[论文解读] Data-driven research on chemical features of Jingdezhen and Longquan celadon by energy dispersive X-ray fluorescence

Ziyang He, Maolin Zhang+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2015

Cultural Heritage Materials Analysis参考文献 7被引用 3

一句话总结

本研究采用能量色散X射线荧光光谱法（EDXRF）分析了北宋、南宋、元代和明代龙泉与景德镇窑址的青瓷坯体和釉料的化学成分。通过应用随机森林机器学习方法，识别出区分两地窑址的关键元素，结果表明景德镇青瓷通过使用本地原料并调整烧成工艺，模仿了龙泉青瓷，其釉料化学组成显示出三个明显类别，反映出不同程度的技术传承。

ABSTRACT

The energy dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) is used to determine the chemical composition of celadon body and glaze in Longquan kiln (at Dayao County) and Jingdezhen kiln. Forty typical shards in four cultural eras were selected to investigate the raw materials and firing technology. Random forests, a relatively new statistical technique, has been adopted to identify chemical elements that are strongest explanatory variables to classify samples into defferent cultural eras and kilns. The results indicated that the contents of Na2O, Fe2O3, TiO2, SiO2 and CaO vary in celadon bodies from Longquan and Jingdezhen, which implies that local clay was used to manufacture celadon bodies in Jingdezhen kiln. By comparing the chemical composition in glaze, we find that the chemical elements and firing technology of Jingdezhen kiln are very similar to those in Longquan kiln, especially for Ming dynasty. This study reveals the inheritance between Jingdezhen kiln and Longquan kiln, and explains the differences between those two kilns.

研究动机与目标

• 研究北宋、南宋、元代和明代龙泉与景德镇窑址青瓷坯体和釉料在化学成分上的差异。
• 确定景德镇青瓷仿品是依赖本地原料还是复制了龙泉窑的配方。
• 评估烧成温度与釉料组成在实现龙泉青瓷特有的玉质感中的作用。
• 利用机器学习方法识别最具有化学区分力的元素，以实现按窑址和文化时代对样品进行分类。
• 通过数据驱动分析，厘清龙泉与景德镇青瓷生产之间的技术传承与分化。

提出的方法

• 采用EDXRF微探针分析技术，非破坏性地测量了来自龙泉与景德镇窑址的40件青瓷样品中主量和微量元素的含量。
• 应用随机森林机器学习方法，对元素在按窑址和文化时代分类中的重要性进行排序，从而实现从高维数据中高效筛选特征。
• 定量分析基于SICCAS标准参考样品的校准曲线，其成分已知。
• 根据化学组成与物相分析（特别是莫来石与鳞石英的存在）估算烧成温度。
• 采用多变量统计可视化方法（如主成分分析图）比较龙泉与景德镇样品之间的元素组成区域差异。
• 基于碱金属与碱土金属氧化物含量的聚类分析，识别出釉料类别，揭示了不同的技术传统。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同朝代中，哪些化学元素最能区分龙泉与景德镇窑址的青瓷坯体和釉料？
• RQ2 景德镇窑工在青瓷仿制过程中，在多大程度上使用了本地原料，而非复制龙泉窑的配方？
• RQ3 景德镇青瓷的烧成温度与釉料组成与正宗龙泉青瓷相比如何？
• RQ4 碱金属与碱土金属氧化物在实现仿制龙泉釉的玉质感中起到何种作用？
• RQ5 在景德镇仿龙泉青瓷的釉料化学组成中，可以识别出多少个独立的技术类别？

主要发现

• 景德镇青瓷坯体的SiO2含量高于龙泉青瓷，而Fe2O3与TiO2含量较低，表明其使用了本地黏土作为原料。
• 龙泉与景德镇青瓷坯体中Na2O、Fe2O3、TiO2、SiO2与CaO的含量存在显著差异，证实了原料来源的地域性。
• 景德镇釉料组成与龙泉釉料高度相似，尤其在明代，已识别出三个明显的化学类别。
• 景德镇青瓷的烧成温度约为1140°C，低于普通景德镇瓷器（1250°C），略低于龙泉青瓷（1174°C），表明为实现特定质感而有意调整了温度。
• 部分景德镇样品（如FLQ-12）因R2O含量较高，出现釉面裂纹，直接与Na2O含量升高相关。
• 景德镇仿龙泉青瓷釉料呈现出向钙碱性釉转变的趋势，其中R2O含量在明代达到5.98%的峰值，而CaO含量则下降至6.20%。