FRINGE桌面式X射线衍射仪：文物考古领域的新利器

一、引言

青铜鼎、古代壁画、陶瓷碎片等文物蕴含着丰富的历史信息，但仅靠肉眼难以解读其深层秘密，如青铜器的矿脉来源、壁画颜料种类及陶瓷烧制工艺等。

传统考古手段如目视判断和化学取样分析，常因主观经验或对文物的破坏性而受限。X射线衍射技术（XRD）凭借非破坏性和高精度解析晶体结构的能力，成为考古学家破解文物“物质密码”的核心工具。它可定位青铜器金属来源、鉴定壁画颜料成分、还原陶瓷烧制条件，推动考古研究从经验推断走向科学实证，为重建人类文明史提供关键技术支撑。

二、XRD在考古中的应用

XRD技术作为一种强大的物相分析手段，在考古学中发挥着至关重要的作用，为解读古代人类活动与工艺技术提供了不可或缺的科学依据。其核心价值在于能够精准地鉴定古代遗物的矿物组成与晶体结构。在陶瓷与陶器研究中，通过分析胎体及釉料中的矿物成分，可以追溯黏土原料的来源，进而推断贸易路线；同时，特定矿物的存在与否可以反推其烧制温度，揭示古代窑炉技术与工艺水平。对于金属文物，XRD能有效鉴定复杂的腐蚀产物（如青铜器上的铜绿、铁器上的铁锈），为评估文物保存状况、制定精准保护方案提供关键信息。在壁画与彩绘艺术研究领域，该技术能够鉴定出诸如朱砂、孔雀石、青金石等特定矿物颜料，不仅为了解古代艺术家的调色盘与审美偏好提供证据，也用于鉴别真伪和分析病害机理。此外，XRD还广泛应用于玉石器材质溯源、古代残留物分析等多个方面。总而言之，XRD技术将考古学从宏观形态描述推进至微观物质认知的深层境界，通过解读遗存中的“晶体指纹”，成为连接现代科学与古代文明的重要桥梁。

三、应用案例

本文将通过3个案例，使用FRINGE桌面式X射线衍射仪对青铜器、颜料、陶瓷进行检测分析，以验证XRD的检测效果及应用价值。

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案例1. 古青铜

XRD 技术可用于鉴定青铜器锈蚀物的成分，从而判断其腐蚀程度和保护需求。例如，通过 XRD分析可以识别青铜器锈蚀物中的有害锈成分，如氯化亚铜、氯铜矿和副氯铜矿等。这对于青铜器的保护和修复具有重要意义。

（2）检测结果

XRD在考古中的应用(图1)

有利铜锈的X射线衍射图谱

检测结论：XRD鉴定结果可知该铜锈是CuO，古青铜器中致密的CuO层是器物处于稳定状态的标志，作为天然屏障，阻隔腐蚀因子，抑制“青铜病”发展。对于严重矿化的器物，CuO锈层是唯一的支撑结构。所以有利铜锈需要保留其作为历史痕迹和岁月包浆的原始状态。

XRD在考古中的应用(图2)

有害铜锈的X射线衍射图谱

检测结论：XRD鉴定结果可知该铜锈主要是CuCl，氯化亚铜是一种灰白色或淡绿色的粉末，通常隐藏在器物锈层下部或与土壤接触的核心区域，其危害性源于其化学不稳定性和催化循环腐蚀的特性。治理CuCl是现代青铜器修复的首要任务，其根本目标是中断其自催化循环反应，使器物回归稳定状态，实现长久保存。

案例2：古颜料

XRD 技术作为一种高效的物相分析手段，广泛应用于壁画颜料成分鉴定中。通过分析颜料的晶体结构，XRD 能够准确识别出朱砂、赤铁矿、铁红、氧化锰、黑烟末、方解石、石英、金红石等多种矿物颜料。这些矿物颜料是古代绘画与彩陶制作的主要材料，明确其成分不仅揭示了颜料来源及古代制作工艺，也为彩陶、古画、壁画等文物的科学修复与颜色还原提供了关键依据，对文化遗产的保护具有重要价值。

（1）样品图片

XRD在考古中的应用(图3)

（2）检测结果

XRD在考古中的应用(图5)

红色颜料的X射线衍射图谱

检测结论：XRD分析结果显示，哈巴粉主要物相是铁红Fe₂O₃、SiO₂、CaCO₃；表明Fe₂O₃为哈巴粉主要显色成分（SiO₂、CaCO₃作为填料均为无色或白色，使其呈现暗红色），其中Fe₂O₃为无机物，化学性质非常稳定，耐光性，耐化学攻击性较好，不易与其他物质发生反应，不会对文物造成伤害。