拉曼光谱在文物考古领域的应用态势分析

印度物理学家拉曼(C.V. Raman)1928年发现了光的非弹性散射效应, 以此为基础发展起来的光谱学称为拉曼光谱学, 属于分子振动和转动光谱范畴。 拉曼光谱包含非常丰富的信息, 通过拉曼光谱可以获得关于物质组成的信息、 研究晶体对称性和取向、 剖析薄膜的结构、 监测薄膜中的应力[1]。 目前拉曼光谱的应用遍及物理、 化学、 生物、 环境、 材料、 生命、 地矿、 刑侦、 考古等领域。 1979年P. Dhamelincourt等发表在美国化学会期刊Analytical Chemistry上的一篇论文, 提到了拉曼光谱在文物考古样品上的应用[2]。 1984年, Bernard Guineau在Studies in Conservation发表了一篇文章, 研究了蓝铜矿和孔雀石的拉曼光谱, 并通过拉曼光谱从十五世纪画稿的残片中辨识了蓝铜矿[3]。 1997年, Ian M. Bell等发表了关于天然及合成颜料拉曼光谱数据库的文章[4], 随后拉曼光谱在文物考古领域的应用越来越广泛, 目前已经成为重要的研究手段[5, 6]。 国内采用拉曼光谱研究文物样品最早的文献见于1995年复旦大学杨植震先生等在光散射学报发表的《用拉曼光谱研究银器文物的缓蚀机理》一文[7], 之后每年有零星的文章发表。 近年来, 伴随着国家在文化遗产领域投入的加大, 很多文博机构也购买了拉曼光谱仪, 拉曼光谱在文物博物馆领域应用的中文文献也逐年增多。

在文物考古领域, 拉曼光谱应用非常广泛, 涵盖了宝玉石成分研究及鉴定、 金属腐蚀产物分析、 陶瓷器结构研究、 颜料分析、 胶结材料分析、 材料老化研究等各个方面。 本文检索了截止2015年3月SCI/SSCI数据库相关英文文献共992篇; 检索截止2015年3月中国期刊网期刊数据库和特色期刊数据库中文文献160篇。 采用文献计量学的方法, 对拉曼光谱在文物考古领域应用研究进行态势分析, 通过文献计量揭示这一研究领域的发展趋势, 包括研究时间趋势、 主要研究国家、 主要研究机构、 主要发表期刊等内容。

对于英文文献, 检索了截止2015年3月SCI/SSCI数据库相关英文文献共992篇。 检索式为Ts=(Raman spectr* or Raman scattering or raman microspectroscopy or raman microespectroscopy or Raman microscopy or Raman spectrochemical imaging or raman microprobe or raman mapping or Raman imaging) AND Ts=(Archaeology or Anthropology or archaeometry or archaeometric research or cultural relic* or cultural heritage or ancient relic* or Historic Relic* or historic site or heritage site or Archaeological site or Prehistoric landscape or Archaeological metals or Archaeological materials or Archaeological a.pngacts or Archaeological artefacts or archaeological work* or ancient artworks or wall painting or Mural painting or velazquez painting or shaman paintings or rock painting or roman fresco or Prehistoric paintings or ancient pigments or Archaeological pigment or Archaeological painting or roman pottery or Mesoamerica pottery or Ming porcelain or Ming Pottery or Archaeological pottery or Polychrome Sculpture or Moroccan manuscript or Arabic manuscript or Historical manuscripts or Ancient maps or altarpiece or ancient porcelain)。

对于中文文献, 检索了截止2015年3月中国期刊网期刊数据库和特色期刊数据库中文文献160篇。 检索式为SU=(拉曼光谱+喇曼光谱+拉曼微区分析+拉曼显微光谱)和SU=(文物+考古+古字画+壁画+遗址+古玉器+史前玉器+古代玉器+青铜器+彩陶 +古颜料+古代文稿+古陶瓷+官窑+青铜佛像+古代艺术品+彩绘陶俑+古代陶衣+ 唐代铜佛像+古青铜矛+古织物+中国字画+金缕玉衣+彩绘陶器+商周时期+晚清彩瓷+古铜镜+新石器时期+水陆画+五彩圣旨+晋代金银器+古陶片+宋代泥塑+出土玉器)(精确匹配), 检索年份不作限定。

拉曼光谱在文物考古领域中的应用研究起步于20世纪80年代, 虽然前期发展较为缓慢, 个别年份有反复, 但整体的发展趋势较为明显。 特别是进入21世纪以来, 增长较快。 截止到2012年, 年发文量突破100, 达到106篇, 2014年达到了133篇(见图1)。 应当说拉曼光谱应用文献数量的快速增长与近年来拉曼光谱仪的快速发展是分不开的。

截至目前, 全球共有60余个国家开展了关于拉曼光谱在文物考古领域中的应用研究, 其中前二十位的国家分布情况见图2。 其中意大利和法国的发文量最多, 分别达到237和180篇。 发文量前十位的国家分别是意大利、 法国、 西班牙、 英国、 美国、 比利时、 中国、 希腊、 葡萄牙和澳大利亚, 上述十个国家在这一技术主题中的发文量占总量的104.9%。 这一比例说明发文量前10的国家之间存在着较为广泛的合作。

分析发文量前五位国家近10年发文数量变化情况(图3), 可以看到, 虽然不同年份有波动, 但意大利在文物考古领域拉曼光谱研究的发文量一直处于较为领先的地位。 意大利拉曼光谱学方面的应用得益于大学、 研究机构与博物馆的合作的良好传统。 1966年佛罗伦萨大洪水之后, 众多珍贵文物遭受到了破坏, 为了修复这些文物, 意大利国家研究委员会下属研究机构及大学开始与博物馆开展密切合作。 先进的研究方法和手段较早应用于藏品的保护, 形成了良好传统, 并一直延续至今。

从学术论文所发表的期刊来看, Web of Science核心合集数据库收录的992篇文物考古领域拉曼光谱的文章共发表在181种国际期刊中。 其中, 高发文量的前十种期刊占到全部发文量的56.3%。 表1列出了前十种高发文量期刊及其在各自学科中的影响因子四分位区间。

注: (1) 影响因子的四分位区间是指将一个学科领域内所有期刊影响因子按高低顺序排列后, 将所有期刊分成四等份, 从而形成四个区间并分别标记为Q1, Q2, Q3, Q4; (2) 属于多学科的期刊, 分别列出了每个学科及其影响因子区间

世界范围内发表的关于拉曼光谱在文物考古领域中的应用研究论文涉及的机构有约1 000所(前20见表2)。 其中发文量排名前十位的机构依次是英国布拉德福德大学(Univ. Bradford), 法国巴黎第六大学(Univ. Paris 06), 法国国家科学研究中心(CNRS), 西班牙巴斯克地区大学(Univ. Basque Country), 比利时根特大学(Univ. Ghent), 意大利佛罗伦萨大学(Univ. Florence), 法国萨克雷核研究中心(CEA Saclay), 意大利国家研究委员会(CNR), 西班牙国家研究委员会(CSIC), 意大利帕尔马大学(Univ. Parma)。

英国布拉福德大学以著名光谱学家Howell G. M. Edwards领衔的团队在拉曼光谱学应用方面做了很多开创性的工作, 文物考古领域拉曼光谱的应用是其研究内容之一。 西班牙巴斯克地区大学和意大利帕尔马大学则分别建立了自己的艺术品相关材料拉曼光谱数据库, 为拉曼光谱的应用奠定了基础。

从SCI/SSCI收录的论文看, 在中国大陆地区, 有七、 八十家机构开展了拉曼光谱在文物考古领域中的应用研究, 但是各研究机构在该领域发表的英文研究论文数量不多。 多数机构的SCI& SSCI发文量均在5篇(含)以下, 仅有中国科学院(14篇)和中国科技大学(10篇)两所机构的论文超过了10篇。 其他还有西北大学、 故宫博物院、 陕西师范大学、 中国文化遗产研究院、 中国社会科学院、 复旦大学、 中国国家博物馆、 西安交通大学、 秦始皇帝陵博物院等单位的发文量达到3篇及以上。

论文发文量排名前十位的国家之间合作情况如图4。 从图中可以看到, 这些国家之间均开展了合作研究, 例如发文排在第一位的意大利除与中国合作外, 还与其他8个国家都有合作, 与法国合作的国家也有7个。

从国家之间合作数量看, 西班牙与英国之间的合作最多, 为25篇; 其次是意大利与法国, 为15篇; 英国与美国, 合作13篇。 作者包括中国研究机构的55篇SCI/SSCI收录的论文中, 有2篇是与英国合作的, 有4篇与美国合作。

拉曼光谱在文物考古领域的应用研究前10位科研机构的合作情况如图5所示。

对世界范围内发表的关于拉曼光谱在文物考古领域的应用研究论文的被引频次进行分析, 以国家进行累积加和, 并计算其篇均被引频次。 总被引次数和篇均被引率的高低说明研究的影响力大小。 发表论文数前10位国家的论文总被引次数和篇均被引次数见表3。 其中, 国家总被引次数表示国家在该研究领域的影响力, 篇均被引次数表示发表论文的被关注的程度。

同时, 以论文被引频次总计、 平均被引频次和发文量为数据源制作出国家被引频次分析图(见图6), 其中X轴表示被引频次总计, Y轴表示篇均被引频次, 气泡大小表示发文量。 这里, X轴和Y轴的坐标轴值分别取各轴的中间数, 以使图形更加直观。

从图6可以看出, 上述十个国家较为明显地呈三组分布, 可以分为三个梯队。 综合比较, 英国和法国在该领域的研究实力相对较强, 发文量、 被引频次总计和篇均被引频次均较高, 分布在坐标系的第一象限, 可以视为第一梯队。 其次, 意大利、 西班牙、 美国、 比利时和希腊的研究实力也较强, 或者发文量及被引频次总计较多(意大利、 西班牙), 或者篇均被引频次均较高(美国、 比利时和希腊), 它们可以视为第二梯队。 第三梯队则有澳大利亚、 葡萄牙和中国, 它们在该领域中发表论文的总量、 总被引次数和篇均被引次数的排名均比较靠后, 研究的整体影响力及被关注度都稍显不足。

在以上SCI/SSCI数据库检索结果中提取了发表单位包括中国大陆科技力量的研究论文共计219篇; 以及由中国期刊网期刊数据库和特色期刊数据库检索的中文文献160篇, 合计379篇, 对这些论文进行了以下趋势分析。

由图7可以看出, 国内拉曼光谱在文物考古领域中的应用研究起步于20世纪90年代。 发文趋势以2006年为界, 之前均在10篇以下, 之后每年发文量均超过了10篇。 2013年和2014年均达到了20篇。 整体上看, 前期发展较为缓慢, 个别年份有反复, 但近年来增长趋势较为明显。

文物考古领域拉曼光谱的前十种高发文量期刊如表4所示。 这十种期刊的发文量达到101篇, 占到全部发文量的63%。

表5为拉曼光谱在文物考古领域应用研究中国科研机构发表论文前十位统计表, 发文量前三位的分别是: 中国科学技术大学、 中国科学院大学和秦始皇帝陵博物院。 前十位中有6家大学, 分别是: 中国科学技术大学、 中国科学院大学、 复旦大学、 西北大学、 中山大学和陕西师范大学; 中国科学院系统研究机构有3家, 分别是: 中国科学技术大学、 中国科学院大学和中国科学院上海光学精密机械研究所; 有6家文博单位, 分别是故宫博物院、 中国国家博物馆、 中国文化遗产研究院、 秦始皇帝陵博物院、 首都博物馆和安徽省文物考古研究所。

对中国科研机构发表的55篇SCI/SSCI收录论文的合作关系进行统计(如图8), 可以看出, 多数研究都由2个以上机构合作的成果, 表明合作研究模式是拉曼光谱在文物考古领域的应用研究的主要方式。 其中技术研究实力较强的中国科学院和中国科技大学处于合作关系图的中心地位(如图9)。 中国科学院系统内主要的研究单位有: 上海光学精密机械研究所(6)、 中国科学院大学(8)、 古脊椎与古人类研究所(2)等。 中国科学院合作对象既有高校(如复旦大学), 还有国家级研究机构(如中国社会科学研究院、 敦煌研究院、 中国文化遗产研究院), 以及一些省级的文博机构。 其他较为重要的合作中心结点还有西北大学、 陕西师范大学等。

图10为中国期刊网数据库检索结果中国研究机构合作关系图, 图中选取了发表论文数量前10位的研究机构, 统计了这13个机构之间的论文合作数量。 从统计结果看, 合作关系较为密切的单位有: 中国科学技术大学与中国科学院大学, 合作论文有11篇; 中国科学院上海光学精密机械研究所和复旦大学, 合作论文也有11篇。 西北大学与秦始皇帝陵博物院, 合作论文有8篇。

除了科研机构与大学之间的合作外, 拉曼光谱在文物考古领域应用研究的合作关系更多表现在科研机构或大学与文物单位之间的合作研究, 如: 中国科学技术大学就分别与湖北省文物考古研究所、 湖北省博物馆、 蓬莱市登州博物馆、 江苏盱眙县博物馆等有合作研究关系。 而秦始皇帝陵博物院同时也是陶质彩绘文物保护国家文物局重点科研基地, 集文物保护与科研于一体, 重点研究出土陶器彩绘颜料。 中国文化遗产研究院除与国内的科研单位和文物保护单位合作外, 还与国际上的瑞士苏黎世大学、 维也纳艺术学院、 美国加州大学洛杉矶分校、 瑞士联邦高等理工大学等开展合作研究。

拉曼光谱在文物考古领域的应用始于20世纪70年代, 进入21世纪, 伴随拉曼光谱仪的快速发展, 这一研究领域得到了较快的发展。 国内拉曼光谱在文物考古领域的应用则是从20世纪90年代开始, 发展趋势基本与国际一致, 近年来发表的文章数量有大幅增加。 但是从文章发表的数量和质量来看, 较之欧洲国家还有一定差距。

全球共有60多个国家(地区)开展了关于拉曼光谱在文物考古领域的应用研究。 从研究区域上看, 欧洲占有明显的整体优势, 发文量前10位国家中, 有7个国家属于欧洲。 其中意大利发文量最多, 发文数量一直处于领先。 发文量前10位的国家之间, 存在着较为广泛的合作。

从SCI/SSCI收录的论文看, 在全球开展拉曼光谱在文物考古领域应用的研究机构中, 发文量居前五位的机构依次是英国布拉德福德大学, 法国巴黎第六大学, 法国国家科学研究中心, 西班牙巴斯克地区大学, 比利时根特大学, 均为欧洲的大学及研究机构。 在中国的研究机构中: 除了中国科学院和中国科技大学的发文量超过了10篇之外, 其他研究机构的发文量均在5篇(含)以下。

从被引频次分析来看, 发表文章数量前十位国家可分为三个梯队。 英国和法国为第一梯队, 研究实力最强, 发文量、 被引频次总计和篇均被引频次均较高。 意大利、 西班牙、 美国、 比利时和希腊等也相对较强, 为第二梯队。 第三梯队则有澳大利亚、 葡萄牙和中国, 整体影响力及被关注度略显不足。

总体看来, 拉曼光谱在文物博物馆领域的应用大多构建在合作的基础上, 体现了大学和研究所与博物馆、 考古所等单位的充分合作。 博物馆、 考古所提出需求, 大学和研究所则提供仪器设备与专业人员, 开展分析研究, 提供问题的最终解决方案。 伴随着国内越来越多的大学和研究机构采购安装了拉曼光谱仪, 拉曼光谱在文物考古领域的应用也将越来越广泛。 目前国内很多博物馆、 考古所和文物保护机构也采购了拉曼光谱仪。 如何用好这些仪器, 充分发挥这些仪器在文物研究与保护中的作用, 解决文物研究与保护中的问题, 提升国内的研究机构在国际上的影响力都是值得深思的问题。

The authors have declared that no competing interests exist.