考古文物具有獨特性，且（qiě）對自身結構的改變極為敏（mǐn）感，檢測時（shí）需格外謹慎。此（cǐ）類檢測對文物修複及（jí）製造工藝探索至關（guān）重（chóng）要（yào）。通常僅需（xū）分析文物的微小局部，而（ér）微束大麵積元素成像分析（Micro-XRF）作為快速（sù）、常用的元（yuán）素分析方法，可實現高靈敏度且（qiě）無損的檢測。
本報告描述了對一柄（bǐng）羅馬劍的局部分析。在清除腐蝕層後，使用布魯克公司的微束大麵積元素成像光譜儀 M4 TORNADO 對該劍進行了（le）檢測。
樣品
檢測對象為一柄羅馬短劍（Gladius，見圖1），出土於德（dé）國東北部帕（pà）瑟瓦爾克鎮附近。其製造特征表明該劍非本地生產，可能由日耳曼戰士攜帶（dài），後（hòu）折斷並獻祭於神，劍體已（yǐ）高度腐蝕（shí）。
圖1.清理後殘留腐蝕（shí）層的羅馬劍照片。
材料（liào）結構檢測
首階段檢測（cè）在柏林應用科技大學（HTW Berlin）進行，通過X射線成像分析發現：劍體上部呈現富碳與（yǔ）貧碳區的夾層結構（圖2左），即"大馬士革鋼"——兼具硬度與彈性的鋼材。近劍柄區域的X射線圖像顯示劍身兩側各有一處鑲嵌裝飾（圖2右（yòu））。
一側鑲嵌飛翔的勝利女（nǚ）神維多利亞（Victoria），她（tā）是羅（luó）馬皇帝的守護神；另一側為羅馬軍團象征——鷹（圖3）。後續研究（jiū）聚焦（jiāo）於鑲嵌物與劍身（shēn）的元（yuán）素組成，並利用（yòng）元素成（chéng）像係（xì）統重建鑲（xiāng）嵌紋飾。
圖2.X射線CT圖像清晰呈現鋼材的大（dà）馬士（shì）革結構及鑲嵌物紋飾。
儀器分析
本次檢測使用布（bù）魯克M4 TORNADO微束大麵積元素成像分析法（Micro-XRF），具體測量條（tiáo）件（jiàn）如下（xià）：
· 測量環境：空（kōng）氣
· 激（jī）發條件：50千伏，600微（wēi）安
· 分布分析（xī）：采用HyperMap技術
· 分析區域（yù）：約22×16毫米（450×330像素）
· 單像素采集（jí）時間（jiān）：10毫秒
· 總測量時長：約30分鍾
圖3.鑲嵌物線描圖：展示女神維（wéi）多利亞（Victoria）與鷹的圖案
分析結果
元素分布分析結果如圖4所示。該映射區域（yù）較小，呈現了維多利亞頭部的輪廓。鑲嵌物疑似由含（hán）鎳的銅鋅合金製成；刀身部分材質為鋼材，符合預期。在鑲嵌物不同位置采集了單（dān）點（diǎn）光（guāng）譜（見圖6）。通過HyperMap功能可以整合不同區域的光譜圖，測量點位在所有檢測元素的混合圖像中以高亮標（biāo）示。
元素分布需按（àn）以下邏輯闡釋：
鑲嵌物（測量點MP2）：材質為（wéi）黃銅（含Cu、Zn）。單元素分（fèn）布暗示（shì）含鎳（Ni），但圖7紅色譜線證實無鎳存在，高銅鋅峰產生的背（bèi）景幹擾導致誤判，定量分（fèn）析已修正此誤（wù）差。
劍身（測量點MP3）：材質為鋼材（圖7綠（lǜ）色譜線（xiàn）），含鐵（Fe）及微量錳（Mn）、鎳（niè）（Ni）。譜線中銅（Cu）、鋅（xīn）（Zn）、鈣（Ca）源於鑲嵌（qiàn）物汙染及長（zhǎng）期（qī）埋藏的環境滲透。
測量點MP1（圖7藍色譜線）：鈣含量高，鐵、錳、鎳濃度低，銅鋅強度（dù）高（gāo）於MP3。此差異可（kě）能源自金（jīn）屬表麵腐蝕層的成分微（wēi）變。光譜評估後的（de）定量結果見下表。
圖（tú）4.劍體上部鑲嵌物的元（yuán）素分布圖
圖5(左).劍身鑲嵌紋飾實物圖
圖6(右).勝（shèng）利女神頭部區域的鈣、鐵、鎳、銅（tóng）、鋅多元素分布圖（標注測量（liàng）點MP1/2/3）
結論
微束（shù）大麵積元素（sù）成像技術可高效（xiào）、可靠地檢測脆弱（ruò）珍貴的考古文物（wù），尤其適用於局部區域的無（wú）損快速分析。
此羅馬劍由低合金鋼製成，劍身鑲嵌勝利女神紋（wén）飾。光譜分析量化了劍身（shēn）鋼材與鑲嵌物的（de）元素（sù）組成，並證（zhèng）明需謹慎解讀元素分布以避（bì）免（miǎn）譜峰重疊或背景幹擾。元素成像圖（tú）精準還原了鑲嵌（qiàn）紋飾形態，無需額外處理即可（kě）重建原貌。定量成分數據對製定修複（fù）方案至關重（chóng）要——修（xiū）複工藝的選擇直接取決於樣本組成。
圖（tú）7.測量點光譜圖（tú）（MP1藍/MP2紅/MP3綠）
作者
Dr. Roald Tagle、Ulrich Waldschläger、Dr. Michael Haschke
Bruker Nano GmbH
Natalie Lehnhardt
Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
致謝
特別鳴謝Landesamt für Kultur und Denkmalpflege Mecklenburg-Vorpommern的Dr. C. Michael Schirren、Lorenz Bartel
