国产光谱仪“看清”三星堆象牙如何老化

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  中国科学院空天信息创新研究院研究员王振友团队联合四川省文物考古研究院等机构的科研人员，自主研制了显微时间门控拉曼光谱仪，并利用该仪器对三星堆出土的4块象牙碎片进行无损检测，揭示了象牙在长期地质作用下的老化过程。近日，相关成果发表于《美国化学会-应用材料与界面》。
  三星堆出土象牙有3000余年历史，是研究古蜀文明的重要载体。由于长期埋藏于地下，这些象牙持续受到地下水、可溶盐及微生物等因素侵蚀，外观虽大体完整，内部结构却已十分脆弱。为进行科学保护与修复，需要在无损条件下获取象牙的成分与微结构信息。
  拉曼光谱技术通过光与物质相互作用获取样品的“分子指纹”，但过程中常伴随产生高强度荧光信号，容易掩盖微弱的拉曼信号。王振友介绍，拉曼信号寿命极短、低于皮秒级，而荧光信号寿命较长、在纳秒级以上。时间门控拉曼光谱技术利用拉曼信号与荧光信号寿命的差异，通过在拉曼信号到达的极短时间窗口内开启探测“快门”，有效采集拉曼信号并抑制荧光背景。
  针对该技术长期面临的时间分辨率要求极高、核心探测器依赖进口等挑战，研究团队通过硬件与算法创新，实现了强荧光的高效抑制，完成核心部件的国产化，并降低了成本，为技术推广奠定了基础。
  研究显示，4块象牙碎片的荧光强度差异显著，其中两块在传统连续光拉曼条件下几乎无法得到有效信号。而在时间门控拉曼检测中，荧光干扰被有效抑制，强荧光样品的拉曼信噪比提升超过20倍，象牙内部成分差异清晰显现。分析表明，不同埋藏环境的象牙在有机质含量、骨架结晶性和腐蚀程度上存在明显差异，金属离子侵入及硫酸根等非金属离子替代羟基磷灰石，是导致象牙深度老化的主要原因，部分样品还可能经历过焚烧等人为破坏。
  时间门控拉曼光谱技术为文物保护修复提供了分子层面的科学依据，也为探究古蜀文明及其埋藏环境提供了新方法。该技术在文物保护、材料科学及环境研究等领域具有巨大的应用潜力。

来源：中国科学报