科技方法在可移动文物研究中的应用

李焱（苏州博物馆）

文物是文物研究的根本，是承载历史发展印迹的重要载体。文物鉴定和保护是文物研究的重点内容，对研究古代社会历史有着重要的意义。近年来，大量现代科技手段和方法被引入文物研究工作中，如遥感勘探技术，地理信息系统，碳-14 等测年技术，各种理化成分分析手段，各类数据采集、统计与分析技术，地质学，动物学，植物学，病理分析、DNA 检测等现代生物学分析手段，各种生态环境研究的思路与方法等。现代科技的应用就像是给文物研究配备了“望远镜”和“显微镜”，丰富了文物研究的思路、方法和内容，也让文物研究变得更加精准、安全、高效，助推我国文博事业抵达了前所未有的高度、广度和深度。走与自然科学相结合的道路，已是当下文物研究工作发展的大趋势。

近年来，随着“文物热” “考古热”，电视上关于文物鉴定的节目越来越多，文物鉴定专家层出不穷，而他们的专业素质和职业操守却参差不齐，以致发生了多起假的鉴定报告和“收取鉴定费，在鉴定书上改年代”的行为。造假、炒作等种种不良行为严重影响着文物市场的正常运转。因此，文物鉴定就显得尤为重要，其结果既决定了文物的价值评估和定级，又能在规范文物市场方面发挥重要作用。

文物随着时间的推移，受自然和人为的诸多因素影响，不可避免地会受到不同程度的损毁，为了把损毁程度降到最低，文物保护技术的应用至关重要。我国文物保护科技工作起步于20 世纪60 年代，发展于20 世纪80 年代。改革开放以来，我国综合国力日益增强，科学技术飞速发展，党和政府也越来越重视文物保护工作，很多先进技术都已应用于文物保护和修复的工作中。新时代现代科学技术在文物保护中正在发挥越来越大的作用。

文章主要针对目前科学技术在文物鉴定、文物保护中所起到的巨大作用和带来的影响进行举例阐述，说明科技方法作为新时代文物研究的一种重要方法，应加以重视和大力发展，以推动我国文博事业的进步。

一、科技方法在可移动文物鉴定中的应用

文物鉴定的方法，是在长期实践中形成的，并且对于不同的器物有着不同的鉴定方法。就基本方法而言，目前分为传统文物鉴定方法和现代科技鉴定方法。传统文物鉴定方法，主要是以文物鉴定专家为主要做出判断的一方，以“望、闻、问、切”为具体鉴定方法。这种情况下，难免在鉴定过程中会带有专家的主观意识，现在市场上出现的“走眼”和“假鉴定书”都是传统文物鉴定方法漏洞的体现，这就会让不法商贩有机可乘。而随着科技的日益发展，文物鉴定已不再局限于传统方式，现代科技手段逐渐得到广泛应用。目前，科技方法在可移动文物鉴定中的应用主要分为两个方面：一是文物成分分析鉴定，二是文物年代测定。现代科技手段的应用不仅提高了鉴定结果的可信度，降低了产生“造假鉴定书”的可能，还可以避免传统文物鉴定中出现的“走眼”现象，同时对于规范文物市场也有着积极作用，更为涉案的司法判决提供了可靠的依据。

（一）文物成分分析鉴定

对可移动文物的成分进行鉴定，主要是对它们的质地、工艺、真伪、材料来源等进行鉴定：可以明确地区分文物的质地，分清文物的成分是合金或是单一金属，确定具体成分；探明文物的材料来源，分清是本地制造或外地流入，有助于研究我国古代贸易往来；了解文物的制作方法，间接反映当时的工艺水平和经济发展状况；根据文物表面的物质对其成分进行判断，检验出导致文物损坏的自然因素；以往的传统鉴定都是以专家的经验为依据进行判断，而现代科技方法对文物真伪的判断则更加精准。

对可移动文物的成分分析鉴定主要有以下几种科技方法：

（1）原子发射光谱分析：根据物质的原子受激发后所发射的特征光谱的波长及其强度来测定物质中元素组成和含量的方法。取样少，检出元素灵敏度较高。适用于无机物质如金属、燧石、陶器、玻璃等。

（2）原子吸收光谱分析：利用气态原子吸收同种原子发射出的特征光谱后，电子由基态跃迁至激发态所产生的光谱分析的方法。取样少，速度快，灵敏度高，精确度高，适用于金属、非金属等无机制品。

（3）X 射线荧光分析：物质受到初级X 射线激发时，会立即发出次级X 射线即荧光，其波长是相应元素的标识，依据谱线强度和元素含量的比例关系进行定量分析。不需化学制样，可快速测定，但X 射线穿透能力弱，只能对物质表面做浅层分析。

（4）X 射线衍射分析：常用于分析陶器、石器、颜料和金属表面的锈蚀物。还可以分析判断金属制品的冷加工或热处理工艺。

（5）β 射线反向散射分析：可判别玻璃和釉中是否含大量的铅，以及估计佛像金层的厚度等，无须破坏样品。

（6）红外吸收谱分析：将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可对分子进行结构分析和鉴定。

（7）电子探针显微分析：利用聚焦电子束与试样微米至亚微米尺度的区域相互作用，用X 射线谱仪对电子激发体积内的元素进行分析的技术。不损坏试样，元素分析范围广（B-U），分析速度快，定量准确度高。可用于陶、石、玻璃、金属制品、绘画颜料内含物的分析。

（8）中子活化分析：物质被中子辐照后发生核反应并生成具有一定寿命的放射性核素，鉴别核素以确定物质中的元素成分和含量。分析时可完全不破坏或仅取少量标本。常用于陶器、石器、金属器中的痕量元素的分析。

（9）穆斯堡尔谱分析：原子核无反冲的γ 发射和其共振吸收现象即穆斯堡尔效应。若入射的γ 光子能量和吸收体中的某原子核的能级跃迁能量相等，它就会被吸收体共振吸收。若要测得吸收能量的大小，必须发射一系列不同能量的γ 光子（可通过源和吸收体之间的相对运动多普勒效应得到）。这种经过吸收体后的γ 射线计数和多普勒速度之间的关系就是穆斯堡尔谱，穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨率。

（10）热分析：是在温度程序控制下研究物质的物理或化学变化，如结晶、熔融、升华、脱水、分解、氧化、聚合、硫化等，物质的热力学性能往往随这些变化而变化，故通过测定热力学性能的变化，可以了解无机、有机及高分子材料的物理及化学变化过程。

（11）同位素质谱分析：是用质谱计分析物质同位素组成的方法。质谱分析大致过程为：将制备好的样品装入质谱计，在高真空条件下使分析的物质转变为离子，经聚焦和加速后，进入分析管道。在磁场作用下，离子流按一定的荷质比发生偏转。由于各同位素的质量不同，离子流偏转的程度也不同。每种同位素的离子束按自己的轨道到达离子接收器，经放大后记录它们的离子流强度，测出同位素比值。

（二）文物年代测定

传统鉴定方法主要是通过对可移动文物的纹饰、造型、质地等方面的分类，对其进行相对年代的判定。这种传统的类比方法，难以得到可移动文物确切的年代信息，并且存在一定的错误率，对于一些后期对前朝文物的高仿物较难做出准确的判断，这就让很多造假者钻了空子。现代科技手段的应用，不仅可以通过对文物的检测提供确切的绝对年代，不再只是停留在相对年代的时间概念上，还为规范文物市场、打击文物造假的行为提供了强有力的科学依据，更有助于对可移动文物的科学研究。

对可移动文物进行年代测定的科学方法主要有：

（1）古地磁断代

①考古地磁断代：利用某些古物的热剩磁性进行断代的技术，用于新石器时代以来经火烧过的窑、炉、灶、砖、瓦、陶瓷等的年代测定。

②地层沉积磁性断代：利用地层沉积磁性随地磁极性倒转而倒转的现象进行断代的技术，根据沉积岩中剩余磁性所反映的地磁场方向推出年代，多用于旧石器时代遗址的断代。

（2）放射性碳素断代：利用死亡生物中碳-14 不断衰变的原理进行断代的技术，常用于木头、木炭、植物、骨头、未风化的贝壳等物质的年代测定，可测范围在五万年以内。其方法主要为常规碳-14 测年法和加速器质谱计数法。前者是计数发生β 衰变的次数，抗污染能力强，但用量较大；后者是计数样品中碳-14 原子的数目，样品量小，测量时间短，效率高，但要特别注意避免污染。地球生物在死亡之前一直在参与全球碳循环，保持体内放射性同位素碳-14 和大气中的浓度相同。生物体死亡后，体内积累的碳-14 含量每过5730 年左右就会减少一半，只要测出残存碳-14 的比度即可推算出其死亡年代。实际操作中需要注意的是，大气中碳-14 浓度是有起伏的，所测年代需经树轮年代校正才能使用。

（3）树木年轮断代：利用树木年轮的生成规律来进行断代的技术。树木年轮的宽窄与气候变化密切相关，故在同一气候区的树木年轮有相近的变化。比如把已知砍伐年代的树木的年轮变化，绘制在坐标系中，再依次同生长期部分交错的树木的年轮变化曲线相连接，如此一直上溯到史前时期，即可得到一个地区树木年轮变化的主序列。将该地区考古发现的木头标本与此序列相对照，就能确定其年代。可以说树木年轮断代是现阶段最精确的断代方法，通常用于校正碳-14 测出的绝对年代。

（4）热释光断代：利用绝缘结晶固体的热释光现象来进行断代的技术。主要用于测定考古出土的陶器及其他用火烧过的黏土样品停止焙烧的年代，测定范围可达数十万年。

（5）铀系法断代：利用铀系、钍系子体放射性在样品中的不平衡性测定年代的技术。它是建立第四纪年代学和对海底沉积物及旧石器时代遗址进行断代的有效手段之一。

（6）钾-氩法断代：根据矿物质中钾-40 经钾层电子捕获形成稳定同位素氩-40 的衰变规律，测出岩石中氩-40含量与钾-40 含量的比值，来进行断代的技术。测定年代的范围在十万年以上。在考古上主要用来测定旧石器时代遗址和古人类化石的年代。由于钾-40 仅占总钾量的万分之一左右，又只约10%的钾-40 会衰变成氩-40，所以自然样品中由钾-40 衰变成的氩-40 量极少，年代不久的样品中就更少了。故如何准确测定微量氩，是该法实验技术的关键。

（7）裂变径迹法：矿物中所含微量铀自发裂变的衰变引起晶格的损伤会产生径迹，测定矿物的铀含量和自发裂变径迹密度，可以确定矿物的年龄。此法可用样品种类多，取样量少，测年范围可由数年到几十亿年，特别是在五万年到一百万年内，测年效果较其他方法更好，是第四纪地质年代测定的重要方法之一。

（8）黑曜岩水合法：利用黑曜岩表面水合层的厚度来测定黑曜石工具制作年代的技术。黑曜岩对水有很强的亲和力，表面经常吸附一薄层水，水慢慢向内部扩散形成水合层，借助光学显微镜，可以清楚地看到水合层的边缘。水在水合层中的重量大约占百分之三，是新鲜黑曜岩含水量的10 倍。黑曜石工具在制作时，其表面水合层的厚度为0，由此开始水合作用，历时越长，水合层越厚，故据此可倒推黑曜石工具的制作年代。但由于埋藏环境的温度并非完全不变，实际操作时有一定的局限性，可在与碳-14 年代比较定出标准后，再用内插法或外推法得出绝对年代。

二、科技方法在可移动文物保护中的应用

可移动文物的质地多种多样，这就导致其对所处环境有着很大区别的要求。而随着时间的推移，受自然和人为的诸多因素影响，可移动文物又不可避免地会受到不同程度的损毁，为了把这种损毁程度控制在最低范围内，文物保护技术的应用就显得尤为重要了。那么当我们面对一件需要修复的文物时，首先就要对文物的成分、结构、腐蚀机理和影响因素等有比较细致的了解，在此基础上，才能制定出切实可行且针对性强的保护方案。如文物鉴定一样，业界前辈们在长年累月的研究工作中，逐渐总结出一套文物保护的方法，这种传统方法有优秀的一面，同时在新时代下也凸显出了很多问题，亟待解决。面对前辈们留下的宝贵经验，作为新一代文物工作者，我们要取其精华、去其糟粕，努力学习先进的科学技术，吸收国内外最新科技成果。只有将传统工艺与现代科技相结合，才能更妥善地解决文物保护中出现的各种疑难杂症，进一步推动文物保护科技事业的发展。目前，科学技术在可移动文物保护中已得到了较为广泛的应用，以下主要举几个例子加以说明科学技术对于可移动文物保护的重要性。

（一）超声波技术

主要针对文物器表污垢的清除。早年主要依靠化学制剂清除污垢，但这个度很难把握，多多少少会对文物器表造成不可逆的损害。引进超声波技术之后，和化学制剂相结合，则大大缩短了文物浸泡在化学制剂中的时间，还使化学制剂得到更完全的溶解。这样既节约了材料，又提高了对文物的处理效率，最重要的是能使化学制剂对人体和文物的副作用降到很低。

（二）微波技术

以往图书馆、档案馆、博物馆对古籍善本、书画等有机质藏品的保护一般都采用物理或化学的方法。1991 年法国历史文物研究所首次用微波技术对博物馆藏品进行灭菌和杀虫处理。它灭杀效益高，适用范围广，使用方便，绿色环保。经微波去湿的物体，还会改善应力分布，不开裂，不变形，不改变外观色泽，安全性能很高。

（三）真空充氮技术

目前不少博物馆都在研制和利用大型真空充氮装置对文物进行灭菌杀虫的保护，比如上海博物馆、首都博物馆等。真空充氮杀虫技术，不仅能杀灭各种害虫，还环保无污染，对人体和文物都不会造成不良影响，是一种安全、可靠的技术。

（四）派瑞林真空涂覆技术

派瑞林即聚对二甲苯，是对一系列独特的高聚物的统称。它是一种完全线性的高度结晶结构的材料，用独特的真空气相沉积工艺制备，由活性小分子在基材外观“生长”出完全敷形的聚合物薄膜涂层，能涂敷到各种外形的外观。它厚度均匀、致密无针孔、透明无应力、不含助剂、不损伤工件、有优良的电绝缘性和防护性，是优良的防潮、防霉、防腐、防盐雾涂层材料。目前这一技术已应用到纺织品、化石、金属、照片、纸等多个领域。南京博物院与新加坡百腾技术公司就联合组建了派瑞林应用实验室。另外，多功能髙清数据文物古籍修复中心成立，并且已成功运用于河南博物院、天津图书馆、安庆博物馆等数十家大中型博物馆及图书馆，受到修复工作者的广泛好评及赞誉，并已获得实用新型专利。

三、结语

以上这些现代科技方法的应用及所取得的成绩，都离不开基层考古文博单位的工作人员在日常工作中的付出，他们既积累了经验，也发现了问题，并摸索出了解决的方法。他们运用所掌握的前沿科学技术知识，利用先进的科学技术设备，分析这些古代文化遗存，并结合自己的工作需要，创造出了很多文物科研成果，供业界共享，从而促进了文物鉴定和保护技术的发展。

在科学技术迅猛发展的新时代，文物工作者将科学技术融入文物研究工作中，大大提高了工作的效率，并且使文物得到了更好、更有效、更有针对性地保护。在此基础上，文物市场也更趋于规范，杜绝了很多不良行为。但这并不意味着我们要彻底抛弃传统的方法，我们要把传统方法与现代科技结合起来，取长补短，查缺补漏，让这两种方法在各自擅长的领域共同发挥作用，这样文物研究工作才能得到“1+1>2”的良性发展。

前沿科技与文物研究相结合的力量是巨大的，我们有理由相信随着科技的进步，文物研究领域将会有更大的发展空间。科学技术的应用提高了文物研究的精度，也扩展了文物研究的广度，它不仅是文物研究的“千里眼和顺风耳”，它更在延伸历史轴线、增强历史信度、丰富历史内涵、活化历史场景等方面起到了不可替代的作用。

总之，现代科学技术是一把利器，我们文物工作者只有更加积极地接受、学习新兴的、先进的科学技术，才能更好地将科学技术为我所用，使其发挥科学的、正确的作用。现代科技在文物研究中的应用，本质上是作为一种研究历史的手段，其最终的目的还是揭示人类的过去，即古人及其创造的文化，其最终价值也只有在历史解读与建构中才能得以体现。所以让我们一起努力，一起期待，未来会有越来越多的科技手段应用到文物研究中，为我们更全面地认知五千年中华文明史，提供更坚实的科技分析依据，助力新时代文博事业大发展与大繁荣。