文物科技鉴定的基本原理及应用
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作者:王继伟
摘 要：文物的科技鉴定方法是传统鉴定方法的必要补充，在文物鉴定中具有广阔的应用前景。文章概述了文物鉴定中常用科技方法的基本原理及应用。
关键词：文物;科技鉴定;光谱分析;红外分析;X光衍射
文物是古代人类活动遗留下来的物质遗存，具有历史价值、艺术价值和科学价值。在中国古代，文物就为人们所珍视，周代王室建有专门的文物保管场所。宋代，文化兴盛，文人雅士热衷于收藏并研究文物，形成了著名的“金石学”[1]。到了明清时期，收藏文物成为一种社会风尚，文物被称为“古玩”，很多人以经营和贩卖古玩为生。改革开放后，随着社会经济的兴盛，形成了一股收藏古玩的热潮，文物收藏更被人们追捧。在文物被人们珍视和收藏的同时，便有人开始伪造文物，以赝充真，获取利益。在文物收藏和研究过程中，文物的年代和真伪鉴定也就成为一项重要内容。传统鉴定手段凭借直观判断和个人经验，不能解决文物鉴定中遇到的所有问题。现代科学技术方法越来越成为文物鉴定中必不可少的补充手段。
现代科技方法主要从技术层面和文物特征的角度检测文物的原料、工艺特征，从而判定文物的年代和真伪。
1 文物年代的测定
碳14测年：碳的放射性同位素14C在生物体内因新陈代谢与外界环境保持平衡，生物体死亡后即停止交换，体内14C会因衰变而按照放射性规律减少，测定生物遗存14C含量，并与大气中的14C含量进行比较，就可判定生物体的死亡年代。碳14测年是考古出土文物较常用的绝对年代测定方法，测年范围广，但误差较大，需用树木年轮断代法矫正[2]。仅限于有机质文物及含碳材质文物的年代鉴定，如书画、木器等。
热释光断代：石英、长石等晶体在自然界电离辐射条件下产生自由电子，被矿物中电子陷阱俘获而集聚能量，在高温加热时会以光的形式释放能量，称为“热释光”。矿物高温后释光信号置零，之后因继续接受自然界电离辐射而重新不断集聚能量[2]。对晶体样品进行高温加热，测定其热释光的能量，即可测算样品最近一次受高温的时间。主要用于古陶瓷、砖瓦等经高温生成的文物的烧造年代和真伪鉴定。
老化痕迹定年：文物因自身特性及外界环境的影响，在自然力的作用下会发生老化现象，产生老化痕迹。文物生成时间越久，保存环境越差，老化现象越严重。通过对不同样品老化痕迹的对比分析，可以推断文物的相对年代。陶瓷文物在漫长的历史过程中，会缓慢地与周围环境发生化学反应，表面釉会水解生成含羟基类物质Si-OH（硅-羟基），测定陶瓷文物表面硅-羟基的含量即可判定陶瓷文物的年代[3]。
2 文物成分的测定
原子发射光谱分析：组成物质的原子在外界能量的作用下，外层电子从基态跃迁到较高能级上，成为激发态，同时会以电磁波的形式辐射能量，重新回到较低的能级上[4]。不同物质由不同元素构成，不同元素发射的电磁波谱不同，对电磁波谱和能量进行分析即可判断物质所含元素的种类和含量。常用于测定陶瓷器文物胎釉中的常量、微量、痕量元素种类及含量和金属文物的化学成分等。
原子吸收光谱分析：特定元素所发射的特征谱线会被物质产生的原子蒸汽中同种元素的原子选择性地吸收而减弱[4]，通过测定不同元素所发射的特征谱线的吸收情况，即可判别物质中元素的种类和含量。常用于分析硅酸盐文物成分的差异，如鉴定古陶瓷的窑口、玻璃器的产地等。
X射線荧光光谱：当X射线照射物质时，物质原子内层电子被激发形成电子空穴，外层电子落入空穴并以X荧光的形式向外辐射能量[2]。X荧光的波长与元素种类有关，分析X荧光的光谱特征及能量，即可测定物质所含所含元素的种类和含量。可用于金属、陶瓷、木质等文物的元素分析，判断文物的材质和结构。
拉曼光谱分析：一束光照射介质时会发生非弹性散射，散射光的能量会增加或降低，这种非弹性散射被称为拉曼散射[5]。不同介质的分子产生的拉曼散射的频率和波长变化不同，通过测定拉曼散射，就可判别介质的分子组成和结构。可分析绘画颜料、书写墨迹、彩绘胶料、织物染料、纸质纤维等，主要应用于有机质文物，如书画、邮票、织物等的鉴定。
红外吸收光谱：当红外光通过有机物时，某些特定波长的红外光被强烈吸收[6]，特定波长的吸收反映了物质分子结构和化学键的性质，分析吸收光谱，即可判别吸收物质的种类和分子组成。主要用于鉴定织物材质、皮毛文物皮革种类等。
X射线衍射：X射线照射晶体时，会发生衍射。不同的晶体，结构不同，产生的衍射图谱各不相同[2]。比较试样的衍射图谱，就可鉴别不同晶体的物相或矿物组成。文物鉴定中可应用于金属文物锈蚀产物的判别和做旧的判定。可用于鉴定古陶瓷釉质成分、书画颜料结构、有机质文物的组织结构等。
3 文物表面形貌及内部结构分析
光学显微镜：根据光的传播原理，以可见光作为光源，利用透镜等设备将物体放大后观察物体表面微观信息的仪器。光学显微镜广泛应用于不同材质文物的分析鉴定。可观察古陶瓷文物胎釉厚度、釉面剥蚀程度、气泡轮廓、做旧痕迹;观察金属文物的氧化程度，铸造、锤揲、锻打工艺;观察织物和纸质文物纤维类别以及水解和老化状况，观察宝玉石文物的晶面结构、表现划痕、切磨工艺等[7]。
电子显微镜：常用的电子显微镜有扫描电子显微镜和透射电子显微镜。扫描电子显微镜通过仪器收集聚焦电子束在样品表面扫描产生的二次电子等信号，将其转换成电信号成像后观察样品表面微观形貌。透射电子显微镜通过收集穿透样品的电子束成像。电子显微镜具有分辨率高、景深长、成像好、样品制备简单等优点。可用于金属、陶瓷等固体样品的微观形貌观察、物相组织和晶体结构的分析、微区化学成分检测等，也可用在纺织品、皮毛织物、骨角器的类别判断、劣化分析、加工痕迹研究等方面。
X光成像技术：X光穿透物体时会被不同程度地吸收，到达另一侧的X光会使胶片或屏幕感光而形成黑白对比的影像。所穿透的物体内部结构不同，X光被吸收的程度不同，产生的影像黑白对比程度不同。分析产生的影像，可以判断物体的内部结构。X光成像技术对文物无损，成像快速。通过文物内部结构的观察，可分析文物的破损程度、修复状况、加工工艺等，还可显示字画上湮没的文字、印章，青铜器的纹饰等，常用于字画、邮票等的鉴定。
电子断层扫描技术：电子计算机断层扫描技术是通过检测设备接收多个角度穿过物体后衰减的X射线辐射情况，从而获得不同横断面的图像，再通过3D技术进行合成，得到物体三维立体图像[8]。该技术无需取样，能清晰揭示物体内部微观结构，已广泛应用于文物研究领域。可分析玻璃的制造工艺、古动物化石等。
多光谱成像技术：不同物质对光具有不同的反射、吸收特性，对光反射后会产生不同的反射光谱。多光谱成像技术就是通过光谱检测设备，分析处理物体在一定光谱范围内的多个窄波段单色反射光或荧光光谱影像的技术[9]。常用于纸质文物、纺织品等的微痕分析和字迹、图案信息提取等。
4 小结
文物鉴定的科技方法便捷、高效，但也有一定的局限性，如碳14测年的误差较大;作伪者可通过一定剂量的X光照射古陶瓷使其达到一定年代的释光量，干扰热释光的鉴定结果;电子显微镜鉴定需要取样会对文物造成损坏等。必须根据鉴定需要和条件选择使用不同的方法，并结合传统鉴定方法，以达到相辅相成的目的。
参考文献
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[2]赵丛苍，郭妍利，刘成，等.科技考古学概论[M].北京：高等教育出版社，2006.
[3]王云飞.涉案古陶瓷老化痕迹检验方法研究[D].北京：中国人民公安大学，2017.
[4]朱明华，胡坪.仪器分析[M].北京：高等教育出版社，2008.
[5]施玉珍，陈志春，林贤福.拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展[J].光散射学报，2001（1）：49-53.
[6]田兴玲，周霄，高峰.无损检测技术及分析技术在文物保护领域中的应用[J].无损检测，2016（3）：181.
[7]冯敏.古玉器的无损检测技术[J].东南文化，2001（9）：79-82.
[8]凌雪，吴萌蕾，廖原，等.文物研究与保护中的无损分析技术[J].光谱学与光谱分析，2018（7）：2026-2031.
[9]王文帅.现代科技在文物鉴定中的运用探讨[D].北京：中央民族大学，2016.
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