現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為彩繪類文物無損、微損的鑒定分析提供了有效手段。本文根據(jù)目前各種技術(shù)的具體應(yīng)用情況，選擇了幾種代表性的儀器分析技術(shù)，從對(duì)儀器原理的說明和在文物研究中的應(yīng)用兩方面進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

對(duì)古代器物的鑒定可以使考古工作者了解當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)貿(mào)、文化以及科技發(fā)展等情況;也可以幫助文物保護(hù)修復(fù)人員選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)修復(fù)材料。通常實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析包括表面微觀形貌觀察、組成成分以及結(jié)構(gòu)分析。目前已有的分析技術(shù)有實(shí)體顯微鏡、偏光顯微鏡、X射線衍射(XRD)、X射熒光、紅外光譜、拉曼光譜、掃描電鏡、紅外光譜、電子顯微探針等。這些方法可以較為準(zhǔn)確地分析出文物材質(zhì)的成分與結(jié)構(gòu)。

一、形貌觀察

(一)偏光顯微鏡

偏光顯微鏡最初用于研究礦物與巖石的薄片。其構(gòu)造與實(shí)體顯微鏡基本相仿，其中最特別的是增加了兩個(gè)可產(chǎn)生平面偏光的(只在一定方向上振動(dòng)的光波稱為偏振光)偏光片，根據(jù)晶體光學(xué)原理，通過可見偏振光透過晶體產(chǎn)生的光學(xué)性質(zhì)及其常數(shù)測(cè)定。偏光顯微鏡是鑒定珠寶玉石最主要的手段之一，能夠迅速分辨出人工與天然寶石。

(二)掃描電子顯微鏡

一個(gè)多世紀(jì)以來，人們應(yīng)用光學(xué)顯微鏡來觀察被測(cè)樣品的顯微組織，借以弄清組織、成分和性能之間的關(guān)系，以此來指導(dǎo)科學(xué)研究。但隨著科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)顯微分析技術(shù)的要求越來越高，尤其是對(duì)顯微鏡的分辨率更是如此。掃描電子顯微鏡的問世使人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)巨大的飛躍，其分辨率從光學(xué)顯微鏡0.2μm擴(kuò)展到納米級(jí)。

其構(gòu)造是一束高能初級(jí)電子束通過磁掃描線圈，在被測(cè)物體表面有規(guī)則地進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)。高能初級(jí)電子束與文物表面相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生背散射電子流和次級(jí)發(fā)射電子流，這兩者都攜帶有文物表面微觀結(jié)構(gòu)的全部信息。背散射電子是一部分初級(jí)電子與表面層原子核電荷法和彈性碰撞后偏離出來的高能初級(jí)電子，次級(jí)電子是入射電子束中的另一部分初級(jí)電子與核外電子電荷發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，高能入射電子丟失部分能量后彈射出來的低能電子。來自文物表面的背射電子可用半導(dǎo)體探頭接收后變成電信號(hào)，但次級(jí)電子必須先讓它們通過帶正電的金屬絲網(wǎng)加速后才能被探頭所接收。將探頭電信號(hào)放大投射于熒光屏，熒屏上便顯示出被測(cè)文物表面的微觀結(jié)構(gòu)的放大影像，最后將此影像拍攝成相片。實(shí)際上，掃描電子顯微鏡主要是利用能量較弱的次級(jí)電子流，但當(dāng)需要獲得有關(guān)表面層的化學(xué)成分信息時(shí)，則必須用高能量的背散射電子流。掃描電子顯微鏡的主要部件必須保存于高真空系統(tǒng)中，它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)樣品無破壞性，檢驗(yàn)面積大以及可以分析表面成分。

掃描電子顯微鏡廣泛應(yīng)用于各類材質(zhì)的文物研究中，如瓷器燒結(jié)工藝、金屬銹蝕產(chǎn)物、紡織品纖維結(jié)構(gòu)等，可以從微觀信息中揭示文物包含的內(nèi)在信息，是文物科學(xué)研究與科技鑒定必不可少的儀器。

二、結(jié)構(gòu)分析

(一)晶體X射線衍射光譜

X射線亦稱倫琴射線，是一種橫向電磁波。它的波長(zhǎng)在0.001-100nm之間，而用于X射線衍射分析的波長(zhǎng)一般在0.05-0.23nm，最常使用的CuKa和FeKa線，輻射的波長(zhǎng)分別為0.154178nm和0.193728nm。

對(duì)于任何一種結(jié)晶物質(zhì)，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)總是在三維空間呈周期性地重復(fù)排列，而且其重復(fù)周期與X射線的波長(zhǎng)屬于同一數(shù)量級(jí)。因此，當(dāng)X射線通過晶體時(shí)，晶體便作為一個(gè)三維光柵而產(chǎn)生衍射效應(yīng)。對(duì)于任何一種結(jié)晶物質(zhì)的化學(xué)組成及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)與其他種類結(jié)晶物質(zhì)比較時(shí)，沒有任何兩種結(jié)晶物質(zhì)的晶胞大小、質(zhì)點(diǎn)的種類和質(zhì)點(diǎn)在晶胞中的排列是完全一致的。當(dāng)X射線通過晶體時(shí)，每一種晶體物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射圖譜和衍射數(shù)據(jù)。這些特征以其反射面間距d值和反射線相對(duì)強(qiáng)度I/IO來表征。其中d值與晶胞的形狀和大小有關(guān)，I/IO值與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)，所以任何一種結(jié)晶物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)d和I/IO是晶體結(jié)構(gòu)的必然反映，可以根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)鑒別結(jié)晶物相。

X射線衍射分析有單晶法和粉晶法兩大類:單晶衍射法主要應(yīng)用于研究單晶體晶體結(jié)構(gòu);粉晶衍射法主要用于結(jié)晶粉末及其集合體的物相成分、結(jié)構(gòu)狀態(tài)等。自然界及人工合成的物質(zhì)大部分呈粉晶狀或粉晶集合體狀。

常規(guī)X射線衍射分析要求的樣品量相對(duì)較大(約幾百毫克)，經(jīng)研磨成200目后(指顆粒的精細(xì)程度以通過200目篩為標(biāo)準(zhǔn))，壓制在鋁制樣品框或玻璃板樣品槽中，放入衍射儀的測(cè)角儀中心的樣品架中進(jìn)行分析。在進(jìn)行文物分析時(shí)，如果取如此大量的樣品，將對(duì)古代文物造成永久性破壞。為此，采用一種沿一定晶面切割的單晶硅片樣品板，這種樣品板在50°-120°間20測(cè)角儀掃描范圍內(nèi)沒有任何衍射峰，而且背景值很低，分析用量少，一般僅需幾毫克樣品，較適合微量文物樣品的分析。分析時(shí)，將樣品仔細(xì)放在單晶硅片的中心部位，并滴上少量無水乙醇，待乙醇揮發(fā)凈后，樣品就貼附在單晶硅片上。然后，將載有文物樣品的單晶硅片樣品板插入衍射儀樣品架中，制樣過程即告結(jié)束。分析結(jié)束后，將單晶硅片樣品板取出，用小刀把樣品小心刮入載玻片中做長(zhǎng)期保存或供以后分析使用。

利用X射線衍射分析對(duì)青銅器銹蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，可以判斷埋藏環(huán)境以及腐蝕病害成因，進(jìn)而可以對(duì)其年代和出土地點(diǎn)加以佐證。

(二)紅外光譜法(FITR)

紅外光是波長(zhǎng)為0.5-1000μm范圍內(nèi)的電磁輻射，當(dāng)物質(zhì)分子中某些基團(tuán)的振動(dòng)頻率和紅外光的頻率相同時(shí)，該物質(zhì)的分子就要吸收一定波長(zhǎng)的紅外光發(fā)生躍遷。

傅立葉變換紅外光譜儀在近十年來得到廣泛的應(yīng)用。用于紅外光譜測(cè)試的樣品可以是液體，或是固體。但一般情況下需要先進(jìn)行分離和純化，尤其是必須干燥。可通過解析紅外光譜圖中的特征官能團(tuán)的吸收波長(zhǎng)來推測(cè)分子結(jié)構(gòu)，采用未知物與標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖進(jìn)行比較，從而確定未知物種類。

對(duì)于有機(jī)材質(zhì)的文物(如紙張、紡織品的纖維以及有機(jī)顏料、染料)，都可以通過紅外光譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析研究，然后確定其組成部分。

三、成分分析——元素X射線熒光光譜

當(dāng)某些物質(zhì)被某種能量較高的光線，例如紫外光照射后，這種物質(zhì)會(huì)立即發(fā)射出各種顏色及不同強(qiáng)度的可見光，但是當(dāng)入射光停止照射時(shí)，這種光線也立即消失，這種光線稱為熒光。物質(zhì)發(fā)生熒光時(shí)，所輻射的能量比入射光所吸收的能量小些。如果以X射線作為激發(fā)手段來照射樣品，樣品會(huì)立即發(fā)射次級(jí)X射線，這種次級(jí)X射線叫做X熒光射線。

其產(chǎn)生機(jī)理與特征X射線相同，只是前者采用X射線作為激發(fā)手段，因此其本質(zhì)上就是特征X射線，因?yàn)橹挥挟?dāng)入射X射線的能量稍大于樣品原子內(nèi)層電子的結(jié)合能時(shí)，才能激出樣品原子的內(nèi)層(如K層)電子，此時(shí)外層電子(如L層電子)落入內(nèi)層空穴(如K層空穴)，就有能量△E=EK-EL釋放出來，如果這種能量是以輻射形式釋放出來，產(chǎn)生的就是Ka射線，即熒光X射線。

莫斯萊首先發(fā)現(xiàn)熒光X射線的波長(zhǎng)與元素的原子序數(shù)z有關(guān)，隨著元素原子序數(shù)的增加，熒光X射線有規(guī)律地向波長(zhǎng)變短的方向移動(dòng)，莫斯萊定律指出了熒光X射線的波長(zhǎng)與元素原子序數(shù)之間的關(guān)系，并且不同元素的熒光X射線居各自的一定波長(zhǎng)值，與試樣的化合物狀態(tài)無關(guān)。在分析中，對(duì)于定性分析僅要求樣品固定好，以防樣品在真空中擴(kuò)散;而對(duì)于定量分析，因?yàn)閄射線熒光光譜分析是一種相對(duì)分析法，被測(cè)量樣品必須與標(biāo)樣的條件完全或基本一樣。作為一種無損檢測(cè)手段，X熒光在文物保護(hù)和考古研究中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

X射線熒光技術(shù)用于瓷器的元素成分分析，可以幫助我們了解文物燒造工藝的相關(guān)信息，對(duì)于窯址的判定和時(shí)代特征研究都能夠提供有力的數(shù)據(jù)支持，對(duì)于瓷器的作偽也有很好的辨識(shí)能力。

四、儀器聯(lián)用技術(shù)

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)文物樣品的復(fù)雜性、測(cè)量難度、要求信息量及響應(yīng)速度等在不斷地提高，這就給儀器分析帶來了十分艱巨的任務(wù)。顯然采用一種分析技術(shù)，已不能滿足一些復(fù)雜樣品的分析要求，將幾種方法結(jié)合起來的聯(lián)用技術(shù)不僅有可能將它們的優(yōu)點(diǎn)匯集起來，起到方法間的協(xié)同作用，提高方法的靈敏度、準(zhǔn)確度以及對(duì)復(fù)雜混合物的分辨能力，同時(shí)還獲得各種手段單獨(dú)使用時(shí)所不具備的某些功能。因此，聯(lián)用分析技術(shù)正成為當(dāng)前分析方法發(fā)展的主要方向之一。