[论文解读] Polymerisation Degree and Raman Identification of Ancient Glasses used for Jewellery, Ceramics Enamels and Mosaics

Philippe Colomban|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2007

Cultural Heritage Materials Analysis参考文献 1被引用 6

一句话总结

本研究证明，拉曼光谱通过分析Si-O振动模式的聚合度，能有效识别古代玻璃和陶瓷釉彩。Si-O弯曲振动与拉伸振动模式的强度比与玻璃结构及烧制工艺密切相关，可利用Qn物种的光谱组分对来自亚洲、伊斯兰世界和欧洲的考古材料进行精确分类。

ABSTRACT

We demonstrate the utility of Raman spectroscopy as a technique for the identification of ancient glasses and enamel coatings of ceramics. As for any silicate glasses, the addition of network modifiers breaks the Si-O linkages and modifies the degree of polymerisation and hence the relative intensity of the Si-O bending and stretching modes. We demonstrate empirically that the ratio of these envelopes is well correlated to the glass structure and to the used firing technology. Spectral Qn components assigned to isolated and connected SiO4 vibrational units allow more precise analysis. Selected porcelains, faiences, potteries and glasses representative of the different Asian, Islamic and European production technologies were studied. Modern porcelain enamels are used as compositional references.

研究动机与目标

• 建立一种可靠的方法，用于识别用于珠宝、马赛克和陶瓷的古代玻璃与陶瓷釉彩。
• 研究硅酸盐玻璃中聚合度与拉曼光谱特征之间的相关性。
• 将拉曼光谱比值与不同文化区域的古代生产工艺联系起来。
• 使用现代瓷釉作为成分参考，进行对比分析。
• 实现对考古玻璃材料非破坏性产地与工艺归属鉴定。

提出的方法

• 采用拉曼光谱分析硅酸盐玻璃网络中的振动模式。
• 测量Si-O弯曲振动（约450–500 cm⁻¹）与拉伸振动（约1000–1100 cm⁻¹）模式的强度比，作为聚合度的替代指标。
• 通过去卷积分析Qn物种（Q⁴、Q³、Q²、Q¹）以评估玻璃网络中SiO₄四面体的连接度。
• 将考古样品的光谱数据与现代瓷釉标准进行比较，以校准工艺解释。
• 分析来自亚洲、伊斯兰世界和欧洲语境的选定珐琅、陶器、玻璃和釉彩样品。
• 利用Qn组分的相对强度推断古代玻璃制造中的烧成温度与助熔剂使用情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 拉曼光谱能否可靠测定古代硅酸盐玻璃中的聚合度？
• RQ2 Si-O弯曲与拉伸振动模式的相对强度如何与玻璃网络的结构连接度相关？
• RQ3 拉曼光谱比值在多大程度上可区分不同的古代玻璃生产工艺？
• RQ4 Qn物种的去卷积分析能否提高考古玻璃技术归属的准确性？
• RQ5 现代瓷釉在多大程度上可作为解读古代玻璃成分技术起源的参考材料？

主要发现

• 拉曼光谱中Si-O弯曲与拉伸振动模式的强度比与古代玻璃的聚合度存在强烈相关性。
• 对Qn物种（Q⁴至Q¹）的去卷积分析可精确揭示玻璃网络的连接度与结构演化。
• Qn组分的光谱特征可清晰区分采用不同烧制工艺生产的玻璃。
• 该方法成功基于拉曼光谱特征对来自亚洲、伊斯兰世界和欧洲的考古样品进行分类。
• 现代瓷釉可作为解读古代玻璃材料技术起源的有效参考材料。
• 该技术可实现对古代玻璃成分与生产工艺的非破坏性、高精度识别。