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科技手段如何助力文物鉴定?
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科技手段如何助力文物鉴定?

2021-11-24 13:46 主页 来源:未知
科技手段如何助力文物鉴定?

在广东省文物鉴定站的办公区,有一扇看似普通的防盗门。推门进入,就会发现这里别有一方天地——这是广东省文物鉴定站的科技检测室。一百多平方米的空间内,显微激光拉曼光谱仪、显微红外光谱仪、热释光剂量仪等仪器设备按功能分区设置,待检测的文物和研究样本在实验台边有序摆放……文物鉴定专家们就是在这里为各种文物和疑似文物验明“身份”。

激光拉曼、红外光谱“双子星”:捕捉各种材质的“指纹”

激光拉曼光谱是用来鉴定文物材质的科技手段之一。当一束单色光照射到物质上,入射光与物质分子相互作用,会产生一些与入射光频率不同的散射光谱,也就是拉曼光谱。对这些光谱进行分析,可以获知物质的分子结构,从而确定其材质构成。

鉴定站工作人员使用显微激光拉曼光谱仪进行材质检测。

广东省文物鉴定站的鉴定专家解释:“每种物质的分子结构都存在差异,文物也是如此,像玉石器、金属器的锈蚀物等,经过激光照射产生的拉曼散射光都不相同,这些散射光经检测器采集、数字处理以后会呈现独特的光谱,就好像文物独一无二的‘指纹’。”

样品在拉曼光谱仪配置的显微镜下的微观形态。

翡翠样品的拉曼光谱图(屏幕右侧)。

一张拉曼光谱图通常由一定数量的“拉曼峰”构成。“每种材质都会在某些固定的范围内形成‘峰’。比如翡翠,它在拉曼光谱中呈现的特征峰是这样的。”工作人员将翡翠放入仪器,现场为记者演示。十余秒后,电脑屏幕上就出现了对应的光谱图。

而显微红外光谱则是材质检测的另一有效手段。与拉曼光谱不同的是,它使用的光源是红外光。不同物质分子吸收红外光区电磁波后,也会呈现出独特的红外光谱,从而达到鉴别材质的目的。

显微红外光谱仪。

“广东省文物鉴定站在2015年引进这两台仪器,主要是因为它们的结果是可以相互印证的。有些材质的显微红外光谱强度更强,有些则是拉曼光谱信号更佳,同一样品使用两种手段检测,结果能够更加准确。”专家解释,“而且它们都具有无损、快速、无需制样等优点。”

有些文物经历了长时间的埋藏阶段,出土或出水后外观已经难以辨别,此时借助拉曼和红外光谱可以快速确认文物材质,为后续的深入研究提供了有力帮助。

2017年6月,为配合广东省内文博单位一座商代墓葬的发掘研究,鉴定站使用拉曼光谱仪对8件风化严重、无法辨认原生材质的玉石器进行了检测。结果发现,8件样品的材质全部为透闪石,这说明岭南地区早在商代就已经开始使用这种高级玉料了。

“再比如2019年,我们对省内某岛域出水的4件金属器进行了检测,一件清代锡盒上同时检出了铁的锈蚀物纤铁矿;1件器物原本认为是铅,却检出了锡的锈蚀物。”专家介绍,“这个结果为我们认识这几件金属器提供了新的视角。”

2021年,鉴定站还接到了一宗特殊的文物鉴定委托。其中1件朝服冠帽顶的表面满覆污垢,难以辨别材质,还有另外1件绿色朝珠的纹理结构看起来也与常见玉石并不相同。经科技检测,帽顶材质为琉璃,朝珠材质为石英,结合目鉴意见,确定为仿品。

用以比对参照的各种材质标本。

科技鉴定手段的介入,能够有效助力判断物品材质,并成为文物真伪及年代判定的有力依据,为公安机关打击文物犯罪提供了有力支撑。

“除了对出土出水、涉案文物进行材质鉴定,拉曼光谱的另外一个重要作用就是辨别赝品。”专家补充,目前市场上的玉石类赝品往往采用注胶、染色、做旧、新材料合成等方式造假,但归根到底玉料和仿品的材质是不同的,两者的光谱图有很大差别。一经对比,赝品无处遁形。

天然红珊瑚与染色赝品。

热释光检测:揭开陶瓷年龄的秘密

石英、长石和方解石等矿物晶体在加热过程中,晶体中储存的能量有一部分会以光的形式释放出来,这就是“热释光”。利用这一有趣的物理现象,可以对陶瓷类文物进行“年龄测试”

热释光剂量仪,用于加热陶瓷样品,采集、处理热释光信号。

热释光剂量仪,用于加热陶瓷样品,采集、处理热释光信号。

烧制陶瓷需要经历700℃—1300℃高温,此时陶瓷胎体中原本储存的能量完全释放出来,相当于把热释光时钟拨回到“零点”。从烧成的那天开始,胎体又逐渐积蓄能量,重新“计时”。

如今,我们在陶瓷上采取微量的样品(0.05~0.08克),通过加热测得热释光,就可以推算出陶瓷最后一次经历高温到现在的时间,从而估算出陶瓷器的“年龄”。

工作人员为待测陶瓷样品取样。

取样是热释光测年的第一步。专家解释,基于文物保护的原则,鉴定人员取样时都尽量想办法减少损伤:“取样不能影响器物使用功能,也不能形成开放式伤口,以避免它们在器物上再扩大、加深。此外,我们还要考虑美观问题,不影响其展览效果和艺术价值,这是一些基本的要求。”

封闭式取样伤口(右上侧小孔)。

陶器取样粉末(左侧)和瓷器取样切片(右侧)。

“接下来的样品制备与检测则是慢工细活,需要数小时甚至两三天。”专家介绍,“一些陶瓷文物表层被环境杂质覆盖,我们要先一点点小心清除掉。为使结果准确,往往需要将瓷器样品再切片多次检测,‘切片法’处理的都是微米、毫克数量级的样品。倘若样品信号微弱或异常,则还需要重新制样和检测,耗时会更长。”

用于称重计算的分析天平与测量数据。

使用热释光检测文物,也会存在一定误差。“比如有些陶瓷器中的矿物会出现‘异常衰退’,导致信号不够稳定;如果古人在烧制时火候不足,也可能让文物中的能量未能完全‘清零’;还可能存在样品被其他物质污染等情况,都会造成误差。”专家介绍,“正常情况下,距今2000至200年的样品结果相对误差为10%—20%,理想条件下可达5%。”

热释光发光曲线。

总体来看,热释光方法对分辨陶瓷新旧、真伪具有一定的参考意义,而具体时期的判断(如区分一件文物是永乐还是宣德年间所制)还需要依靠传统的眼学鉴定,其所需的鉴定知识与经验都需要经过系统学习、长期积累,这是一名文物鉴定工作者的基本专业素养。

“从事文物检测工作,需要静下心来,在实验室连续待几个小时、几天都是正常情况,并且最好不要带手机。”一位鉴定专家告诉记者,文物鉴定工作需要认真、耐心,也要耐得住寂寞。有时,为了结果准确,还需要重复检测,综合数据得出结果。“每个环节都要精细、专业。处理样品时,我们会用到化学试剂丙酮;上机测试,要近距离面对放射源,这些对工作人员的身体也有一些潜在的影响。”

用以研究的陶瓷器残片。

完成一件样品的热释光检测,往往需要耗费一天以上的时间;而出具一宗批量样品的热释光测年报告,背后往往是这些文物鉴定工作者几星期甚至几个月的努力成果。因此,科技检测目前还是主要作为一种辅助鉴定手段,多用于专家组传统眼学鉴定意见有分歧或不确定的情况。

近年来,文物造假手段层出不穷。“做鉴定工作时间久了,会遇到不少有趣的事情,有些造假太狡猾了。”一位工作人员回忆,“比如一些造假会用旧碗底嫁接新的瓶身、壶身,企图以底部旧胎质蒙骗消费者。我们在接受委托测试前都会仔细观察送鉴物品是否存在修复、拼接痕迹,有时直到取样时才会发现。”

一件仿古瓷器中的接底造假,取样孔让其露出了破绽。

仿古瓷器中的接底(双层底)。

强化科技支撑,赋能文物鉴定

2002年,广东省文物鉴定站就已开始筹备文物科技鉴定工作。近二十年来,鉴定站为公安、法院、海关、博物馆、考古所、高等学校、文物商店、文物拍卖行等众多机构和个人收藏者提供热释光测年技术和激光拉曼光谱、显微红外光谱检测服务,至今共完成测试委托数百宗,检测陶瓷器、玉石器、金属器等千余件,为文物鉴定工作持续积累了丰富经验。

“热释光测年技术和红外、拉曼光谱分析等科技鉴定手段的运用,为传统眼学鉴定提供了有用的科学数据支持,加强了鉴定团队对文物鉴定工作,特别是涉案文物鉴定的信心和专业技术能力,提升了文物鉴定过程的科学性及结果的准确性,减少了鉴定人员的职业风险,对保护文物和打击文物犯罪活动起到了积极作用。”广东省文物鉴定站负责人总结。

目前,广东省文物鉴定站还建立了证书管理系统等线上办公系统,每份鉴定报告都具有独一无二的“身份证”,数据实时录入系统、统计上报。数字化办公系统的建立,有效提高了工作效率,也增强了鉴定站与各级文物管理部门、公安机关的联系。

日前,国务院办公厅印发《“十四五”文物保护和科技创新规划》,对提升文物领域科技应用水平和优化社会文物管理服务提出了新的要求。下一步,广东省文物鉴定站将始终围绕文物保护利用总目标,在做好各项文物鉴定业务工作的基础上,发挥专业优势、聚焦文化惠民,加快科技辅助鉴定基础与应用推广,持续助力广东文化强省建设。