激光电离飞行时间质谱技术用于古代瓷片中元素的检测及元素成像分析.pdf

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1、第4O卷分析化学(FENXIHUAXUE)特约来稿第4期2012年4月ChineseJournalofAnalyticalChemistry498502)DOl：10．3724／SP．J．1096．2012．10981》创刊40周年l《特约来稿《＼石＼激光电离飞行时间质谱技术用于古代瓷片中元素的检测及元素成像分析邹冬璇殷志斌张伯超杭纬黄本立(厦门大学化学化工学院化学系，厦门361005)摘要采用自制激光电离飞行时间质谱(LI—TOF—MS)及多元素成像体系，尝试分析了古瓷片中的多种元素。对一块北宋

2、龙泉青瓷瓷片及一块仿古青瓷瓷片样品进行了表面元素分析，所得多元素半定量分析结果表明，这两种瓷片的胎体和釉面中所含元素的种类及含量存在差异；同时对一块明代青花瓷片进行表面多元素成像分析，获得Co，Mn，Fe，Ni，Ba,Ca,Mg，Na,A1，Si，K，Cu,Zn和Rb的元素成像图。关键词激光电离；飞行时间质谱；元素成像；半定量；瓷片l引言陶瓷是伴随着人类活动的古老物件之一。瓷器的碎片经常被发现于各个古迹遗址中，对古瓷片的胎体、釉面等组成的元素检测能够为考古学历史学的研究提供丰富而有意义的信息，如古

3、瓷原料分析、制作工艺研究、瓷片的聚类分析等[1~。目前应用于瓷片元素分析常用的方法有电感耦合等离子体质谱(ICP—MS)J、激光溅射电感耦合等离子体质谱(LA—ICPMS)】、激光诱导击穿光谱(LIBS)、能量色散X射线荧光(EDXRF)探针技术【lj、质子诱发x射线荧光分析(PIXE)及中子活化分析(INNA)_8等。与以上这些方法相比，利用激光电离飞行时间质谱法(LI—TOF—MS)对瓷片的分析无需繁琐的样品前处理，具有固体表面直接分析，谱图干扰少，金属元素和非金属元素同时快速检测的优点。本实

4、验室自行研制的LI—TOF—MS已被成功应用于地质样品、环境样品，甚至一些生物样品等多种固体样品表面金属元素及非金属元素的半定量分析[9~12；又在此基础上进一步发展了新的激光电离飞行时问质谱固体表面元素成像分析系统，且该成像分析体系已在矿石样品表面元素成像分析中得以应用[13,141。瓷片作为不易消解、质地坚硬的固体样品，若利用本实验室研制的LI—TOF—MS及元素成像分析系统对其表面进行直接的元素分析，不仅可以实现瓷片胎体和釉面中金属元素及非金属元素的半定量检测；还能够满足表面部分元素非均匀分

5、布的样品如青花瓷瓷片的表面多元素成像分析。本实验对一块北宋龙泉青瓷瓷片及一块仿古青瓷瓷片进行了釉面和胎体中元素检测，获得两块瓷片中非金属元素在内的多元素半定量分析结果，并对比出这两种不同瓷片中所含元素种类及含量的差异；对一块明代青花瓷片进行了表面元素成像分析，得到Fe，Mn，Co等非金属元素在内的多元素成像图。2实验部分2．1仪器与试剂本实验室自行研制的激光电离飞行时间质谱(LFTOF-MS)、已建立的激光电离飞行时间质谱固体元素成像分析系统(其结构和参数见参考文献[9，13])；低速金刚石切割机

6、(沈阳科晶公司)；超声波清洗机。去离子水(18-3MI2·cm)；丙酮(分析纯)；北宋龙泉青瓷瓷片，仿古青瓷瓷片，明代青花瓷瓷片由瓷器收藏家王传明先生慧赠。2．2北宋龙泉青瓷瓷片和仿古青瓷瓷片中元素的检测将瓷片样品用切割机切割成约1cmX1cm的小瓷片，每种瓷片各切割两块；再从中分别各取一块，201卜08-29收稿；2011—10-22接受本文得到国家自然科学基金(Nos．21027011，20775063)、“863”项目(No．2009AA06Z109)和国家基础科学人才培养基金(No．J10

7、30415)项目资助E—mail：weihan8@xmu．edu．cn第4期邹冬璇等：激光电离飞行时间质谱技术用于古代瓷片中元素的检测及元素成像分析499利用切割机小心切除其釉面，露出胎体。继而将切割好的4块瓷片在超声波清洗机中清洗，烘干，并用丙酮擦洗，以确保待分析样品表面洁净。在自制的激光电离飞行时间质谱上进行两种瓷片的胎体及釉面的元素分析。实验过程中离子源、离子透镜和飞行时间质量分析器的电参数设置见表1。表1仪器操作参数设置Table1Typicaloperatingparameters2．3

8、明代青花瓷瓷片表面多元素成像分析选择一块表面尽量平整的明代青花瓷片，挑选出青白两色相间的区域，切割成约1cmX0．5cm的瓷片，清洗烘干。本实验元素成像体系参数见表2，激光脉冲频率、激光波长、脉宽和能量密度同表1。表2元素成像体系操作参数Table2Typicaloperatingparametersofelementalimagingsystem3结果与讨论3．1北宋龙泉青瓷瓷片和仿古青瓷瓷片中元素的检测目前，已有多种分析方法对瓷片中的元素进行检测分析，有些甚至采用了数据统计分析