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利用激光诱导击穿光谱对古罗马壁画进行地层特征分析及归一化谱线正确选择的重要性

DOI：10.1016/j.sab.2020.105853 期刊：Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 为了探究关于比西纳别墅古罗马壁画的一些特定未解问题（这些问题已通过其他光谱技术进行过研究），我们对最具代表性的样本碎片进行了激光诱导击穿光谱（LIBS）分层测量。研究发现，仅考虑谱线强度或采用单一归一化方法（基于元素分析线与主要样本成分（此处为钙Ca）选定跃迁的比值）可能会导致LIBS深度剖析结果出现偏差。在激光诱导烧蚀过程中，由于坑洞发展和不同覆盖基质材料的影响（如采用不同技术绘制的非均质彩绘样本），所检测等离子体参数可能发生变化。我们通过理论模拟筛选出在局部热力学平衡（LTE）条件下对等离子体温度变化最不敏感的Cu I与Ca I谱线组合。然而，当使用非门控探测器（如本实验）时，实验结果表明仅存在部分LTE状态。因此，选择最佳归一化谱线时还需考虑激发态能级间的能量差——该能量会影响发射寿命，进而影响非门控探测器捕获的信号强度。随后，我们为每个元素的分析线指定了特定的Ca I谱线，用于推导样本中相对元素的分布情况。通过这种方法（每次激光脉冲可同步检测多达20种元素），LIBS技术能清晰区分颜色相似的薄层覆盖颜料，并识别绘画技法。通过对彩绘层烧蚀过程中微量元素与轻元素的检测及其与其他元素相关性的研究，在某些情况下还能确定所用材料的地理来源。
作者： V. Lazic，R. Fantoni，S. Falzone，C. Gioia，E.M. Loreti
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过激光诱导击穿光谱（LIBS）的层析测量来解答关于皮斯基纳别墅古罗马壁画的具体未解问题，重点在于正确选择归一化谱线对实现精确深度剖析的重要性。

研究成果

该研究表明激光诱导击穿光谱（LIBS）在古代壁画地层分析中的有效性，强调选择适当归一化线以应对等离子体参数变化的重要性。研究揭示了绘画技法与颜料来源，展现了LIBS在文化遗产研究中的潜力。

研究不足

该研究承认分析异质样本的复杂性以及使用非门控探测器实现局部热平衡（LTE）的挑战。元素比例分布的准确性可能受到等离子体参数变化和归一化谱线选择的影响。

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