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聽說Tony Robinson和他的時間管理團隊為其考古裝備增添了新的武器，它可能如同碳14斷代儀器一樣*......

    Here we learn that Tony Robinson and his time team could have a new weapon in their archaeological arsenal, and it could be as useful as carbon dating…

英國曼徹斯特大學和愛丁堡大學的研究者已經開發(fā)出了一項新技術，用于對上千年的古代陶瓷和磚瓦進行年代確定。

    這項基于美國康塔儀器公司水吸附分析儀開發(fā)的技術已經成為與碳14斷代方法的并行方法，這種水吸附分析儀可以通過控制溫度和濕度的條件，能將樣品質量測量至0.1微克。

    這種技術不僅使對考古學斷代和高度仿真的贗品測年成為可能，也可以通過研究已知年代的標本，為調查氣候變化提供幫助。這項研究報告- 'Dating fired-clay ceramics using long-term power law rehydration kinetics' - 已經發(fā)表在英國*協(xié)會會刊（Proceedings of the Royal Society A）

    這項斷代技術的關鍵是基于以下事實：燒制粘土類終生都自始至終地從大氣環(huán)境中吸附水汽，其吸附速率與周邊平均溫度和粘土性質有關。已經確認，少量樣品（通常3-5g）被加熱到105°C后，其毛細管中的水即被去除，從而得到“初始接收”質量，然后加熱到500°C四小時，即可除去樣品一生累積吸附的所有水分。這個“初始接收”質量和zui終質量的差值代表了樣品終生吸附的水汽。

其次，在樣品冷卻后，對樣品質量在所控溫度和相對濕度條件下進行吸濕性監(jiān)測，能夠獲得樣品重新結合水后的動力學增長曲線。相對濕度通常保持在30.0±0.1% RH，而溫度設定為在樣品發(fā)現(xiàn)地的長期平均溫度（經驗值）。

    這項斷代技術的關鍵是基于以下事實：燒制粘土類終生都自始至終地從大氣環(huán)境中吸附水汽，其吸附速率與周邊平均溫度和粘土性質有關。已經確認，少量樣品（通常3-5g）被加熱到105°C后，其毛細管中的水即被去除，從而得到“初始接收”質量，然后加熱到500°C四小時，即可除去樣品一生累積吸附的所有水分。這個“初始接收”質量和zui終質量的差值代表了樣品終生吸附的水汽。

Aquedyne DVS 非常適合這個應用有多種原因。 顯然，長期穩(wěn)定地測量質量到0.1ug的能力是至關重要的，但嚴格控制樣品室的溫度和相對濕度也是重要因素。此外，美國康塔儀器公司的完整的微天平具有雙稱量盤，這意味著可以同時進行兩個樣品的平行分析，并提高了生產率。曼徹斯特大學機械、航天和土木工程學院的莫伊拉·威爾遜博士（Dr Moira Wilson）認為：比起其它技術，Aquadyne DVS產生的數(shù)據(jù)要好得多。"起初我們想用傳統(tǒng)的頂裝盤，但結果表現(xiàn)出太多散點。當我們試用Aquadyne DVS的微天平頭，所產生的清晰的圖形曲線給我們留下深刻印象。”

雖然Aquadyne DVS不是市場上*的水吸附分析儀，威爾遜博士還是沒有任何猶豫地選擇了它：“我的一位同事以前曾經使用過康塔儀器微天平系統(tǒng)，并認為它是非常的。并且，他在英國布里斯托爾大學的同事也對這種微量天平給出*。實驗表明，Aquadyne DVS可以滿足我們的所有要求，并且具有明顯優(yōu)勢。”

    此外，當威爾遜博士和她的團隊開發(fā)新的斷代技術時，他們得到制造商的持續(xù)服務和支持，為此受到廣泛贊賞。人們很早就知道，陶瓷吸收水分，但測量非常小的應變（擴展）結果是極其困難的。改成基于質量的測量方法不僅創(chuàng)造了為古代陶瓷斷代的機會，它也使現(xiàn)代陶瓷中與吸濕性有關的問題-- 如釉料開裂--更容易地調查原因。

新的測年技術之所以出色，原因之一是它僅需的裝置是一個小型高溫爐爐和水吸附分析儀，用于測量“初始接收”質量和再羥基化之前的zui終質量。這使得該技術更簡單，更快，比現(xiàn)有的陶瓷斷代技術花費低，如熱釋光方法。

    威爾遜博士繼成功開發(fā)燒制粘土的測年技術后，現(xiàn)在準備進一步用Aquadyne DVS開展工作，如測量膠結材料的水化率和碳化率，調查粒徑對粉末陶瓷吸附動力學的影響。

技術介紹

    再羥基化（RHX）的測年方法*是在研究燒制粘土磚水分膨脹的可逆性時獲得的意外收獲。RHX的過程是由粘土燒制陶瓷對大氣水分的化學吸附，這個過程是通過超慢的納米級固態(tài)運輸（一維擴散，SFD）進入粘土體內的。這項工作導致發(fā)現(xiàn)了一個新的動力學定律：水分膨脹的超慢反應動力學（以及質量增加）服從（時間）¼冪律[1]。簡單地說，對t¼的時間依賴性意味著相等的質量將以1，16，81，256等增加（對應1⁴,2⁴,3⁴,4⁴等）。這些時間單位可以是秒，分，天或年。

    因為再羥基化的過程是一個化學反應，其進程主要取決于溫度。已證明[2]，可根據(jù)出土樣品的地點對“有效壽命溫度”（ELT）進行估計，它是從執(zhí)行分析到所能看到的近乎樣品的終生的可靠溫度。

    在英國曼徹斯特大學的研究已經使用的微重量測量，使用Aquadyne DVS重量法水吸附分析儀（康塔儀器）進行RHX測年[3]。它的有效壽命溫度（ELT）主要取決于獲取樣品的地點，在樣品的有效生命周期內，提供一個適合的溫度環(huán)境使其能順利的分析樣品。

根據(jù)曼徹斯特大學的研究分析，運用全自動雙站水吸附分析儀可以做微重量RHX數(shù)據(jù)分析。

    在原理，RHX測年法的核心就是簡單明了；然而，想要成功測出一片燒制陶器的年代還是有些困難的，所以我們嘗試用RHX測量超慢速度質量的增加，一般地，每3天增加6mg. 在持續(xù)恒溫和相對濕度的條件下測量樣品（大約0.1ug）；全自動動態(tài)水吸附分析儀可以做到這點，請看圖1.

實驗方法

    Wilson已經詳細說明了RHX測年法的過程。首先，m₁樣品需要在105攝氏度下脫氣，直到達到一個恒定的質量。在這點上所有的物理吸附水分用T₀表示，化學吸附脫氣可能會超出樣品能承受的脫氣溫度。然后把樣品放在天平室，溫度控制在ELT，（一般8到11攝氏度），相對濕度需要仔細的控制在可以提供水分子表面的層面。在這些條件下，樣品可以保持平衡。當樣品達到平衡點，會測量出原始樣品質量m₂. 在這些溫度和濕度的條件下，通過RHX測年法測出陶土的原始質量以及水吸附值。

    接著,將樣品加熱至500攝氏度直到脫盡樣品中的所有水分，包括物理吸附和化學吸附（T₀，T₁，T₂）的水。監(jiān)測m₁的質量損失，直到達到恒定質量m₃. 然后把樣品放置在與之前相同的溫度和濕度條件下，得到數(shù)據(jù)m₂。獲得原始質量數(shù)據(jù)后，重新加熱到500攝氏度，Savage等【5】描述了特征性的質量增加時的兩個階段過程。

樣品的再羥基化所引起的歸一化質量改變（y_a）與樣品壽命時間的1/4冪次方成正比：

Y_α=α（T）t^1/4

    比例常數(shù)α（T）是在溫度T所獲得的數(shù)據(jù)，以質量的線性部分相對t¼作圖時的斜率，如圖2所示。

Y_α=（m₂-m₄）/m₄

樣品的年代（t_α）計算可用公式：

t_α=（y_α/α）⁴

這些關系示于圖3。這里可以清楚地看到的三種不同類型的水的質量貢獻。

（a）   特征性的二個階段的質量增加。這是所有3種類型的水分T0+T1+T2（~27,000數(shù)據(jù)點） 結合。這些成分的結合所貢獻的總質量值也可以被分割成（b）和（c），如圖所示。

（b）   只有T0+T1會影響質量值，并且當樣品與周圍的環(huán)境達成平衡時，質量值就會停止變化。這個質量值的變化可以用于跟蹤環(huán)境溫度和相對濕度的改變。

（c）   因T2再羥基化而產生的質量增加。

結論

    Aquadyne DVS全自動雙站水吸附分析儀可以的控制相對濕度和溫度，并且超級靈敏的微天平可以使其測出上百年甚至是幾千年前的陶瓷、陶器和粘土文物的年代。

參考文獻：

[1] Wilson, M.A., Hoff, W.D., Hall, C., McKay, B., and Hiley, A. 2003 “Kinetics of Moisture Expansion in Fired Clay Ceramics: a （time）¼ Law.” Phys. Rev. Lett. 90, 125503.

[2] Hall, C., Hamilton, A., and Wilson M.A. 2013 “The Influence of Temperature on Rehydroxylation [RHX] Kinetics in Archaeological Pottery.” J. Archaeological Sci., 40（1）, 305–312.

[3] Wilson, M.A., Carter, M.A., Hall, C., Hoff, W.D., Incd, C., Savage, S.D., McKay, B., and Betts, I.M. 2009. “Dating Fired Clay Ceramics Unsing Long-term Power Law Rehydroxylation Kinetics.” Proceedings of the Royal Society A, 465, 2407-2415.

[4] Wilson, M.A., Hamilton, A., Ince, C., Carter, M.A., and Hall, C. 2012. “Rehydroxylation （RHX） Dating of Archaeological Pottery.” Proceedings of the Royal Society A, 468, 3476-3493.

[5] Savage, S.D., Wilson, M.A., Carter, M.A., Hoff, W.D., Hall, C., and McKay, B. 2008 “Moisture Expansion and Mass Gain in Fired Clay Ceramics: a Two-Stage （time）¼ process.” J. Thermal Anal. 37, 1579-1592.

[6] Wilson, M.A., Clelland, S., Carter, M.A., Ince, C., Hall, C., Hamilton, A. and Batt, C.M., 2013. “Rehydroxylation of fired-clay ceramics: factors affecting early-stage mass gain in dating experiments.” Archaeometry

術語解釋：Single-file diffusion （SFD）

Single-file diffusion （SFD） refers to the one-dimensional motion of particles in pores which are that narrow that mutual passage of particles is excluded. Since the sequence of particles remains the same, this leads to strong deviations from normal diffusion, e.g. an increase of the particle mean-square-displacement as t1/2. Besides theoretical interest, SFD is also relevant for efficient separation mechanisms of polydisperse particle mixtures or DNAfragments. Although during recent years SFD has been discussed in numerous theoretical publications, experimental evidence for the occurrence of this mechanism as provided by molecular diffusion studies in nanoporous mordenite crystallites remains still contradictory. In our experiments we use colloidal particles as a promising alternative experimental approach for systematic studies of SFD. Channels can be created by topographical structures or by strong light fields which serve as traps for the particles and allow to study the experimentall conditions under which SFD can be observed.

人物介紹

從維基百科，自由的百科全書

安東尼爵士——“托尼”羅賓遜（生于1946年8月15日）是英國演員，喜劇演員，業(yè)余歷史學家，電視節(jié)目主持人和政治活動家。他在的在英國廣播公司（BBC）的電視連續(xù)劇黑爵士中扮演Baldrick，并主辦第4頻道節(jié)目，如時間管理團隊和歷*的臟活累活。羅賓遜是工黨的成員，并曾在全國執(zhí)行委員會。他還寫了16個孩子的書籍。

1994年，羅賓遜開始呈現(xiàn)時間管理團隊，一個三天的專門考古調查電視節(jié)目（結果是從來沒有保證，從壯觀的到令人失望的各不相同）。在2005年，英國?？巳卮髮W授予羅賓遜和主創(chuàng)人米克·阿斯頓和制片人蒂姆·泰勒名譽博士學位，名譽教授，以表彰其在時間管理團隊節(jié)目中讓英國公眾理解考古學知識做的極大貢獻。 2011年在希特勒插曲島要塞，羅賓遜形容自己是一名業(yè)余考古學家。

所獲獎項：

                                                                騎士學士勛章

·         1999年：英國布里斯托爾大學戲劇和考古學榮譽藝術碩士。

·         2006年：英國牛津布魯克斯大學的名譽博士學位。^[ 24 ]

·         2008年：文學和歷史協(xié)會UCD詹姆斯·喬伊斯獎。

·         2011     切斯特大學榮譽博士學位。^[ 25 ]