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微 科 普

微科普：现代分析技术在文物保护中的运用（十二）

文物保护学是一门交叉学科。随着科技的发展，新的仪器设备、新的观察手段和分析方法不断涌现，并相互配合，逐渐形成了自然科学与社会科学各学科之间的互相渗透、互相交叉、互相融合。现代分析技术可以用来确认文物的真伪、年代、成分、结构以及文物的制作工艺和老化机理等方面的内容，为文物的保护、修复和复制提供证据。

原子发射光谱

原子发射光谱法，是利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱，而进行元素的定性与定量分析的方法。用电弧、火花等为激发源，使气态原子或离子受激发后发射出紫外和可见区域的辐射，某种元素原子只能产生某些波长的谱线，根据光谱图中是否出现某些特征谱线及其强度，可判断是否存在某种元素及其含量。

【原子发射光谱仪】

1、基本原理

任何元素的一个原子都包含着一个结构紧密的原子核，核外围绕着不断运动的电子。每个电子处在一定的能级上，具有一定的能量。当原子受到热能、光能或电能的作用，离核较远的外层电子获得一定的能量被激发到更高的能级上，处在这种状态的原子称激发态。处于激发态的原子是不稳定的，在一个短暂的时间内辐射出能量，即发出某一波长的光，同时跃回到低的能级上。原子在跃迁时辐射的能量越大，射线的频率越高，波长则越短。

每一个电子可能由高能级一次跃回到原来的能级，也可能分数次跃迁，经过中间能级才回到原来的基态能级。在前一种情况下，原子将发射出某种波长的光，即获得一根谱线。在后一种情况下，原子将发射出数种波长的光，即可获得数根谱线，一般情况二者皆有。因此，各种物质的谱线都是比较复杂的，但同一元素的原子具有相同的原子能级，当原子受到激发跃迁时，就辐射出该元素原子所固有的特征性光谱。因此，可以根据谱图中某些波长谱线的有无，来判断试样中某种元素是否存在，同时当试样中该元素含量较多时，辐射的谱线强度就较大。因此，又可以根据辐射的强度对该元素进行定量测定。

2、光谱分析

确定试样中某种元素存在与否，不必利用元素的所有谱线，而是要根据少数“灵敏线”或“最后线”。所谓“灵敏线”是指元素谱线中最容易激发的或激发电位较低的谱线。因为它们在该元素含量很低时也能出现，所以称“灵敏线”。当试样中该组分的含量不断降低，其它灵敏度较差、强度较弱的谱线逐渐消失，而这些灵敏线将最后消失，为此，又可称为“最后线”。在一般光谱波长表中可以查到各种元素的最后线。在实际分析中，只要检查某种元素的3条或5条灵敏线，就可以判断该种元素的存在与否。根据灵敏线出现的多少，还可以作半定量的估计。例如含镉0.01%时，在不同波长出现7条镉的谱线，而含镉到0.001%时，仅出现7条中的1条镉的最后线。

3、应用

目前，原子发射光谱所使用的仪器为等离子体发射光谱仪(ICP)，其特点是能一次性准确快速测定多个元素。在文物保护中主要应用于陶器、瓷器和青铜器中元素的测定。