲得更多有價(jià)值的資料。怎樣把多種分析方式聯(lián)合應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，以最低的損傷獲得文物資料，這也屬于今后文物保護(hù)工作發(fā)展的重要工作。

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