古陶瓷成分鉴定法理论基础解密陶瓷元素 2017-01-01

：现代古陶瓷的科技鉴定越来越红火，为什么可以借助于元素组成分析来进行古陶瓷的断源和断代，利用X荧光无损分析技术来进行古陶瓷的科技鉴定必须具备哪些前提条件等等，系统的论述和介绍非常少，许多古陶瓷的研究和收藏爱好者对这种方法都还缺乏深入的了解。
下面主要围绕元素组成模式应用于古陶瓷鉴定的理论基础、元素组成鉴定法的应用条件等方面简单介绍。
元素组成模式应用于古陶瓷鉴定的理论基础 古陶瓷的断源、断代一直是古陶瓷研究工作的一个重要组成部分，除了目测，从古陶瓷的器型、纹饰、胎釉彩、底款等外观考古的角度确定不同时代、不同窑口产品的差异外，采用无损的元素组成分析方法，如能量色散X荧光光谱分析技术，目前已发展成为应用于古陶瓷鉴定研究中最常用的现代自然科学技术之一。
采用能量色散X荧光光谱分析技术进行古陶瓷的科技研究，在国内外已取得了许多行之有效的方法。
英国牛津大学、上海硅酸盐研究所、香港城市大学、故宫博物院、景德镇陶瓷学院古陶瓷研究所等古陶瓷研究和鉴定部门，对古陶瓷进行了广泛的测试并取得了一定的成绩。
古代陶瓷器的制作一般都是就地取材，可以说，资源条件是决定不同地域、时期影响我国各种类型古陶瓷发展的一个关键性因素。
古陶瓷是由粘土等天然矿物原料按不同配方配制后加工、成型并烧制而成，其化学组成取决于所用天然原料、配方以及处理等。
因此综合利用古陶瓷由于原料来源、配方的差异以及工艺制度的改进等所产生的不同地域和年代的古陶瓷样本体现在胎、釉和彩的元素组成模式（包括主次及微量元素的组成）的变化来进行古陶瓷的断源断代成为可能。
这也是利用古陶瓷的元素组成进行科技鉴定的基础。
原料的来源 由于不同地区土壤和矿物中元素的迁移和富集直接受区域自然地理条件制约而具有明显的周期性、地带性和地区性。
这主要是由于： （1）是以淋溶和淀积为主要过程的水迁移作用。
（2）生物地球化学作用十分活跃。
（3）元素的分布和组合受到地表地貌条件的影响。
人类生产和生存活动直接影响元素的再分配。
因此即使是同一种类型的原料，由于产地的不同其化学组成的差异也是不容忽视的。
此外，由于土壤中微量元素的生物积累作用，如陆地植物能选择性地吸收各种微量元素并积累于植物体中，选择性地吸收造成植物中某元素的数量与其在土壤中的含量不成比例，植物选择性强的主量元素有P、S、Ca、K；be、Co，微量元素有Ni、Zn、Ge、As、Cu、Sn、Pb、Ti、Ag、Au等。
配方的变化 随着技术进步及不同地域和阶段审美情趣的变化，中国古陶瓷的胎、釉配方也有相应调整。
如在我国北方即从易熔粘土配方发展到高岭土和长石的配方，而我国南方则是从易熔粘土配方发展到瓷石，再到瓷石加高岭的二元配方，以我国古代著名的景德镇瓷为例，其瓷胎从早期的瓷石一元配方到后期的瓷石加高岭二元配方就是一个明显的佐证。
元代以后景德镇青花瓷已经在胎料配方中逐步加入高岭土，使得瓷胎中的玻璃相相对减少，莫来石含量增加，制品的烧成范围增宽，瓷器的变形、强度以及热稳定性也随之得到改善。
到了清康熙时期, 高岭土的用量已显著提高，达到了40%,Al2O3含量已超过了26%，其烧成温度已由初期的1150℃左右提高到1300℃以上。
原料的处理和加工 原料的处理和精制也将对陶瓷制品的最终化学组成产生影响。
如在我国古瓷的原料加工过程中，淘洗是非常重要的一环，目的是一方面尽可能去掉影响成型、烧制的粗颗粒，提高可塑性和活性，另一方面提高原料中Al2O3的含量。
同时淘洗也会使TiO2，Fe2O3和MnO2等着色杂质以及碱金属氧化物含量产生变化。
由于不同时期陶工们对淘洗的认识及淘洗的程度不尽相同，必然会对原料的组成产生不同的影响。
元素组成鉴定法应用的第一个条件——基础信息数据库的建设 古陶瓷的科技鉴定是一个非常复杂的系统工程，利用古陶瓷的元素组成进行科技鉴定，其模式上采用从已知探未知的方法。
即依据相应时代、地域古陶瓷样品存在的元素组成特征和变化规律对未知样品进行归纳和判别分析。
而为了确实掌握不同类型古陶瓷在相应地域、时代的元素组成的特征和变化规律，作为统计分析学的基本要求，首先就必须掌握足够的获取有足够数量、明确发掘遗址、可靠地层和年代依据的古陶瓷标本的古陶瓷元素组成信息，以及快捷方便的数据查询、处理的方法模式。
然而，众所周知，中国古陶瓷历史悠久，产品丰富，种类繁多，资料更是极为丰富和繁杂。
中国陶器的产生距今已有11700多年，其精品从旧石器时代晚期至西周就有灰陶、红陶、彩陶、白陶、硬陶等多个种类；从宋代至清朝，瓷器的生产更是迅猛发展，除青、白两大瓷系外，还有黑釉、青白釉和彩绘瓷；窑场除汝、官、哥、定、钧五大名窑外，还有耀州窑、湖田窑、磁州窑等。
制瓷历史如此悠久、生产瓷器品种如此之多的中国，已发掘的和未发掘的珍贵古陶瓷标本非常丰富。
而且针对每一个陶瓷标本而言，其元素组成的信息量就可达数十甚至上百（包括胎、釉、彩，主次量及微量元素），可以想象是一个海量的数据积累，如果按照传统的古陶瓷研究和鉴定模式，即通过个人经验等方式为基础进行古陶瓷的鉴定，显然不可想象。
而与之相比，随着现代计算机技术的不断发展，数据库的应用领域也越来越广，数据库的一个最大特点无疑就是信息量非常丰富、便捷和多元化。
另外，由于数据库具有减少数据冗余度、方便数据共享、方便检索使用等优点，使得其在信息量大且数据共享率低，存在重复研究而造成宝贵的古陶瓷标本资源破坏的古陶瓷研究领域，其应用的潜力巨大。
而现代计算机技术和科学技术的日益发展，为古陶瓷多元信息数据库的建立创造了良好的前提条件。
计算机和人相比，最大的优势就是能够迅速、准确的处理大量数据。
因此，借助计算机技术建立一个集古陶瓷样品器型结构、纹饰特征、底款、胎和釉的化学组成、显微结构及物理化学性能等多指标的综合信息数据库，提供更全面的信息和更可靠的依据，不仅有利于研究古代传统名瓷的形成机理及其工艺演变过程，探讨人类文明的进步与发展历史，也是进行古陶瓷科技鉴定的关键和基础。
  数据库简介及在古陶瓷研究和鉴定中的应用 数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。
数据库技术的完善很好地解决了计算机信息处理过程中大量数据有效组织和存储的问题，在数据库系统中减少数据存储冗余、实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据。
关于数据库的概念，若从不同的角度来描述便可以得到不同的定义。
例如，称数据库是一个“记录保存系统” 的定义强调了数据库是若干记录的集合。
又如称数据库是“人们为解决特定的任务，以一定的组织方式存储在一起的相关的数据的集合”，该定义侧重于数据的组织方式。
更有甚者称数据库是“一个数据仓库”。
当然，这种说法虽然形象，但并不严谨。
严格地说，数据库是“按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库”。
在古陶瓷研究中，常常需要把某些能够表征古陶瓷特性信息的相关数据放进这些“仓库”，并根据实际应用的需要进行相应的处理。
例如，在古陶瓷化学组成元素数据库中常常要把古陶瓷样品的基本元素组成信息（如主次量元素组成、微量元素组成及部分元素的含量比值等）存放在数据表中，这张表就可以看成是一个数据库。
有了这个“数据仓库”我们就可以根据需要随时查询各个古陶瓷样品的基本情况，并可以查询这一类陶瓷的元素组成特征信息，从而为这类古陶瓷的研究和鉴定提供可靠的依据。
这些信息如果都能够录入到数据库中，那么这些工作就都能在计算机上自动进行，这样极大地方便了古陶瓷样品信息的共享，可为古陶瓷科技研究与鉴定提供必须的信息资料。
J.Martin给数据库下了一个比较完整的定义：数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的，无有害的或不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。
当某个系统中存在结构上完全分开的若干个数据库时，则该系统包含一个“数据库集合”。
从20世纪60年代初期开始到现在，数据库技术已经发展了40多年。
在这40多年的历程中，人们在数据库技术的理论研究和系统开发上都取得了辉煌的成就，而且已经开始对新一代数据库进行系统、深入的研究。
数据库系统已经成为现代计算机系统的重要组成部分。
早在18 世纪,中外学者就开始了对中国古陶瓷的科学技术研究。
当前在国外，美国、日本、加拿大等国的学者正积极采取措施，采用现代分析手段，不仅分析自己国家的古文物、建立了数据库，而且表现出对中国文物的极大兴趣；日本帝京大学山梨文化财研究所已着手改进分析方法，并开始建立我国青铜器形制和纹饰数据库；国际原子能机构（IAEA）正酝酿在近期建立亚洲地区的古陶瓷数据库。
而中国作为一个世界大国，本国文物数据库如果最终只能由外国的机构组织来建立，并且本国的文物最终只有国外的机构组织能进行科技鉴定，无疑有损国家形象。
近年来，在在国家自然科学基金委、中国科学院和国家文物局的支持下，中国科学院上海硅酸盐研究所、上海博物馆、国家博物馆、故宫博物院、景德镇陶瓷学院、复旦大学、中国科技大学、中国科学院高能物理研究所、香港中文大学、香港城市大学等相关研究机构直接或间接地开展了一系列古陶瓷项目研究和实践，积累了大量古陶瓷科学技术分析数据。
随着国家的重视和社会的关注，古陶瓷研究所依赖的各类研究资源 (出土资料、文献研究) 也不断丰富,尤其是现代分析技术在古陶瓷研究中的应用也日益深入和完善,中国的古陶瓷研究获得了较大的发展,其中一个重要的特色就是各学科之间的充分交叉融合，古陶瓷自然科学分析数据也越来越受到社会科学领域的古陶瓷研究专家的重视。
如何将古陶瓷科学分析数据（组成、结构、物理性能等）与考古学中类型学等知识（包括古陶瓷造型特点、纹饰风格、釉彩色泽等）相结合，充分利用现代计算机信息技术和数据处理方法，而建立起一套信息更加完善、全面和功能强大的数据库,已经越来越受到国家文物部门和古陶瓷研究者所关注。
可以预见，综合数据库的建立和完善将极大的推动我国古陶瓷研究的发展，无疑也会极大地促进我国古陶瓷科技鉴定的发展。
元素组成鉴定法应用的第二个条件---分析标准样的研制 如前所述，要准确的进行古陶瓷的科技鉴定，首先必须有相应窑口、时代的古陶瓷标本的大量数据信息积累，在具有这些必备的信息储备的前提下，再通过对未知样品的准确检测分析，然后才能进行古陶瓷产地、年代的定位判别。
而要完成古陶瓷标本的准确检测分析，分析标准是现代分析技术（如X荧光分析等）应用于古陶瓷研究和鉴定中最亟需解决的环节之一。
实际上，标准物质与分析测试技术是密不可分的，要获得可靠、稳定和具有通用性的古陶瓷样品的分析数据，一套同古陶瓷化学和物像组成相近的标样以及有针对性的测试方法是非常重要的。
现代分析测试技术已经从经典的、单一的、简单基体的测试，逐渐演化为以现代分析仪器为主的、多组分、痕量、复杂基体测试、分析测试的难度和复杂程度大幅度增加。
X荧光分析等无损定量方法是基于比较法进行测定的，即待测样品必须与标准物质产生的同样信号相比较，才可得出定量的结果。
而古陶瓷是一种典型的具有复合多相结构和多组分的复杂基体，由于基体效应的影响，只有在化学、物像组成及含量均与待测样品中的元素类似或相近的标准物质作为标准，才可获得有意义的数据。
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