[ 摘要 ]
科技考古是一门年轻的学科。它是利用现代科学技术手段，分析研究古代遗迹，获取其丰富的潜信息，旨在探索古代人类社会历史以及人类与自然的相互关系。从考古学的发展上看出，自然科学的学科在理论和方法上的新成果被引入考古学中后，都促使考古学开辟新研究领域和有力推动考古学的发展。
本文着眼于有哪些物理学方法在古陶瓷考古中得到应用，以古陶瓷为研究对象，说明各种物理学方法的原理，优缺点以及所用的设备。以及古陶瓷研究的国内外现状。
[ 关键词 ] 古陶瓷考古 断代技术 结构分析技术 断源技术
第一章 引言
一 概述
物理科学系统地应用于考古学始于本世纪 20-30 年代，出现于 40 年代的碳 14 断代技术对考古学产生了巨大的影响。 1996 年出版的《 Elsevier's Dictionary of Archaeological Materials and Archaeometry 》将 Archaeometry 定义为“自然科学，主要是物理学和化学，在考古学中的应用”，它主要包括以下几个方面： 1 、考古遗址的定位和考察； 2 、无出处的分散考古材料和器物的鉴定； 3 、古代材料与技术的分析与解释； 4 、年代测定； 5 、古代材料与器物产地的确定。
物理学方法贯穿了古陶瓷考古工作的始终，而且已经系统化，且互相参照。热释光、加速器质谱仪、电子自旋共振、穆斯堡尔谱学等断代法是断定年代的主要方法。对于器物的化学成分和物理、结构分析采用穆斯堡尔谱学、 X 射线荧光分析、 电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS) 、 中子活化分析、原子吸收和原子发射光谱、 X 射线或衍射法。
二 我国的古陶瓷研究现状
中国是世界上唯一具有连续不断悠久历史的文明古国。考古研究对象具有系统性、完整性、民族文化多元性以及时空范围的广阔性和复杂性，为考古与科技考古提供 了巨大的实验舞台，是我国考古与科技考古得天独厚的条件。由于 这个优势，我国在器物结构、工艺方面的研究也达到了国际水平。上海博物馆热释光测定年代长期处于国际领先地位，这不能不说与它的鉴定对象 —— 陶器的来源丰富有关。中科院上海硅酸盐研究所长期以来对我国的陶瓷器及其装饰进行了大量而系统的研究， “ 总结出我国陶瓷发展的五个里程碑，涉及原料选择精制、窑炉改进和瓷釉进展的发展过程。硅酸盐研究所的工作可以说是引导国际古陶瓷研究的方向。 ”
中国古陶瓷不仅历史悠久，而且生产地区广阔。真是代有名瓷，地有特色。很久以来就吸引着国内外收藏家、观赏家和各大博物馆的高度重视。由于中国古陶瓷在历史、文化艺术和科技上的突出成就，历来就价格不菲并出现仿制品，特别是近来利用现代科技手段精仿的各类名瓷更层出不穷。这就要求考古界和科技界联合起来建立一套多学科综合鉴定模式。这套模式必须能对大件器物进行无损可靠的鉴定。
由于多种原因和需要使得中国古陶瓷的鉴定工作受到考古界和科技界等多方面的重视。根据不完全的统计，目前在北京、上海等地间接或直接参与这一工作的单位就有中国社会科学院考古所、故宫博物院、中国历史博物馆、北京大学考古系、 香港中文大学中科古物鉴证实验室 、中国科学院高能物理研究所、上海博物馆、复旦大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、合肥中国科技大学科技史与科技考古考古系、陕西科技大学 ( 原西北轻工业学院 ) 、郑州大学、香港城市大学等单位。
第二章 各种物理学方法的介绍
第一节 断代测年技术
一、碳十四测年法
碳十四测年法又称放射性同位素（碳素）断代法，一般写作 14 C 。 14 C 断代方法由美国芝加哥大学利比（ Libby ）教授于 1949 年提出。
1 、碳十四断代法的原理
自然界存在三种碳的同位素： 12C （ 98.9% ） , 13C (1.19%), 14C (10-10%) ，前两者比较稳定，而 14C 属低能量的放射性元素。 14 C 的产生和衰变处于平衡状态，其半衰期为 5730±40 年（现在仍使用 5568±30 年）。宇宙射线同地球大气发生作用产生了中子，当热中子击中 14 N 发生核反应并与氧作用便产生了地球上的 14 C 。在大气环境中新生 14 C 很快与氧结合成 14 CO2 ，并与原来大气中 CO2 混合，参加自然界碳的交换循环。植物通过光合作用吸收大气中的 CO2 ，动物又吃植物，因而所有生物都含有 14 C 。生物死后，尸体分解将 14 C 带进土壤或大气中，大气又与海面接触，其中的 CO2 又与海水中溶解的碳酸盐和 CO2 进行交换。可见凡是和大气中进行过直接、间接交换的含碳物质都含 14 C 。同时 14 C 又以 5730 年的半衰期衰变减小；加上碳在自然界的循环交换中相当快，使得 14 C 在世界各地的水平值基本一致。如果生物体一旦死亡， 14 C 得不到补充，其中的 14 C 含量就按放射性衰变规律减少，经过 5730 年减少为原来的一半。因此可以计算出生物与大气停止交换的年代 t ，即推算出生物死亡的年代。所以，一切死亡的生物体中的残存有机物以及未经风化的骨片、贝壳等都可用 14 C 来测定年代。
要说明的是， 14 C 测年法基于几个假设条件之上： ① 假设大气中 14 C 的产生率不变。地球上的交换碳近数万年来基本恒定，但 19 世纪后半叶工业活动的增加， 20 世纪原子弹的爆炸形成的工业效应、原子弹效应，已减少了大气中 14 C 的含量。 ② 假定放射性衰变规律不变，不受任何外界环境的影响，生物样品一旦死亡就停止与碳储存库进行自由交换。半衰期最初为 5568 年，近年来推算应为 5730 年。但这个对研究影响不大。 ③ 地球上各交换库中 14 C 的放射性比重不随时间、地点、物质种类而改变，这个假设经检验基本成立。国际公认 14 C 测年中的 B 、 P 起算点是 1950 年（因为之后人工核爆炸产生的大量 14C 对大气影响很大）， 1850—1950 年间的样品因工业化过程释放的 CO2 使得 14C 测年数据稍偏老。
2 、碳十四断代法的优缺点
14C 断代法是目前最精确的测年方法，具有许多优点。（ 1 ）测量范围广，可测定 1000—50000 年内的考古样品。（ 2 ）样品易得，凡是含碳的骨头、木质器具、焦炭木或其它无机遗留物均可。（ 3 ）对样品要求不严，埋藏条件不要求，取样也很简单。尽管如此， 14 C 断代法仍存在一些问题。 ① 测量范围有限，受半衰期规律的限制，其最大可测年限不超过四万年，而且样品年龄愈老，愈接近此极限值，测量误差愈大
。 ② 合适的样品难以采集，要满足纯粹不受污染而且要求一定的重量。如古代样品在埋藏中易受到后代动植物腐烂后的可溶碳化合物的污染；一些珍贵样品不能大量取样。 ③ 必须使用大量的样品，而且测量时间较长。 ④ 因种种原因，过去大气中的 14 C 放射性水平不稳定、 14 C 粒子衰变本身的波动性，那么用现代统一的 C 标准测定的年代不能等同于日历，只能是 14 C 年代，现在这个问题已得到解决，即用树木年轮法校正。
3 、现状和应用
中国社会科学院考古研究所在碳 14 断代工作的成绩尤为突出，是全国同类实验室中建立时间最长、公布数据最多的一个实验室。由于古陶瓷几乎不含碳，所以 14 C 断代法在古陶瓷断代方面失去效用。
4 、加速器质谱碳十四测年方法
针对 14 C 测年法的局限性， 70 年代末加速器质谱碳十四计数法应运而生，以 1978 年在罗切斯特大学召开的第一次国际加速器质谱会议为诞生标志。加速器质谱测年技术（ AMS——Accelerator Mass Spectrometry ）与 14 C 年代法原理相同，只是以对碳十四原子计数代替对 β 粒子的计数。 AMS 是加速器技术、质谱技术和探测鉴别技术的产物，具有一些优点。首先 AMS 所需样品量少，一般 1-5 毫克就足够了，甚至 20-50μg 。其次，精确度高，灵敏度可达 10-5 至 10-6 ，误差能达到不超过 0.3%±18 年。第三测定年代扩展到 7.5-10 万年。第四，测量时间短，一般几十分钟就可测试一个样品。
还有， AMS 不受环境影响，不象 β 线计数要考虑宇宙光体。 AMS 14C 断代法自问世以来，广泛应用于考古学、古人类学、地质学、物理学、天体物理学、环境科学、生物医学等领域。
AMS 超过 14 C 断代法对新石器时代完整年代序列的成就，因其取样少（加速器质谱仪为小样品或含碳量极少的样品）给 14 C 分析带来了新的途径，甚至可以解决其他问题，诸如陶器起源的追溯、人类祖先何时到达美洲、农业起源的时间等问题
。
目前北大考古系有 AMS 。 夏商周断代工程，也采用了 AMS 。
二 热释光测年法
热释光（ Thermoluminescence ，简称 TL ）为一种物理现象。它是晶体受到辐射作用后积蓄起来的能量，在加速过程中重新以光的形式释放出来的结果。它可以确定考古遗物的年代，又可对古代文物尤其是古陶器的真伪进行鉴别
热释光测年原理
热释光是陶器中放射性杂质和周围环境发出的微弱的核辐射通，长期作用在陶质器物中产生的一种效应。这些放射性杂质主要有 U 、 Th 系列核素和 40K ，以及适量的磷光物质石英等晶体，它们的半衰期很长（大于 109 年），故而将它们视为每年提供大小恒定的固定照射剂量的放射源。而陶器中的矿物晶体如石英、长石、方解石等晶格缺陷受到上述放射性核素发出的 α 、 β 和 γ 放射照射时，会产生自由电子，这些电子常被晶陷俘获而积聚起来。在石英、长石晶粒被加热到 1500℃ 以上时，这些被俘获的电子会从晶陷中逃逸出来，并以发光的形式释放能量，即热释光，而石英等晶体就成为磷光体。一件陶器样品加热时发射的热释光越强，其年代越长，反之则短。陶器在烧制过程中，经过 500 -1000℃ 左右的高温，陶器粘土中的矿物晶体释放原来贮藏的热释光。热释光不同于一般加热后的炽热发光，它是放射性能量储存的标志。释放完后，陶器晶体继续接受、贮藏大小恒定的固定辐射能，这些辐射能是陶器烧成后开始增加的，可以作为陶器年龄的标志，换句话说，热释光测定的是样品最近一次受热事件以来所经历的时间。这个辐射能为陶器总的吸收剂量或累积剂量，统称 “ 古剂量 ” 。然而每件陶器的内部放射性物质含量和外部提供的辐射剂量不一样，况且一旦陶器埋藏在地下，周围土壤放射性射线电对陶器有作用，所以需要测定器物各自的年剂量，即每年提供给陶器中磷光体的辐射吸收剂量。它由陶器内部放射性物质提供的 α 、 β 剂量，陶器埋葬土壤提供的 Y 剂量和宇宙空间提供的宇宙射线年剂量四部分组成。陶器的热释光总年剂量与陶器烧制后产生的时间成正比。
热释光断代有好几种方法。主要有：（ 1 ）利用细颗粒测定年代。将样品碎片夹碎，悬浮使之分离，将悬浮的颗粒沉积到圆盘上去测量；（ 2 ）利用夹杂物测定年代。一般利用陶器中的石英晶体；（ 3 ）前剂量法测定年代。根据灵敏度变化规律测出热释光值。（ 4 ）还有其他方法，如相减技术、锆石或长石技术、薄片技术等
。
2 、仪器
专门的热释光测定年代装置由加热系统、光测量和微计算机几部分组成。将粉末状样品直接或间接放在电热板上，一旦加热，热电偶（测量加热温度的仪器）将加热的信号输入 x-y 记录仪的 x 轴，这样，热释光对温度的坐标图就可以在加热过程中直接测得。热电偶的信号同时输入伺服控制系统，以便伺服系统控制通过加热板的变压器电流。光的测量由探测、转换和记录三部分组成。当光打到阴极时，光电材料将光子转换成电子，每一个从光阴极发射的电子到达阳极时已变成几百万个电子，这样在阳极产生一个连续的电子脉冲。阳极输出的信号通过脉冲放大器和甄别器把选择出来的脉冲输入光子率表。率表将信号分成两种，一路转换成电压接入 x-y 记录仪，另一种信号入峰值积分仪，将需要的光子信号转换成数字信号，输入微机系统，微机系统由同步显示和数据处理两部分软件完成。
3 、热释光测年的优缺点
热释光测年法的适用范围广，可从 5000 年到 50000 年甚至 50 万年不等，可测从旧石器时代的火烧土，最原始的陶器直到近百年的瓷器。测定对象除了陶器火烧土外，也可对燧石、黄土，方解石进行测定。热释光测年法尤其对原始文化的年代确定意义重大，特别是没有 14 C 标本或 14 C 标本可疑的遗址，因为陶器作为测试对象不会因发掘时打破层位或乱层现象发生麻烦。
热释光测年法以标本用量少、速度快（几小时）、跨度大而备受欢迎。
热释光最大的优势是古代遗物的真伪签别。制作精美的陶瓷器成为伪造仿造的首选对象。这些文物用传统的鉴定法对其外观、艺术风格、纹饰铭文进行辨别，但相当多的赝品已可以假乱真，这就需要借助现代科技手段作鉴定。如果能够确知某件器物的年代，则对其真伪的签别解决了一个关键性的因素，因为伪造品距今一般不过百年左右，而真品通常在几百年以上，对其年代的测定，热释光是较容易做到的。在这方面，已有学者做了很好的研究和尝试。
缺点就是外来因素影响较大，例如阳光的照射。
4 、误差范围
我们要考虑热释光的精确度问题，对古剂量、年剂量影响的各种因素（灵敏度、非线性、饱和等），那么就不但需要精确确定天然放射性来源，而且应考虑陶器在历史上实际接受放射性照射条件，如含水量、氢逃逸等影响的因素。只有对上述各种因素作了正确测定和较正后，才有可能使其精确达到 10%
。而实际上由于多方面因素的影响，这些因素都不可能做到精确。同时做热释光方法误差、实验误差和测量误差也不可避免。牛津大学挨特金认为，在最理想的条件下，热释光测年法能达到 5% 的相对误差，这样对于 2000 年以内的样品，其绝对误差可小于 100 年，有可能比 14 C 法精确；但在 2000-8000 年范围内， 14 C 法要更为精确。当大于 8000 年时， 14 C 没有年轮校正曲线，热释光法可与 14 C 法相互补充即证
。
热释光年代表示为：年 [± 误差（ P ） ± 误差（ α ） ] ， P 为实际误差， α 为可解误差。
5 、现状和应用
上海博物馆从 1975 年开始研究古陶瓷热释光测定年代，先后从英国和丹麦引进了国际上最先进的热释光测量装置。王维达研究员一手创建了国内第一个 “ 古陶瓷热释光测定年代实验室 ” ，经过近 30 年的潜心研究，建立起一套完整的古陶瓷热释光测量系统，成为我国在该领域的学科带头人。
（ 1 ）中国社会科学院考古研究所有这方面的仪器；（ 2 ） 北京大学考古系也有热释光实验室，至今已经测定很多唐代之前的陶器，测定过粘土烧制的陕西唐三彩；（ 3 ） 上海硅酸盐研究所 吴隽 博士发表了《用热释光法来测定陶瓷器年代》 ；（ 4 ） 香港城市大学也有这方面的研究 ，有专 家 梁宝鎏 博士（ 5 ） 有这方面研究的还有： 复旦大学 、香港中文大学中科古物鉴证实验室等。
国际上比较著名的有的有 英国的牛津鉴证公司（ Oxford Authentication Lab ）、美国的黎明考古实验室（ Daybreak Lab ）、英国牛津大学的 D. Stoneham 、澳大利亚沃勒冈大学地学院热释光实验室等 。
三、 电子自旋共振测年法
电子自旋共振（ Electron Spin Resonance ，简称 ESR ），又叫电子顺磁共振（ Electron Paramagnetie Resonance ，简称 EPR ）。它是一种微波吸收光谱技术，用来检测和研究含有未成对电子的顺磁性物质。 1976 年 Zeller 等人首次将该技术用于地质样品的断代， 1975 年池谷元伺（ Ikeya ）用它来测定 Akiyoshi 洞穴中堆积物的年龄。在中国，已用 ESR 法测定了金牛山、郧县、南京汤山、巫山、泥河湾等古人类与旧时期地点的年代，金牛山人的测年结果表明中国的早期智人时代并不比非洲和西亚的早期智人晚，有力地支持了现代人类进化的多地区连续假说。
ESR 是一种物理现象，它是电子自旋能级在外磁场的作用下发生塞曼分裂，同时在外加微波能量的激发下电子从低能级向高能级跃迁的共振现象。 ESR 测年法的基本原理就是利用电子自旋共振的方法直接测定样品自形成以来由于辐射损伤所产生的顺磁中心的数目（即所接受的放射性射线辐照和本身的累积效应）。天然放射性主要来自于 u. Th 衰变链中的核素和 40K 的衰变。在 ESR 测年法中，被测样品实际是一剂量计。用公式表示为 P=DA=
D （ t ） dt, 其中 P 为样品古剂量（自样品形成后累积的辐射年剂量），也就是累积剂量 DA ， A 是样品年龄， D 是样品的年剂量（样品每年接受的天然辐射剂量率）， D 随时间而变化， D=D （ t ）。
ESR 对样品的要求不十分严格。测试时将样品放在谐振腔内。电子自旋共振波谱仪包括四个部分：微波源系统、谐振腔系统、检测系统和磁铁系统。操作时，将各个系统调谐匹配，由速调管产生的微波沿波导分别通过隔离器、衰减器，经油墨下传到样品上，经谐振腔将速调管产生的微波功率放大。接着经检波器的微波能量转换，再由直接放大器放大输送到示波器或驱动 x-y 记录仪，画出 ESR 信号强度对磁场强度的一次微分曲线。磁铁系统主要是保持谐振腔的区域绝对均匀和稳定。
ESR 与其他测年法相比，其优点显而易见。 ① 测年范围广，从几千年到几百万年，几乎覆盖了整个第四纪地质年代；但主要用于几十万年的范围。 ② 测定对象广泛，洞穴的碳酸盐沉积物、软体动物贝壳、珊瑚、古脊椎动物和古人类骨骼、牙齿等都可认为测试样品。 ③ 测试条件简单，测试信号受周围环境影响小，而且样品可反复使用。 ④ 是一种非破坏性的分析方法，对样品不存在损伤。
ESR 测年目前缺乏深入系统的研究，而且主要用于地质方面，还有许多需要完善的地方。它依赖于铀的加入模式，样品含铀量、 α 辐照有效系数等一系列因素，尚需进一步研究。特别是对于接近或早于 100 万年的样品，样品埋藏期间 ESR 信号的衰退可能会导致 ESR 年龄偏低。 中国科学院动物研究所昆虫分类实验室 陈铁梅等专家指出，对于老样品 ，在未做衰退校正前，早期铀加入 ESR 模式年龄只能看成是真实年龄的上限。 ESR 和古地磁结合，有时可得出较可靠的年龄值； ESR 与铀系测年可互补互检
。
四、古地磁测年法
利用磁学的方法进行考古断代是 20 世纪后半期新兴的技术和方法，后形成了考古磁学（ Archaeomagnetism ）这一学科。考古磁学主要用于研究古代遗址和古代文物的年代。此外还可以对古陶制造原料的来源、陶器烧结温度，甚至对古代环境的研究提供资料。
陶器等类器物在制作时含有少量的磁性矿物（如赤铁、磁铁），经高温烧结，陶坯中原有的磁性会全部消失，然后在地磁场中缓慢冷却下来时，陶器中的磁性物质又会重新获得一种与当地地磁方向（磁偏角、倾角）一致的永久磁性。这种现象叫热剩磁（ RTM ）。热剩磁的磁化强度与地球磁场强度成正比，它忠实地记录了当时当地的地磁场。所以，只要知道地球磁场的强度、方向的变化规律，通过测量热剩磁与磁性变化曲线相比较就可得出陶器的年代。但是地球磁场因时空不同而异。要想确定某处的地磁变化规律就需数百年甚至数千年的长期数据，因而想确定当时的地磁强度和方向就十分困难。
考古学中一般利用已知年代样品的热剩磁方向和强度的数据，去画出过去的地磁方
向和强度变化规律曲线。通过测定未知年代的样品的剩磁所记录的烧制时的地磁参数，可以用内插法定样品的年代。
一般地，一条校准曲线适用范围从数百公里到 1000 公里 。所以，严格地说，考古磁学断代是一门比较测年方法。
考古磁学断代包括地磁方向断代和地磁强度断代两种具体方法。前者必需选用适当的样品（要求量大而且在遗址内未经移动过）和该地区的校准曲线。后者不注重样品位置的改变，但在操作过程中必须对样品进行磁屏敝。
考古地磁年代测定法十分有用，它已解决了许多问题，如测定古窑、古灶、古砖的最后一次加热年代；并且能提供考古样品的磁场方向和强度变化的信息。但因为它本身的实验曲线是建立在 “ 已知年代 ” 的基础上，是一种相对测年法，因而误差较大。
三 裂变径迹断代法
裂变径迹断代法 (FT) 在考古学中应用已有 25 年的历史。众所周知 , 古老的矿物和玻璃中都存在少量 238U 同位素裂变时留下的细长径迹 , 这些径迹易受氢氟酸腐蚀 , 因此 , 这些样品经过氢氟酸蚀刻后 , 可以在光学显微镜下观察 , 数出径迹数 , 算出发生裂变的 238U 原子数 , 利用 238U 的半衰期 8 × 1015 年 , 可以计算出样品的年代。因为 , 裂变径迹在高温下会消失 , 所以 , 裂变径迹法用于火山岩样品的检测是非常有用的。现在该法已被用于 : (a) 天然玻璃或石英玻璃形成年代的测定②。 (b) 古代人造玻璃的测定。实验证明 , 在对 1 000- 1 000 000 年的地质样品断代时 , 裂变径迹法比其它断代法精确度高。
第二节 古陶瓷分析
一 古陶瓷成分分析
所谓物质结构分析技术是对样品的宏观、微观结构、物质组成及其变化过程进行分析，提供其表层和内部构造，保存状态，构成工艺的信息。
X 射线荧光分析
1 、 X 射线荧光分析原理
任何物质都是由原子组成，原子中间是由质子和中子组成的原子核。周围是绕原子核沿半径一定的轨道转动的电子，而电子数目与质子数目相同。电子转动轨道的半径由原子核（主要是质子数目）所决定，每层轨道上所容纳的电子数目是一定的。电子总先能居靠近原子核的，即半径小的轨道，而后逐渐占有更外层的轨道。同一种原子，它们的核外电子轨道半径，电子分布情况一样。而不同的原子，其轨道半径，电子分布情况就不一样。即就是说，不同的原子它们轨道电子间的能量不同。当用 X 射线、 α 粒子或质子轰击原子时，原子内层轨道上的电子脱出原子，处于激发态，此时，原子外层上的电子会自动跃迁到内层，去填补这个空位，而外层电子比内层电子的能量高，所以在外层电子向内层电子跳跃过程中必然释放出能量，这种能量以光的形式表现出来。我们将在极短过程（ 10-15 秒）完成的光称为荧光，又因所发出的光其相应的波长是在 X 光波段，所以又称 X 射线荧光。 X 射线荧光的波长取决于物质中元素的种类，对于每一元素，其 X 射线荧光都具有相对应的特征能量或特征波长。因而，只要测定 X 射线的能量或波长就可以判断出原子的种类和元素的组成，根据该波长荧光 X 射线的强度就能定量测定所属元素的含量。
由上面的荧光分析原理可知， X 射线荧光是一种无损伤分析法，对分析的样品没有处理要求，不取样，不受状态、大小、形状的限制。同时，分析速度快，一般一个样品 5-10 分钟左右就可以测定出主要元素和次要元素。还有， 分析范围广，一次可将样品中所有的元素鉴别出来，从常量到微量元素都可 。 能以较高的精确度测量陶瓷的全部主次量元素 。 但是使用该法时，要考虑文物在埋藏过程中受到各种侵蚀化学组成发生了变化，在检测时既要进行表面分析，也要对内部保存的部位分析。
2 、 X 射线荧光分析类型及操作
X 射线荧光分析仪器又分为能量色散型 X 射线装置（ ED-XRF ） 和波长色散型 X 射线装置（ WD-XRF ） 。分别借助 X 射线的能量、波长分辨来实现。前者能在很短的时间内对很多样品作测定，还可分析微量样品，样品可大可小。后者则对文物做精密准确的分析，样品必须放入样品盒中，不能太大，样品选择时，大块样品要去掉表面层以减少分析误差。因 X 射线荧光分析技术是一种表面分析技术，在做定量分析时，多用标准曲线法或滤纸薄样法。
荧光分析过程如下：由激发源对样品发射 X 光、 α 粒子或质子， X 射线探测器将样品发出的荧光转变 为与之能量成正比的电脉冲信号，经过能量分析系统绘出能谱曲线，根据曲线上峰的多少、高度求知样品内元素及含量多少。
3 、现状和应用
中国冶金学家、陶瓷学家 周仁 （ 1892 ～ 1973 ） 等对我国古瓷进行了系统的 X 射线荧光分析发现
，唐至明代的瓷器上 SiO2 含量在 70% 以上， Al2O3 在 20% 左右或以下，而清瓷的 SiO2 都低于 70% ， Al2O3 却大于 20% 。有些研究者对唐三彩及东亚、东南亚、北非诸国的仿唐三彩通过 X 射线荧光分析法（用能量色散 X 射线分光仪、扫描电子显微镜对各标本测试）研究，得出中国器胎的低钙、中铁峰十分显著，而伊斯兰器胎的高钙、高铁峰非常明显，用这种迅速而非破损的方法辨别文物的不同产地或真伪比较理想
。
国外， 日本奈良教育大学的三迁利一已测量和发表了十万个古陶瓷的 XRF 数据。
（二） 质子激发 X 射线荧光分析
质子激发 X 射线荧光分析开创于 1970 年，如今已发展成为一种成熟的多元素分析技术，广泛应用于材料、地质、冶金、生物、医学、考古与环境科学中，它是用加速器产生的高速带电粒子轰击待测样品靶与靶的子相互作用，使样品靶中待测物质的原子受激发，电离，当所形成的内壳层空页由外层电子填充时，会激发出表征某种原子（元素）固有的特征 X 射线，通过测量多种元素的特征 X 射线，就组成了样品的 X 荧光谱，通过对谱线峰能量和强度的精确计算，便可识别元素的种类。
质子荧光分析的样品可以是固体、气体、液体，但必须将其制成均匀的薄靶，称为制靶技术。对生物样品，用低温灰化法，植物样品用加温加压的砂化工艺制靶。质子荧光分析实验装置主要有真空质子 X 荧光分析，外束质子 X 荧光分析，质子显微镜三种形式。凡是有小型粒子加速器的实验室都可以开展 X 荧光分析。
１９７９年，复旦大学杨福家院士等利用ＰＩＸＥ方法深入研究了景德镇青花瓷器的钴料来源及汝瓷的产地。
郑州大学物理工程学院赵维娟过对河南省宝丰县清凉寺窑汝瓷、汝州市张公巷窑青瓷胎样品进行质子激发Ｘ射线荧光分析（ＰＩＸＥ），并对相关元素的化学成分含量进行模糊聚类分析，研究发现：这两大宋瓷产地出产的瓷器，其胎料产地各有相对的独立性，但关系较近；其中，清凉寺窑汝官瓷和汝民瓷使用的胎料基本相同。复旦大学现代物理研究所有外束ＰＩＸＥ技术。还有 故宫博物院。
（三）同步辐射 X 荧光
我国的 SRXRF 工作是在中国科学院高能物理研究所的正负电子对撞机上实现的，对撞机远行时自然产生同步辐射。同步辐射强度极大，可达 X 光管的几万倍，并可选择波长可调的单色光，光又是极化的，在一定的角度探测还可进一步降低本底。因此在诸测量方法中它的灵敏度最高，可达 10x10- '量级。束斑极小可达 20w; 量级，高能物理研究所曾用以扫描瓷片，以观察其元素分布的均匀性〔 141 o SRXR1 测量瓷胎釉间的过度层也是其它方法不能比的， SRXRF 因其特点在古陶瓷研究中的作用有待进一步开发，特别是国家计划近两年内要对对撞机改造使其亮度提高一百倍，测量灵敏度可进一步提高。 SRXR 「缺点是辐射强度随时间的变化和在大气中测量， X 荧光被吸收，使得 A1 等原子序数较低的元素的测量误差大。 SRXRF 测量需要大型电子加速器，国内除高能物理研究所外，目前只有中国科技大学有测量条件。
附：以上几种方法的异同
目前国际上常用 XRF （ X 射线荧光分析）、 PIXE （质子激发 X 射线分析）、 SRXRF （同步辐射 X 射线荧光分析）三种方法，三者原理相同、实验方法相似，区别在于激发源不同；后两者的光源强度更高、准直性更好。我国专家分别用三种方法对两件青花云龙象耳瓶、现代高级仿古青花瓷器进行分析测定，其结果一致。
表 1 几种常见 X 射线光谱分析技术计算涉及物理参数一览表
分析过程
相应部件和参数
分析技术
XRF （ X 射线荧光分析）
SRXRF （同步辐射 X 射线荧光分析）
PIXE （质子激发 X 射线分析）
WD-XRF （波长 色散）
ED-XRF （ 能量 色散）
激发源产生过程
激发源
X 射线
X 射线管
X 射线
X 射线管
X 射线
电子同步辐射光源
高能质子
加速器
常见束
斑
直径 15 -35mm
直径 1 -7mm
(10 -20) μ m × (20 -100) μ m
1 -2mm
计算涉及的物理参数
源强及 X 射线能谱
分布、入射角、质量
吸收系数
源强及 X 射线能谱
分布、入射角、质量
吸收系数
源强及 X 射线能谱分布、
X 光入射角、质量吸收系数
源强、入射角、
质子阻止本领
样品内激发过
程
X 射线产生截面的
构成
光子电离截面、荧光
产额、分支比
光子电离截面、荧光
产额、分支比
光子电离截面、荧光产
额、分支比
质子电离截面、
荧光产额、分支
比
特殊效应
基体效应
基体效应
基体效应
二次荧光等
信号探测过程
探测器
分光晶体 + 正比计
数器
Si (Li ) 探测器或 Ge 探测器
Si (Li ) 探测器或 Ge 探测器
Si (Li) 探测器或
Ge 探测器
图谱
不需解谱
需解谱
需解谱
需解谱
计算涉及的物理参数
出射角、探测器效率
出射角、探测器效率
出射角、探测器效率
出射角、探测器
效率
（四） 原子发射光谱和原子吸收光谱
光谱是研究考古学标本原子构造的常用方法之一，它具有简便、快速、取样少、分析元素多等特点。光谱有原子发射光谱、原子吸收光谱、红外光谱、紫外光谱、激光喇曼光谱、等离子体发射光谱等
。光谱分析用于分析考古样品中的元素含量，鉴别真伪，产地，制作工艺，交易等研究。
此外，我们还可进行光谱定性分析。我们知道，各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下都可以产生其特征光谱，其波长取决于每个元素的原子性质。如果某个样品经过激发，摄谱，在谱图上有几种元素的谱线出现，就证明该样品中含有这几种元素，这样便可判定元素的存在种类和数量。光谱分析有许多优点：（ 1 ）简便，快捷，所需样品量很少；（ 2 ）固态、液态、气态等不同状态的样品都可做光谱定性分析；（ 3 ）在几乎不损坏样品的条件下可进行分析
。
以原子发射光谱（ AES ）和原子吸收光谱在考古学中应用较多，其原理相似。任何一种元素的原子都有一系列确定的能量状态，每一个能量状态称为一个能级。当被激发或辐射时，原子的外层电子会由激发态跃回基态（或者由基态跃迁到激发态），以光的形式释放（或吸收）能量，引起原子的发射（或吸收），发热的线状光谱称为原子光谱，原子的发射或吸收，决定于原子能级间的跃迁。即Δ E=E2-E1=h υ =hc/ λ，其中Δ E 为能级差， E2 为激发态能量， E1 为基态能量， h 为普朗克常量， c 为光速，λ为波长。可见，原子所发射的辐射频率υ和能级差成正比，而波长则与能级差成反比。测出某一频率的辐射强度，就可计算出样品中相应元素的含量。原子发射光谱仪根据每种元素对应于一定波长光的特点，测定样品受激发出光的波长，确定其所含的元素，因为原子发射光谱几乎可测定所有周期表中的元素，同时作多元素测定。子吸收光谱利用辐射光的吸收量与蒸汽中自由原子的数目成正比原理来作各种物质的成分分析。
1 、原子发射光谱
原子发射光谱目前有激光显微发射光谱、电感耦合等离子体发射光谱等种类，共灵敏度非常高，可达 0.1-10ppm 、误差小（可控制在 1-2% 范围内）、分析速度快，同时可对多元素检测，可对 约 70 种元素 ( 金属元素及磷 , 硅 , 砷 , 碳 , 硼等非金属元素 ) 进行分析。 无需制备样品，属近于或无损分析，由于发射光谱分析是一种相对的分析法，必须要制备标样，标样没有状态限制，但其元素含量、组织结构与测样要一致。其操作简单，以激光或等离子体为激发光源，经过蒸发、激发作用于样品上，通过计算机、摄谱仪等自动程序的处理就可记录下样品的光谱行征并进行定量定性分析，确定元素量。
目前考古学中用 这种方法来分析陶瓷器、金属器中的常量、微量、痕量成分 ，而判定其产地制作工艺，古代人生前的某些情况。国外有学者利用原子发射光谱仪研究了 Alice Holt 和 Overwey 两地的陶片，这两处陶片从外观上看非常相似，而且两地不仅有 5km 之遥，但测量的 23 种元素却可轻易将二者区分，而且， Alice Holt 的陶片是当地粘土烧制成的
。我国学者用原子发射光谱对敦煌、秦俑、唐懿德太子墓，西安交大汉墓等出土的壁画进行了光谱定量定性分析。
2 、原子吸收光谱
原子吸收光谱（ AAS ），又称原子吸收分光光度法，是 1955 年首次建立， 60 、 70 年代迅速发展，并应于考古学中。原子吸收光谱分析法具有非常突出的优点，它是有灵敏度（可达 10-13-10 -19g ），测定元素种类多（约 70 多种），分析速度快，抗干扰能力强，分析精度好，设备简单等特点，其样品采制简单，不论形态，只要是高纯的激发液、固、气体均可。原子吸收光谱仪由单色锐线辐射源、试样原子化器单色仪、光电转换器及相应的检测装置组成
。
工作时，将样品导入高温炉或化学燃烧火焰中，通过加热和化学反应使样品原子化，通过分光系统把待测谱线和其它谱线分开。再经检测系统进入记录器和指示器，利用连接的计算机进行计算。国外已有许多人用此法对古代陶器、金银器乃至黑曜岩、燧石进行了分析。 Hatcher 等人用原子吸收光谱法分析得出古希腊时代的黑釉陶器是由两处不同的粘土制作的，而陶器（包括有装饰和无装饰）的粘土来源是同一个地方的，云母质地的陶器也来源于几处粘土
。 Hatcher 的研究表明，许多陶器构造、外形相似，但其用料并非完全相同。我国和外国学者共同用原子吸收光谱仪就我国唐宋时期的陶片进行了分析，测出了九种主元素和微量元素，结果表明不同的窑址其化学构成不同
。
发射光谱 (OES) 方法如火焰光度计等误差大， 后来被原子吸收光谱 (AAS) 法替代 Pa 虽然 AAS 的 灵敏度和精确度都与 INAA 可比，但其谱线复杂，干 扰多，而目需一个一个元素单独测量，十分费时，因此此法提供的我国古陶瓷数据并不多。国内外已发 表的古陶瓷化学组成数据主要是由 INAA 和 XRF 方 法测量的。
（五）仪器中子活化分析方法
仪器中子活化分析 (INAA) 是通过探测由中子核反应产生的核素的衰变辐射强度来测量样品中有关元素的含量，它是随原子能反应堆的建成而发展的。最早用以测量考古样品是上世纪 50 年代美国布鲁克海文实验室的 Sayre 和后来的 Harbottle 等。 INAA 可同时测量 30 多种元素，包括大多数稀土元素的含量，其检测限可低于 1ppm(10 -6 ) ，并能进行大批量样品的测量，因此很快得到推广，成为古陶瓷测量中应用最广泛的一种方法。
INAA 的测量准确度不能笼统而言，因元素不同而不同，并且依赖于所测元素在样品中的含量。中国科学院高能物理研究所范东宇对“古瓷参考物”中 20 个元素 10 次重复测量的相对标准差在 (1-6)% 之间。 INAA 对 Al, Fe 和某些稀土元素，相对偏离值接近 3% 。
INAA 测量古陶瓷的缺点是对陶瓷中重要的主次量元素，不能测量 Si, 测 Ca 误差较大，测 K 的误差很大。如果 INAA 的辐照和测量时间间隔超过几分钟， A1 、 Ti 、 Mg 、 Mn 等元素因辐照产生的放射性核素的半衰期太短而不能测量。因此长辐照 INAA 不能满意地给出关于陶瓷原材料物质和工艺的信息，而只能通过痕量元素进行产地溯源。还有一个缺点是科技考古工作者往往不能亲自测量，需把样品送专门的 INAA 实验室，并有时须等待一段时间才能拿到测量数据，而且费用相对于其他方法高。此外因环保问题，在西方国家做 INAA 测量日益麻烦。
美国密苏里大学的核反应堆在美国国家科学基金会的支持下供全美国有关考古课题使用，每年提供几千个数据。在我国最早是 20 世纪 80 年代中期原中国杜会科学院考占研究所的李虎侯与中国原子能科学研究院合作测量的一批宋代名瓷的化学组成，目前 INAA 测量陶瓷在中国原子能科学研究院和中国科学院高能 物理研究所已属常规工作。
（六） 红外吸收光谱
红外吸收光谱（ IR ），简称红外光谱。红外光是一种波长介于可见光和无线电短波之间的电磁波，波长在 0.7-500μm 之间，一般分为近红外区，中红外区，远红外区。近红外区用来测定碳氢键的种类和数量以及对羟基、氨基、碳氢键进行定、定量分析，中红外区用来测定有机化合物和许多无机化合物，成为光谱中应用最广的部分。远红外区是发生分子的转动跃迁和晶格振动区域。
任何物质都是由分子和原子组成，而不同的物质构成分子的原子间的结合方式不同。各种不同的结合方式吸收特定波长的红外线。如果用红外线对标本照射，一部分光被反射回来，同时标本吸收一部分红外线的能量，而产生了红外吸收光谱。红外光谱被吸收的特征频率取决于被照射样品的化学成分和内部结构，可以说红外光谱是物质本身的分子结构的客观反映，物质种类不同，红外光谱的吸收峰（形状不同）。根据物质的红外光谱图确定其化合物。
由红外光谱原理可知该法最大的特点是特征性极明显，就象人的指纹一样，它依据光谱的吸收谱线的形状、相对强度来确定化合物。其次是灵敏度高，测量时间短，近于无损的检测。还有，样品量少且不受状态限制。但是制样必须谨慎，固体多采用压片法或溶解成液体，液体取 1-2 滴于面盐片间即可进行测量，气体需装入专用的吸收瓶（池）内。在考古学中利用红外光谱对陶瓷、青铜器、书画等不同材质的东西进行鉴别。
（七） 电感藕合等离子体发射光谱和电感报合等离子体质谱
电感藕合等离子体发射光谱 (ICP-AES) 和电感藕合等离子体质谱 (ICP-MS) 都是用电感藕合等离子体作为离子源，前者测量有关元素的特征发射光谱，后者测量离子的质量谱。 ICP-AES 与 INAA,XRF 一样也是种相对测量，需要多套标准溶液。它能测量陶瓷中 30 多个元素，灵敏度较高，检测限为 10 -6 量级。如果能保证制备样品溶液时不发生元素分异和处理好元素间光谱线的干扰， ICP-AES 能有较高的精密度和准确度。本法对操作者的水平和经验也许有比对其他方法更高的要求。目前文献中发表的我国古陶瓷化学组成的 ICY-AES 数据似不多。
ICP- MS 在测量古陶瓷元素组成研究中有远大应用前景。它有比 ICP-AES 更高的灵敏度和精确度，因为质谱比光谱的分辨率高，而且免除了光谱线的干扰问题。 ICP-MS 目前可测量 40 多种元素，其检测限可接近 10-9 量级。当然这里也要对质量数相同的其他核素和分子离子的干扰作校正，选择适当的内标或外标来补偿测量效率的漂移等。北京大学考古文博学院陈铁梅、中国历史博物馆藏品科技保护中心王建平与北京大学地质系的古丽冰等合作尝试用 ICP-MS 测量瓷片中 14 个稀土元素的含量，检测限达 (10-50)x10 -9 。对标准样 10 次测量的相对标准差为 1.5%-7%a ，平均 4.4%, 测量平均值和标称值的相对差别为 2.2%a-18.4% ，平均为 8.5% ，轻稀土的测量精密度和准确度都明显好于重稀土元素。李宝平等在澳大利亚昆士兰大学的测量精密度明显要高，对二个标准参考样品分别测量了 203 次 (54 次溶样 ) 和 9 次 (3 次溶样 ) ，所测 39 个元素，除个别元素外，其相对标准差在 (1-5)% 间，大多数在 3% 以下。如此高的测量精密度部分得益于他们采用了多种浓酸烧沸全溶样品。但这种制样方法费力费时，且可能有有毒气体排出。 ICP-MS 的另一缺点是难测硅和钙这两个陶瓷组分中的重要元素。 ICP -MS 的特殊优点是还能同时测量陶瓷中 5r, Pb 等元素的同位素组成，在国内有张馔等测 Pb 同位素组成以分析花厅陶器产地的报道。
二 古陶瓷结构分析
（一） X 射线衍射
X 射衍射（ XRD ）又称 X 射线物相分析法，可用来辨别考古物质成分的物相及化合物形态。
X 射线是一种具有衍射本领的高能电磁波。让一束单色 X 射线轰击样品的部分 X 射的 X 射线被样品内的晶面反射，一部分则直接透过标本，反射的 X 射线会形成一种与样品的物质内晶体构造密切相关的衍射图形。即就是说，在 X 射线对样品的辐射下， X 射线通过晶体会引发各种元素 X 射线的发生，各散乱线间相互干涉，发生衍射现象。 通过对衍射现象进行分析，就可以获得有关构成物质的原子的排列、化合物的形态、结晶物质的物相的信息资料
。尤其是不同地方陶瓷制品烧成温度、生产工艺、矿物成分不同，对研究不同地区、不同类型的文化类型提供了准确的尺度 。
X 射线衍射有劳厄法，周转晶体法，粉末法，背散射衍射法。考古学中以后二者常见。粉末衍射法用于研究陶器的原料产地，高温物相，矿物掺料以及金属器，油画颜料、石器的检验，其方法是从文物背部或底部取得，将测样摔成粉末测定。背散射衍射法是一种非破坏性的方法，是对样品作整体分析。通过研究 X 射线与样品内晶面距离的衍射圆环结构，来推断样品的工艺技术。
X 射线衍射技术研究古陶制造原料的研究非常有效。古陶的原料主要是粘土、石英、长石、高岭土等，原料不同烧制出的陶器便不同。
三 断源技术
（一） 中子活化分析
中子活化分析（ NAA ）最初由匈牙利放射化学家 Hevesy 和 Levi 于 1936 年提出，直到 60 、 70 年代才广泛使用并日趋成熟。目前使用中子活化分析技术可分析周期表中的大部分元素，并且随着实验技术和数据处理方法的不断完善，已建立在线分析系统，从而使中子活化分析的应用范围迅速扩大，现已在材料科学、环境科学、地质科学、生物医学、考古学和法学等领域得到广泛应用
。
NAA 法特别适合考古学中的元素分析。它与其他元素分析法相比较，有许多优点，其一是灵敏度高，准确度、精确度高。 NAA 法对周期表中 80% 以上的元素的灵敏度都很高，一般可达 10 -6 -10 -12 g ， 其精度一般在 ±5% 。其二是多元素分析，它可对一个样品同时给出几十种元素的含量， 尤其是微量元素和痕量元素 ，能同时提供样品内部 和表层的信息，突破了许多技术限于表面分析的缺点。第三取样量少，属于非破坏性分析，不易沾污和不受试剂空白的影响。还有仪器结构简单，操作方便，分析速度快。它适合同类文物标本的快速批量自动分析，其缺点是检测不到不能被中子活化的元素及含量，半衰期短的元素也无法测量。此外，探测仪器也较昂贵。
1 、中子活化分析原理及操作
所谓中子活化分析是利用有一定能量和流强的中子、带电粒子或高能 r 光子去轰击待分析样品，使样品中核素产生核反应，生成具有放射性的核素，然后则测定放射性核素衰变时放出的瞬发辐射或缓发辐射，对元素作定性定量分析，从而确定样品中的元素含量
。
2 、中子活化分析的应用
中子活化分析在考古学中主要用来测量陶瓷器等样品中的微量元素和痕量元素，进行统计分析，寻找共同性和差异性，从而确定元素成分的演变、产地及矿源等。不同地区的陶瓷土的元素组成差异，特别是微量、痕量元素组成差异大于它们在同一陶土源不同部位的涨落
。以我国古瓷研究为例，古代瓷器原料就地取材，其中所含的微量元素种类不多，一般不影响瓷器质量，但在瓷器中长期保存，因而成为各类瓷器的分辨特征。经中子活化分析不仅确定了古瓷中微量元素的古瓷窑窑系，分析了各处古窑的瓷土来源，瓷釉中元素含量的分布说明了原料配方上的差别。更重要的是利用中子活化分析的测量数据建立了各窑系、各瓷类的微量元素特征谱系，瓷类特征谱系因配料不同而形成，其中所含的元素和含量有明显差别，如浙江龙泉窑青瓷釉的宋代和明代特征迥异。
外国学者用中子活化分析技术已积累了许多资料。通过对古陶瓷的大量数据积累从中选出地域性特征微量、痕量元素及其含量，用现代陶器、源粘土进行对比，进一步推断古陶瓷的制作年代和烧制地点。我国也用此法进行研究。
１９５６年３月３１日，美国著名核物理学家、“原子弹之父”奥本海默教授邀请布鲁克海文国家实验室化学部主任道德顿教授和化学 家塞耶 教授，与有关考古雪茄一起商讨利用中子活化技术探索文物产地问题，不久，两位化学家就发表了地中海地区古陶瓷产地的研究成果。塞耶和道德顿教授的工作开创了中子活化技术研究文物产地的先河。
北京大学的 陈铁梅 教授和美国 G.R. 拉普教授关于中国原始青瓷产地的分析，中国科技大学 王昌燧 教授与日本帝京大学山梨文化财研究所等单位对花厅遗址古陶瓷产地的合作研究。
（二） 穆斯堡尔谱学
穆斯堡尔效应（ Mossbauer Effect ）是 γ 射线的共振荧光现象，它是一种放射性同位素核发生的 γ 辐射被另一个同类核素无反冲共振吸收的原子核效应。 1957 年德国年轻的物理学家穆斯堡尔在做博士论文的实验中，发现了这种效应，因这种效应具有极高的能量分辨本领而迅速得到承认并予以普遍应用，并以他的名字来命名，很快形成了一门新的学科 —— 穆斯堡尔谱学（ MS ）。穆斯堡尔谱建立在观察固体中的原子核对 γ 射线无反冲发射和共振吸收基础上的一种能谱线，一般可测出原子核能级 10-13-10 -16eV 的能量变动。目前已在 44 种元素（比 Fe 轻的元素除 K 外，都未观测到穆斯堡尔效应）， 85 种同位素中观察到穆斯堡尔效应，其中 57Fe 的 14.4KeV 的穆斯堡尔效应应用最广泛，因为许多物质中铁含量很高。
1 、穆斯堡尔谱学及其操作
经过观测，处于固体中的原子，可以实现 γ 光子的无反冲共振吸收。因此无反冲 γ 射线经过这一吸收体时，如果入射线的能量与吸收体中的某原子核的能级间跃迁能量相等，这种能量的 γ 射线会被吸收体共振吸收。入射的 γ 射线称穆斯堡尔辐射，能实现无反冲共振吸收过程中的原子称穆斯堡尔原子。当发射一系列不同能量的 γ 光子时，与穆斯堡尔原子核跃迁能量相同的 γ 光子显著被共振吸收，而能量相差较大的 γ 光子则不被共振吸收，两者在透过计数器上的计数也不同。因此在能量的坐标轴上，可以找到被吸收 γ 光子的能量位置。这种经吸收后所测得的 γ 光子数随入射 γ 光子能量的变化关系就称为穆斯堡尔谱
。
众所周知，古陶和粘土中一般含有 5-10% 的铁元素。因而，穆斯堡尔效应在考古中主要用于研究古陶，粘土和其它含铁元素较多的遗物。陶器在古代使用过程中数量多、品种丰，因而对其研究穆斯堡尔效应也比较系统，从陶器的原料来源、工艺、烧制技术颜色到年代确定都很成功，而且有进还可做一些定理定性分析。古陶的穆斯堡尔谱形主要决定于原始的烧成条件，即烧制气氛和烧成温度。谱形决定于古陶的物相。如果重烧古陶的气氛接近于古陶原始的烧制气氛，只要重烧温度不超过原始烧成温度，古陶的物相不会发生变化，穆斯堡尔参数保持不变的最高重烧温度即可作为古陶的原始烧成温度。
穆斯堡尔谱学能够很好地对文物进行物质结构形态、化合物的微观结构进行分析，与其他考古分析相比，它有许多优越性。其一，它是一种非破性或很少破坏的分析方法。其二，需样品量少，而且对其纯度、品价质量要求不高， 100mg 就可得到满意的穆斯堡尔谱线。第三，穆斯堡尔效普仪便宜好用。当然，该技术也有局限性和片面性，具有穆斯堡尔效应的只有 40 多种元素。一般须在低温条件下进行了。而且研究对象只局限于固体和少数冷冻液体。最好与其他化学元素分析方法相配合。
实际操作中是将发射和吸收 γ 射线的原子核各自嵌在适宜固体的晶格中，使在发射和吸收 γ 射线时反冲能量的接受者是一整块晶体。两者的反冲能量对整块晶体来说趋于零。这样便实现了发射谱线和吸收谱线的重叠，即实现了原子核间的共振吸收。在这个过程中发射的 γ 射线能量调制是利用多普勒效应实现的，即放射原子 γ 射线获得需要的多普勒速度束补偿因原子核反冲损失的能量，从而达到 γ 射线的共振吸收。
穆斯堡尔谱学通常以两种方法获得。一种是透射法也叫共振吸收法，是通过测量透过吸收体的 γ 射线计数而获得谱线。当吸收体发生共振吸收时，透过计数器最小，形成倒立的吸收峰，在谱线上会出现一个凹谷，即吸收线。透射法实验装置简单且计数率高，很容易获得质量较好的谱图，但样品必须是薄片形状，且有一定的厚度限度。另一种方法是背散射法，也称共振散射法，是通过测量由吸收体散射的 γ 光子计数得到的穆斯谱尔谱线。即就是吸收体共振吸收所处于激发态，再向基态跃迁时发射出 γ 射线感内转换电子和二次 X 光到探测器内计数，其谱线是正立的峰。背散谱法对样品没有厚薄要求而且无需制备样品，因而是一处无损测量的方法，
目前广泛使用的穆斯堡尔谱仪都是利用多谱勒效应来调控 γ 射线能量，一般由 γ 射线源、多普勒速度振子、探头、样品架、多道脉冲分析器、计算机、打印机等部件组成。穆斯堡尔谱用共振吸收峰强度，同质异能移、多普勒解移、谱线宽度和面积，面积比值，四极分裂值和磁分裂值等作参数，，共同提供样品的结晶学信息。
2 、穆斯堡尔谱学方法的应用
利用穆斯堡尔谱可进行考古学年代的断定。古陶器长期埋在土壤中，陶器内的晶体（石英、长石等）受到天然放射性元素的辐射损伤会形成晶体缺陷，同时土壤的风化作用使陶器晶粒变细、氧化铁颗粒减小，这些变化都同时间有关，这些在穆斯堡尔谱线中均可得到反映。换句话说，对年代的鉴定是因于风化和自然辐射是年代效应的两个主要因素，前者使古陶中的粒度变细，穆斯堡尔在谱在反映为其 “ 磁分量比 ” 随测试温度的变化与年代相关，后者则造成了顺磁四极分裂双峰的强度不对称，用人工辐射可消除其不对称性。可见，即使陶器原料和烧结工艺相同，但是年龄不同，其穆斯堡尔图必然不同。通过一批已知和出土的古陶样品测谱，得到顺磁 Fe2+ 、 Fe3+ 的同质异能移和四极分裂值，由其分布可推出古陶产地。从辐照剂量的大小可估算古陶的年代，还有，通过穆斯堡尔谱鉴别颜料年龄的状态。穆斯堡尔谱记年法常用来测定古陶瓷遗物的年龄，它具有精度高、方法简单、速度快等优点。
郑州大学物理实验室用穆斯堡尔谱定标 a-Fe 对河南巩县三彩片进行了测定，发现红胎三彩温度在 800± 50℃ ，白胎三彩在 1100± 50℃ ，均属合铁量较少的陶土，两者均为陶土所制，硬度差，蚀水性大，否定了过去认为的红胎为陶质、白胎为瓷质的说法。
