排除荧光干扰 新方法无损解析三星堆象牙老化过程

人民网北京12月26日电 (记者赵竹青)近日，中国科学院空天信息创新研究院(空天院)广州园区研究员王振友研究团队研制的显微时间门控拉曼光谱仪，在三星堆象牙考古研究方面取得进展。相关成果以《时间门控拉曼光谱解码三千年象牙的降解途径：一种无荧光的文物科学方法》为题，发表于国际期刊《美国化学会-应用材料与界面》。

三星堆出土象牙历经三千余年，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。对其进行科学保护与修复，需在无损条件下获取其成分与微结构信息，并具备微米级分辨率，以应对锈蚀和腐蚀分布不均的难题。研究团队通过关键技术与核心部件创新研制的这一显微时间门控拉曼光谱仪，显著提升了拉曼光谱在强荧光条件下的抗干扰能力，最终利用该仪器对三星堆出土的四块象牙碎片进行无损检测，成功揭示了象牙在长期地质作用下的老化过程。

拉曼光谱技术具有无损、可识别分子结构及微米级空间分辨的优势，是研究象牙微观结构的理想手段。该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”，即可有效采集拉曼信号并抑制荧光背景。该技术长期面临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，四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。

总体而言，时间门控拉曼光谱技术突破了强荧光背景下的检测限制，清晰揭示了象牙中微量离子侵入、骨架损伤及有机质残留等信息，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。该技术通用性强，可推广至其他强荧光样品的分析，在文物保护、材料科学及环境研究等领域具有广泛的应用潜力。

本研究由空天院联合四川省文物考古研究院馆员肖庆、副研究馆员郭建波，浙江大学艺术与考古学院教授张晖，电子科技大学电子科学与工程学院教授胡旻等共同完成，并得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目支持。