考（kǎo）古文物具有（yǒu）獨特性，且對自身結構的（de）改變（biàn）極為敏感，檢（jiǎn）測時需格（gé）外謹（jǐn）慎。此類檢測對文（wén）物修複及（jí）製造工藝探索至關重要。通常僅需分析文物的微小局部，而微（wēi）束大麵積元素成像分析（Micro-XRF）作為快速、常用的元素分析（xī）方法，可實現高靈敏度且無損的檢測。
本報告描述了對一柄羅馬（mǎ）劍的局部（bù）分析。在清除腐蝕層後，使用（yòng）布魯克公司（sī）的微束大麵積元素成像光譜儀 M4 TORNADO 對該劍進行了檢測。
樣（yàng）品
檢測對象為（wéi）一柄羅（luó）馬短劍（Gladius，見圖1），出土於德國東北部帕瑟瓦爾克鎮附近（jìn）。其製造特征表明該劍非本（běn）地生產（chǎn），可能由日耳曼戰（zhàn）士（shì）攜帶，後折斷並獻祭於神，劍體已（yǐ）高度腐（fǔ）蝕。
圖1.清理（lǐ）後殘留腐蝕層的羅馬劍照片。
材料（liào）結構檢測
首階段檢測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（fù）碳與貧碳區的（de）夾層結構（gòu）（圖2左），即"大馬士革鋼"——兼具硬度與彈性的鋼材。近劍（jiàn）柄區域的X射線圖像顯示（shì）劍身兩側各有一處鑲嵌裝飾（圖2右）。
一側鑲嵌飛翔的勝（shèng）利女神維多利亞（Victoria），她（tā）是羅馬皇帝的守護神；另一側為羅馬軍團象征——鷹（圖3）。後續研究聚（jù）焦於鑲（xiāng）嵌物與劍身的元素（sù）組成，並利用元素成像係統重建鑲（xiāng）嵌（qiàn）紋飾。
圖2.X射（shè）線CT圖像清晰呈現鋼材的大馬士革結構及（jí）鑲嵌物紋飾。
儀器分析（xī）
本次檢測使用布魯克M4 TORNADO微束大麵積元素成像分析法（Micro-XRF），具體測量條件如下：
· 測量環（huán）境：空氣
· 激發條件：50千伏，600微安
· 分布分析：采用HyperMap技術
· 分析區域：約22×16毫米（450×330像素）
· 單像素采集時間：10毫秒
· 總測量時長：約30分鍾
圖3.鑲嵌物線描圖（tú）：展示女神維多（duō）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（yìng）射區域較小，呈現了維多（duō）利亞頭部的輪廓。鑲嵌物疑似由含鎳的銅鋅合金製成；刀身部分材（cái）質為鋼材（cái），符合預期。在鑲嵌物不同位（wèi）置采集了（le）單點光譜（見圖6）。通過HyperMap功能可以整合不同區域（yù）的光（guāng）譜圖，測量點（diǎn）位在所有檢測元素的混合圖（tú）像中以高亮標示。
元素分布需按以下邏（luó）輯闡釋：
鑲嵌（qiàn）物（測量點MP2）：材質為黃銅（含Cu、Zn）。單元素分（fèn）布暗示含鎳（Ni），但圖（tú）7紅色譜線證實無鎳存在（zài），高銅鋅峰產生的背景（jǐng）幹擾導致誤判，定量分析（xī）已（yǐ）修正此誤差。
劍身（shēn）（測量點MP3）：材（cái）質為（wéi）鋼材（圖7綠色譜線），含鐵（Fe）及微量錳（Mn）、鎳（Ni）。譜線中（zhōng）銅（Cu）、鋅（xīn）（Zn）、鈣（Ca）源於鑲嵌（qiàn）物汙染及長期埋藏的（de）環（huán）境滲透。
測量點（diǎn）MP1（圖7藍色譜線）：鈣含量高，鐵、錳、鎳濃度低，銅鋅強度高於（yú）MP3。此差異（yì）可能源自金屬表麵腐蝕層（céng）的成分微變。光譜（pǔ）評估後（hòu）的定量結果見下表。
圖4.劍體上（shàng）部鑲嵌物的元素（sù）分布圖
圖5(左).劍身（shēn）鑲嵌紋飾實物圖
圖6(右).勝利女神頭（tóu）部區域的鈣、鐵、鎳、銅、鋅多元素分布圖（標注測量點MP1/2/3）
結論
微束大麵積元素成像技術可高效、可靠地檢（jiǎn）測脆弱珍貴的考古文（wén）物，尤其適（shì）用於局部區域的無損快速分析。
此羅馬劍由低（dī）合金鋼製成，劍身鑲嵌勝利女神紋飾。光譜分析量（liàng）化了劍身鋼材與鑲嵌物的元素組成，並證（zhèng）明需謹慎解讀元素分布以避免譜峰重疊或（huò）背景（jǐng）幹擾。元素成像圖精準（zhǔn）還原了鑲嵌紋飾形態，無需額外處理即可重建原貌。定（dìng）量成分數據對製定修複方案至（zhì）關（guān）重要——修複工藝的選擇直接（jiē）取決於樣本組成。
圖7.測（cè）量點光譜圖（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（de）Dr. C. Michael Schirren、Lorenz Bartel
