用雷尼绍拉曼光谱对烧焦物进行考古研究（下）

应用案例分享

上篇我们了解到，利用拉曼光谱可以确定巴黎圣母院大教堂在火灾中屋顶结构燃烧时达到的最高温度，这对于安全高效地完成重建工作非常重要。此外，科学家们还分析了法国南部布吕尼屈厄洞穴 (Bruniquel caves) 中的烧焦物遗迹，以揭示它们的前身是动物还是植物。

考古学家利用拉曼光谱研究烧焦物遗迹

考古学家通过研究烧焦物遗迹来了解史前人类的生活。在探寻早期火驯化痕迹的研究中，烧焦物可证明火的踪迹。烧焦物是有机物发生热解产生的固体残留物。它可能是木炭，也可能是烤焦的肉或脂肪。通过分析这些残留物可以揭示考古遗址的古代居住者使用的燃料类型和饮食习惯。

显微拉曼光谱技术非常适合对烧焦物进行考古研究。它对碳化合物的芳香环纳米结构非常灵敏，同时又不具破坏性。拉曼分析只需要几微克的样本，但空间分辨率优于1 µm。

拉曼光谱能否区分木炭和骨炭？

拉曼光谱在表征史前炉膛或火炉中的碳化残留物方面很有前景。即使风化改变了烧焦物的有机物前身的特征形态，但仍可确定它是植物源还是动物源。

D. Deldicque和他的同事们开发了一种方法，可区分植物源或动物源风化炭。他们发现，在风化木炭(植物源)的拉曼光谱中，1,700 cm⁻¹处的羰基谱带强度更高。而在动物源风化烧焦物的拉曼光谱中，同一谱带的强度则弱很多。此外，动物源风化烧焦物拉曼光谱的H_D/H_G比率通常高于风化木炭。通过绘制1,700 cm⁻¹处谱带强度随H_D/H_G高度比的变化关系，他们可以将木炭和动物烧焦物的拉曼光谱区分开。

17.65万年前尼安德特人在布吕尼屈厄洞穴建造的环形岩洞结构遗址。

然后，他们将这种方法应用于布吕尼屈厄洞穴的炉膛中的两块风化烧焦物上。布吕尼屈厄洞穴是一处耐人寻味的旧石器时代考古遗址。这些洞穴因由断裂石笋组成的环形结构而闻名。这些结构距今约17.6万年，经证明是由早期尼安德特人建造的精致建筑。

布吕尼屈厄洞穴的两种非晶烧焦物都是模糊的球状形态，没有任何明显的植物或骨骼结构。利用这些样本的拉曼光谱，他们绘制了i₁₇₀₀/i_G比率与H_D/H_G比率的函数关系图。从图中可以看出，第1种非晶烧焦物是动物炭，第2种非晶烧焦物是植物炭，也就是所谓的玻璃化炭。

在布吕尼屈厄洞穴的火炉中发现的非晶烧焦物。由于具体形态已经丢失，因此很难明显地识别它们的前身是什么，既可能是玻璃化木炭，也可能是烧焦的脂肪或肉。(a) 第1种非晶烧焦物；(b) 第2种非晶烧焦物。

(a)第1种非晶烧焦物的拉曼光谱。(b) 第2种非晶烧焦物的拉曼光谱。(c) 拉曼参数图，第1种非晶烧焦物被归为动物类，第2种非晶烧焦物被归为植物类。(d,e) 分别为第1种和第2种非晶烧焦物的能量散射谱。

为了验证这一结果，他们使用扫描电子显微镜和X射线能量散射谱仪 (SEM-EDS) 对这两种非晶烧焦物进行了分析。第1种非晶烧焦物的EDS分析结果显示其中含有磷、钙和硫，这证实它是一种动物碳。第2种非晶烧焦物的EDS分析结果显示其中含有钙和镁，这证实它的前身是一种植物。通过这种方法，利用拉曼光谱可以区分动物源和植物源的烧焦物遗迹。即使特征形态随着时间推移已经消失，但本质也不会改变。

拉曼光谱是研究高度碳化物质的结构和化学成分的理想方法。未来，拉曼测量还可揭示更多人类历史。

上篇回顾：用拉曼光谱对烧焦物进行考古研究（上）

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（Raman Team 雷尼绍Renishaw）

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