고고학 연구의 라만 분광학

소개

고고학 연구는 인류 역사를 재구성하고 과거 사회의 발전을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 고고학자들은 유물과 문화 유적에 대한 세심한 조사를 통해 과거의 단편에서 이야기를 하나로 모으기 위해 노력합니다. 그러나 전통적인 분석 방법에는 한계가 있는 경우가 많습니다. 침투 샘플링 기술은 대체할 수 없는 유물을 파괴할 수 있으며, 다른 사람들은 제작에 사용된 재료를 명확하게 식별하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.

다행스럽게도 과학 장비의 발전으로 고고학자들을 위한 강력한 도구인 라만 분광법을 도입했습니다. 이 비파괴 기술은 유물의 분자 구성에 대한 명확한 통찰을 제공합니다. 라만 분광법은 물질과 빛의 상호 작용을 분석함으로써 상세한 지문을 제공하여 물체 자체에 해를 끼치지 않고 존재하는 특정 구성 요소를 드러냅니다.

라만 분광법이란 무엇입니까?

그림 1 : 라만 분광학의 원리.

라만 분광법은 물질의 분자 구성을 분석하는 데 사용되는 강력한 기술입니다. 이는 일반적으로 레이저인 단색 광원을 샘플에 집중시켜 작동합니다. 빛이 샘플의 분자와 상호 작용할 때 두 가지 방식으로 산란될 수 있습니다.

1. 레일리 산란(Rayleigh Scattering): 이는 산란된 빛이 입사광과 동일한 파장을 유지하는 주된 산란 형태입니다.

2. 라만 산란: 산란 현상의 작은 부분(1백만 광자 중 1개)에서 빛은 샘플 내 분자의 진동과 상호 작용합니다. 이 상호 작용은 산란된 빛의 파장에 약간의 변화를 일으킵니다. 라만 이동(Raman Shift)으로 알려진 이러한 이동은 각 분자 유형에 고유하며 진동 에너지 수준의 지문 역할을 합니다.

분광계를 사용하여 산란된 빛의 라만 이동을 분석함으로써 라만 분광법은 샘플의 분자 구성에 대한 자세한 정보를 제공합니다.

고고학 분야에 라만 분광법 응용

라만 분광기는 역사적 유물의 구성을 분석하는 비파괴적 수단을 제공함으로써 고고학 분야에 혁명을 일으켰습니다. 고고학자들이 라만 분광기를 활용하는 방법은 다음과 같습니다.

• 예술적 비밀 공개: 고대 그림과 조각의 색소를 분석하여 예술적 기법과 문화 교류를 이해합니다. 천연색소와 합성색소를 구별하고 위조품도 식별할 수 있습니다.

• 석재 및 도자기 해독: 조각품 및 건축 요소에서 특정 석재 유형을 식별하여 출처 및 건축 기술을 밝힙니다. 도자기와 도자기의 구성을 분석하여 제조 과정과 무역 경로에 대한 정보를 알아봅니다.

• 유기 재료 조사: 회화, 직물, 심지어 음식 잔여물에 있는 제본 매체와 같은 유물에 존재하는 유기 재료를 식별하여 과거의 문화적 관행과 자원 활용에 대한 통찰력을 제공합니다.

라만 분광기는 유물 내의 물질적 이야기를 공개함으로써 고고학자들이 과거 기술, 예술적 관행 및 그들이 대표하는 사회에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있도록 지원합니다.

결과

그림 2 : 대영 박물관의 이집트 전시회에 전시된 미라 고양이

이집트 왕조의 고대 수지에 대한 연구에서 흥미로운 발견이 있습니다. 기원전 1350년경에 만들어진 XVIII 왕조의 미라 고양이 눈구멍에서 "수지" 눈알이 발견되었습니다 . 비드는 그 조성을 결정하기 위해 라만 분광법을 사용하여 분석되었습니다. 초기 추측에서는 유리나 호박색 수지일 수 있다고 제안했습니다. 분석 결과, 구슬은 호박이나 유리로 만들어진 것이 아니라 고양이 발톱 모양을 하고 있는 것으로 밝혀져 각질화 물질인 것으로 나타났다. 구슬은 모양을 만들기 위해 약간의 열처리를 거쳤으며, 이는 고대 기술 적용 가능성을 시사합니다. 고양이의 생애 동안 가짜 눈으로 사용되었는지 아니면 장례 관행으로 구슬의 목적이 불분명합니다.

그림 3 : 고양이 미라 눈구슬(A)과 호박색 수지(B)의 라만 스펙트럼.

그림 3은 고양이 미라 눈구슬(A)과 호박색 수지(B)의 라만 스펙트럼을 표시합니다. 그림 3A에서 스펙트럼 시그니처는 각화증 표본에 해당합니다. 특히 특징적인 스펙트럼 피크는 1660cm, 1450cm 및 1250cm 에서 나타납니다. 또한 1003cm의 강하고 날카로운 띠는 페닐알라닌이 있음을 나타냅니다. 호박색 수지(B)의 라만 스펙트럼을 통해 눈구슬은 수지도 유리도 아니라는 결론을 내릴 수 있었습니다.

그림 4 : 고양이 미라 눈구슬(A)과 현대 고양이발톱(B)의 라만 스펙트럼.

그런 다음 눈알을 현대 고양이 발톱 샘플과 비교했습니다. 유사한 스펙트럼 피크가 존재하는 것으로 보아 미라 고양이 눈알이 고양이 발톱에서 유래했음을 확인할 수 있습니다.

측정 시스템

Ocean Insight 제품, 특히 QEPro 분광기와 라만 레이저 광원은 고고학 라만 분광학에 상당한 이점을 제공합니다. QEPro 분광기는 탁월한 감도와 동적 범위가 돋보이는 고성능 장비로, 고고학 연구의 정확한 요구 사항에 특히 적합합니다. 신호 대 잡음비(SNR)가 1000:1을 초과하므로 매우 낮은 조도를 감지할 수 있으며 고품질 스펙트럼 데이터에 기여합니다. 일반적으로 약 85,000:1의 동적 범위를 통해 분광기는 다양한 강도를 포착하여 다양한 샘플에 대한 자세한 분석을 보장합니다. 또한 열전 냉각기(TEC)는 탐지기를 안정적인 온도로 유지합니다. 이는 장기간 측정에 매우 중요하며 스펙트럼 왜곡을 방지하여 섬세한 고고학 조사 중에 수집된 데이터의 신뢰성을 향상시킵니다.

그림 5 : QEPro 분광기.

532nm 파장의 라만 레이저 광원은 좁은 스펙트럼 선으로 인해 분자 진동 감지의 높은 정밀도를 보장하므로 고고학 연구에 매우 유용합니다. 이 특정 파장은 최소한의 형광으로 강력한 신호를 제공하므로 유물 내 광물 및 유기 화합물을 명확하게 식별할 수 있으므로 최적입니다. 종종 0.2nm 미만의 좁은 스펙트럼 선 폭은 미세한 스펙트럼 특징을 분석하는 데 중요하며, 이는 고고학 샘플의 구성 및 구조에 대한 자세한 정보를 밝힐 수 있습니다.

그림 6 : 라만 레이저 광원.

결론

라만 분광법은 유물의 분자 구성을 분석하는 비파괴적 방법을 제공함으로써 고고학 연구에 혁명을 일으켰습니다. 이 기술을 통해 고고학자들은 그림의 안료부터 도자기 구성 및 유기 잔류물에 이르기까지 고대 재료의 비밀을 밝혀낼 수 있습니다. 귀중한 유물의 무결성을 보존함으로써 라만 분광기는 과거 사회에 대한 이해를 향상시킬 뿐만 아니라 이러한 문화적 보물이 미래 세대를 위해 그대로 유지되도록 보장합니다. 이집트 고양이 미라에서 각질이 있는 눈알의 발견은 이 기술이 제공할 수 있는 심오한 통찰력을 예시하고 고대 기술과 관행을 밝혀줍니다. 라만 분광학이 계속 발전함에 따라 고고학에서의 응용은 의심의 여지 없이 확장되어 우리가 공유하는 인류 역사에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 것입니다.

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