GC-MS分析兵马俑的胶水和填料

　　使用GC-MS以及X射线荧光光谱法、X射线衍射法和偏光显微镜，西北大学文化遗产学院和秦始皇陵遗址博物馆(西安)的科学家测定了用作兵马俑结构的一种胶和填充物的多官能的材料的组成。

　　神秘的多功能材料

　　1974年，西安市的一群农民挖井时，发现了兵马俑泥塑的片段。继他们的发现，考古学家访问了遗址，并通过多年的渐进而细致的工作，挖掘出7000个兵马俑雕像，这是迄今发现的最大的雕塑葬集合。每个兵马俑雕像都是独一无二的，有不同的发型、脸部、衣服、高度、面孔和姿势。现在，这里是著名的联合国教科文组织世界文化遗产。兵马俑围绕秦始皇——中国的第一个皇帝，保护他死后的陵墓。秦始皇统一许多较小的战国，标志着现在中国开始，并开始了长城的建设。

　　兵马俑雕像是真正了不起的，包括军事人物，比如战士、武器和马匹，还有杂技、力士和音乐家，据推测，这些是为了迎接来世的皇帝。陵墓和游客中心已经展出挖掘的雕像，他们也已经在世界各地展览。 自从兵马俑被发现以来，遗物获得了广泛的科学和考古学兴趣，期待揭示中国在秦皇时期人民生活的丰富细节。

　　在雕像中发现了一种多功能材料，为均质的蓝灰色粉末，与颜色灰度陶器相似。在士兵塑像中，在战士和它的搁脚板之间发现了这种蓝灰色粉末。在武器和身体部分，颈部和头部等部份，套筒和手掌之间都有所发现。 在马雕像上，在其头部和颈部，上腹部和四肢和蹄之间，也发现了这种材料。 这些材料似乎是秦雕像建设中的重要组成部分，但迄今为止，它尚未在任何深度上进行调查。西北大学文化遗产学院和秦始皇陵遗址博物馆的专家采用了一系列的分析方法，来研究这种材料的组成，并揭示其功能。 X射线荧光光谱法(XRF)和X射线衍射光谱法(XRD)用于研究无机组分，偏振显微镜(PLM)提供了有关矿物外观和晶粒尺寸的细节，以及用于烧制材料的温度 。 GC-MS用于鉴定有机组分。

　　GC-MS识别有机粘合剂

　　通过用碳钢外科手术刀片刮擦，将赤土陶器战士和赤陶马的多用途材料的样品，收集在医疗勺里。 将样品密封在玻璃管中，并冷藏保存，直至需要用于分析。为了比较，还制备了焙烧土、模拟陶器和陶器碎片的样品。

　　采用GC 7890-MS 5975仪(安捷伦，USA)进行GC-MS分析，仪器配备有EI离子源和四极质量分析器。首先，使用氨提取样品并在C4固相，然后在真空下放置用6mol/L 盐酸水解纯化。然后在5分钟内将样品加热至160°C，并保持30分钟。将得到的水解产物在氮气流下干燥，并使用MTBSTFA用1%TMCS衍生化。十六烷和N-亮氨酸用作内标，并采用定量的标准曲线法。

　　XRF和XRD测定表明，该材料的无机成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，以及一些K2O、MgO和CaO，石英、钠长石和钾长石为主要的矿物相，如通常的陶器。因此，兵马俑雕像的无机成分与用于制造它们的粘土相同。 PLM和PETROG进一步表明地面陶器在材料中存在。

　　GC-MS能够识别在粘合材料中起特殊作用的有机组分。 在所有样品中，发现有低水平的0.0023%至0.0212%的蛋白质。对含有蛋和动物胶蛋白的所有样品，使用氨基酸比和PCA来鉴定蛋白质的来源。 需要进一步的工作来确定是否使用了全蛋、蛋黄或蛋白，或者其他有机物质(其他蛋白质，脂质或多糖)可能已经存在。

　　结果表明，该材料的主要功能是作为一种粘合剂或胶水，当初，分别制造了雕像的各部分，然后连接在一起。 此外，裂缝部件之间的材料的存在，强烈地表明其应用作为胶水。 另一种拟议的用途是用于平滑粗糙的表面，如马雕像的腹部所见。 研究人员认为无机填料和有机粘合剂的组合赋予了多功能性质的材料。

　　促进未来的复原

　　该研究采用一系列多种分析技术，揭示了兵马俑建设中使用的多功能材料的组成。 有机粘合剂与无机填料的组合，显示了工匠的创造性和智慧性，毫无疑问，这对复原秦朝兵马俑非常有用。

　　相关链接

　　[1] Ge R, Yang L, Shen M, Sun W. Investigating the Composition and Application of an Ancient Multipurpose Material Discovered on the Qin Terracotta Army Statues. Archaeometry. 2021. https://doi.org/10.1111/arcm.12712

　　[2] Cohen A. Artsy: Why China’s First Emperor Built, Then Buried, a 7,000-Strong Terracotta Army. (https://www.artsy.net/article/artsy-editorial-chinas-first-emperor-built-buried-7-000-strong-terracotta-army; accessed 9 August 2021).

　　Wikipedia: Terracotta Army. (https://en.wikipedia.org/wiki/Terracotta_Army; accessed 9 August 2021).

　　From：Wiley Analytical Science, Spectroscopy, August 24, 2021

　　(编译：符斌 北京中实国金国际实验室能力验证研究中心研究员)