X射線分析技術在文物保護工作中的應用

郭美玉

【摘要】X射線研究方式由于其分析迅速、可測要素布局廣、測出限低的優勢被推廣使用在社會各個方面。X射線分析技術把光學圖像和元素研究完美地結合在一起，為科研人員的探究與分析帶來了新的分析方式。經過對文物外表掃描分析能夠獲得文物總體要素布局圖，對探究文物的構成、加工工藝和變偽有十分關鍵的作用。希望通過本文的詳細分析和研究，能夠為相關從業人員帶來有效的參考依據。

【關鍵詞】X射線分析技術；文物保護；運用；分析

【中圖分類號】G264 【文獻標識碼】A

現代高新科技在文物保護工作中已取得了較大的應用，成為檢驗文物本身、文物病害和保護復原材料必不可少的設施。針對基本材料與蛻變產物物質和物相研究，保護復原方式與材料的選用和評價，文物埋藏條件和保存環境的成分研究，以及對處在環境檢查、檢測、調控均發揮出非常關鍵的作用，為文物的預防性維護和后期的修復工作帶來了科學的理論支撐。

一、同時輻射X射線方法

同步輻射屬于高速帶電粒子與磁場內順著弧形軌道工作時所產生的電磁波，其具備從遠紅外值X射線范圍中的持續光譜，同時非常準直、十分極化、高性能、高輻射功率、自然偏振性、能夠精確管理等優勢[1]。因為同時輻射光源有很高的亮度，相較于以往的光源，把同時輻射光源應用與X射線衍射、X射線拍照等方面，具有更加有效的靈敏性、超少的收集時間與微米級的分辨率等特征。

二、XRF技術

XRF是經過初級X射線光子和微觀粒子激起樣本內的原則，使之出現熒光，以檢查材料成分的一種手段。結合色散和探測方式的差異，XRF能夠分成兩種：WD-XRF和EDXRF[2]。X射線熒光光譜法憑借其制作簡便、可測要素領域廣、處理迅速、檢測精準穩定、能夠同步檢測多個要素、不損壞樣本、檢出限能夠達到10PPM等優勢，已經檳城實驗室和考古開發過程檢查研究主量、次量以及痕量要素的首先途徑，在原位和無損研究中有著非常關鍵的地位。

因為X射線熒光光譜法的高速發展，逐漸多的文物保護研究人員用其來實施金屬、陶瓷、木質等材料的元素研究。相關科研人員采用各種技術方式研究了斯里蘭卡曼泰挖掘的7個青花瓷碎片的結構與成分，且對它的產地展開了分析[3]。經過分析文物物料的成分與結構，明確青花瓷殘片的材質和質變物質的成分，確定文物破損的過程及機理，這樣方可更好地保護文物。另外，通過選擇ED-XRF探針和線掃描方法對本國唐朝及宋朝的長沙窯彩瓷遺址樣本的工藝展開分析得知，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，這對后期彩繪文物的科學保護帶來了有效的信息[4]。另外，利用X射線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來掌握文物的埋藏情況。比如，利用X射線熒光光譜法了解文物保存環境空氣里的氣溶膠、化學有害物質等物質，以保證文物保存在最好的環境下，降低深入的損壞。X射線熒光光譜法還能夠為文物保護復原方法帶來技術指導及科學依據。

當前，X射線熒光光譜法在文物保護領域中的使用也存在很多問題。X射線熒光光譜法盡管是無損研究，可是其樣品室很小，不能符合略大一點文物的研究；另外，文物種類多種多樣，規范樣品還非常稀缺或是基本上沒有，同時，各類材質的文物X射線熒光光譜檢測成分的信息庫也急需創建[5]。X射線熒光光譜法對空間條件需求非常嚴格，應用過程要思考光譜作用、基體效應等干擾。

三、XRD技術

XRD方法是按照結晶性物質出現的X射線衍射圖樣，對物質當中原子在空間中的布局狀況展開研究的方式。特定波長的X射線進到晶體樣本上，構成晶體的原子規律排序時，原子的間隔和X射線總數級一樣將會出現干涉情況，在特定方向上出現強的X射線衍射[6]。這類燕射線與空間布局中的部位及強度和物質的晶體構造相符合，即X射線于物質晶體里的衍射情況是許多原子散射波產生干涉的統一表現。晶體出現的衍射樣品體現出內部原子的布局規律。衍射樣品的特點由兩部分構成：首先，燕射線于空間中的布局規律，其取決與晶體的尺寸、外形以及方向；其次，衍射線的性能，由原則的種類及原子在晶體內所在的部位決定。

X射線衍射研究方式屬于一種非常關鍵的材料物相和成分研究的途徑。X射線衍射研究方式在金屬質樣品的腐蝕原理分析，石質樣品風化產物的研究，壁畫加工材料的分析，和礦石、礦物色彩等無機質遺址的本體材料和蛻變產物分析中，獲得了十分普遍的使用。通過利用多種分析技術，對湖南挖掘的青銅器銹蝕物質展開了成分研究，判斷出該青銅器的腐蝕是吸氧電化學物質。

X射線衍射分析法是一種有效的分析技術，能夠較好的判別文物的實體及蛻變產物的物質。根據研究結果和文物自身的成本，能夠選用適當的保護措施與材料。針對質變物質，能夠結合成本的差異，針對性地處理和清除，以實現最好地保護成效。

所有的分析方式均存在較大的限制性，X射線衍射分析方式也是如此，像定量研究的精度較低，檢查對象也存在局限，其重點是用來檢測無機組分。

四、XPS技術

XPS借助X射線射向待測文物，激發文物外表原子和分子內部的電子，產生光電子。將光電子的動力、束縛能當作橫坐標，相對強度當作縱坐標，繪制出光電子能圖樣，由此獲得文物的有關資料。按照能譜圖上的特征譜線部位，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的強度測算原子的含量以及相對濃度。

通過使用各種分析技術來探究“華光礁1號”殘片上的硫鐵化合物得知，其重點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，后期保護工作中要對其酸化環節展開重點管理，便于更好地保存文物。

盡管X射線光電子能譜應用很普遍，可是僅能提供樣本外表的資料，無法給總體的成分帶來有效依據。在文物保護方面，常通過X射線光電子能譜來研究金屬質樣品的腐蝕物質，進而判別金屬的腐蝕原理。

五、X射線照相方法

X射線透過待測樣品后會出現一些損耗。針對有差異的文物，像厚度、密度以及損壞等差異，射線的穿透率也將不一樣，導致射線穿過后的強度存在差異，所因此其和底片反應出現的灰度存在差異。按照灰度影像能夠判別文物的內部構造，揭示文物中的缺陷和其他有效資料。

X射線照相方式是一種無損研究技術，在文物保護方面常用于揭示文物的加工工藝、內部問題，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，提供文物當中的資料和病害的發展情況。相關研究人員使用便攜式X檢測其來檢查重慶大型千手觀音，得知千手觀音石質制造物的金箔包括文物存在較大程度的風化和裂紋，彌補了以往病害檢查方式的缺陷，給大足千手觀音的維護修繕帶來了有價值的資料。

X射線照相方法憑借其無損、直觀等優勢受到很多文物研究人員的認同，可是作為一種檢查方式，依舊存在一些局限性[7]。X射線射透過的陶瓷品、它的熱釋光性能將會出現變化和小時，所以，在熱釋光檢查的過程中，一定要在X射線射透前采樣。此外，X射線是不是會對某種材質的文物有較大的損壞作用，還需深入檢測。另外，X射線照相方法僅能體現文物的2D影像，對3D文物檢查存在明顯的局限性。

六、結束語

伴隨高新科技的高速發展，越來越多的科學技術被使用到文物保護方面。但是，各類方式均存在一些問題，X射線分析方法也是如此，如檢驗費用多、信息庫不完善、可能存在微量影響、存在較大的輻射性等，為此，要求結合文物本身的具體狀況采用適宜的分析方式，并根據各種方式獲得更多有價值的資料。怎樣把多種分析方式聯合應用并實現標準化，以最低的損傷獲得文物資料，這也屬于今后文物保護工作發展的重要工作。

參考文獻：

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