西安半坡遗址祭祀坑析白物成份分析研究
咸阳师范学院学报年第6期张慧,李玉虎,黄四平,王小芳
摘要:基于半坡遗址遭受可溶性盐分的侵蚀,采用传统的化学分析方法对其可溶性盐分进行了定性和定量分析,同时,用XRD对遗址土样的矿物成份也进行了分析,得出遗址表面析出的白色物质主要是硫酸钙晶体。
半坡遗址是黄河流域一处典型的新石器时代仰韶文化母系氏族聚落遗址[1],距今已有多年的历史。该遗址年发现,共发掘房屋遗址45座、圈栏2处、洞穴多处、陶窑6座、各类墓葬座(其中成人墓葬座、幼儿瓮棺73座)以及生产工具和生活用具约近万件文物,为研究中国古代文明史提供了很好的实物资料,可见该遗址具有极高的历史价值[2]。5年,在该遗址上清理时又发掘出一批重要的遗迹和遗物,其中发掘出一大型祭祀遗迹,该祭祀遗迹由于刚发掘,所以含水量比较高[3,4];但是,随着时间的流逝加之北方气候的干燥,导致该祭祀遗址水分慢慢蒸发,从而使得可溶性盐分随着水分的蒸发迁移至遗址表面,使得矿化度升高导致盐析[5],严重遮盖了遗址的原貌,甚至使遗址表面风化脱落。国外文献对土壤、岩石、金属腐蚀等的可溶盐调研[6-10]较多,认为这些可溶盐主要是Na2SO4,Na-Cl等,而很少对我国土遗址,特别是半坡土遗址的表面析出物进行分析。
本实验针对这些析出物严重影响了遗址的原貌,为了合理治理遗址所遭受的这种病害,首先对其成分行科学系统的分析。根据上述病害现象,进行了实地考察、采样,然后分析其可溶性成份、含量,其析白物主要成分是CaSO4,并对成因作出科学的解释。
1实验仪器及试剂
1.1实验仪器
真空泵,布氏漏斗,抽滤瓶,离心机r/min,
分析天平(精确度0.01),移液管,离心管,mL广口塑料瓶,点滴板,表面皿,玻璃载片,酸式滴定管,锥形瓶,D/MaxVB+/PC全自动X射线衍射仪(日本理学公司),PHS-2F数字pH计。
1.2试剂
无水Na2CO3、HCl、BaCl2、FeCl3、品红试剂、亚硝酰铁氰化钠、HAc、硫脲、NaOH、AgNO3、氨水、HNO3、锆-茜素S试剂、浓H2SO4、KMnO4、(NH4)2MoO4、H2O2、戊醇、(NH4)2MoO4、联苯胺、酒石酸、FeSO4·7H2O晶体、蒸馏水(不含CO2的蒸馏水,即把蒸馏水煮沸10min,迅速冷却),西安半坡新挖掘祭祀坑取待测土样(大于g)。
2实验方法
2.1西安半坡遗址中土壤可溶性盐分的定性分析
2.1.1阴离子的定性分析
土壤浸出液的制备。称取2mm筛下风干试样50g,准确至0.01g,置于广口瓶中,按土水比例1:5加入蒸馏水(已去除CO2),振荡3min,抽气过滤。将滤纸用纯水浸湿后贴在漏斗底部,漏斗装在抽滤瓶上联通真空泵抽气,使滤纸与漏斗贴紧,将振荡后的土悬浊液摇匀,倾入漏斗中抽气过滤,过滤时漏斗用表面皿盖好。滤液混浊,再用离心机分离,所得的透明滤液即为土的浸出液,以下简称浸出液,贮于细口瓶中供分析用。
阴离子分析溶液的制备。制备阴离子待测溶液的要求是应能去掉大多数阳离子(因为阳离子本身的颜色、氧化还原性质或与阴离子生成沉淀的性质等而干扰阴离子分析),阴离子应保持原来的存在状态全部转入溶液(不使其分解、氧化或还原)。因此对于阴离子分析试样不能用氧化剂、还原剂或强酸制备。因此,在进行阴离子分析时,通常将试样制成碱性溶液。但是不能用强碱,因为使用强碱,则两性元素Al、Cr等不能除去。
取5mL的浸出液,盛于50mL的小烧杯中,加入5mL1mol/LNa2CO3溶液,煮沸6min,然后全部转移到离心管中,离心。离心液用作鉴定阴离子用,以下简称阴离子分析液。沉淀用水洗涤三次,加6mol/L的HCl溶液处理,如沉淀完全溶解,表示其中不存在PO3-、F-、SO2-、S2-、SiO2-和卤素化合物。若沉淀没有完全溶解,则保留此残渣供分析上述阴离子用。
常见阴离子的鉴定。参照武汉大学主编的《分析化学实验》[11](第四版),取上述阴离子分析液,分别
对SO2-、SO2-、S2-、NO-、CN-、SCN-、Cl-、Br-、I-、F-、
3 23 2
NO-、BO-、SO2-、PO3-、Ac-、CO2-等阴离子进行了鉴
3 2 4 4 24
定,鉴定CO2-离子时,直接取浸出液来分析。鉴定结果为SO2-、Cl-。
2.1.2阳离子的定性分析
参照武汉大学主编的《分析化学实验》[11](第四版),取鉴定阴离子时的土壤浸出液,分别对第Ⅰ组至第Ⅴ组阳离子进行了鉴定。鉴定结果为Na+、K+、
Ca2+、Mg2+。
2.2西安半坡遗址中土壤可溶性盐分的定量分析
2.2.1待测液的制备
称取土样40.g,溶于mL的已去除CO2
的蒸馏水中,按照《公路土工试验规程》[12](JTJ-
93)中T-93的操作来制备待测液。
2.2.2易溶盐总量的测定
用移液管吸取待测液50mL,参照《公路土工试验规程》(JTJ-93)中T-93操作,得到残渣质量为0.g。
2.2.3氯离子的测定
参照《公路土工试验规程》(JTJ-93)中T-93操作,平行两次滴定分别消耗0.02moL/L硝酸银溶液的体积为0.60mL和0.58mL。
2.2.4硫酸根离子的测定
用移液管吸取待测液50mL,参照《公路土工试验规程》(JTJ-93)中T-93操作,将盛于沉淀的坩锅和空白实验的坩锅在℃的马弗炉中加热18min,冷却后称量。空坩锅的质量是21.g,沉淀加坩锅的质量是22.g,空白试验空坩锅的质量是23.g,空白试验的质量是23.g。
2.2.5Ca2+和Mg2+的测定用移液管吸取两份待测液各20mL,分别参照霍亚贞等主编的《土壤地理实验实习》[13]Ca2+、Mg2+的测定和钙离子测定的操作,滴定至终点,消耗0.moL/LEDTA的体积分别是14.12mL和12.00mL。
2.3西安半坡遗址中土壤矿物成份分析
由西安地矿局岩土矿物研究所使用D/Max—rA型X射线衍射仪(日本理学公司生产)对各样品中可溶性成份进行了分析,测试结果见图1和图2。
3结果与讨论
3.1西安半坡遗址中土壤可溶性盐分的定量分析
参照《公路土工试验规程》(JTJ-93)和霍亚贞等主编的《土壤地理实验实习》,计算出各离子的含量,计算结果见表1。
由表1可知:Ca2+和SO2-含量比较多,这说明半坡遗址祭祀坑析出的白色物质主要是CaSO4晶体。
3.2西安半坡遗址中土壤矿物成份分析
由图2可知:半坡遗址祭祀坑所取析白物所含有的晶相物质及含量分别是:蒙脱石4%,伊利石14%,绿泥石6%,石膏9%,石英26%,正长石7%,斜长石26%,方解石6%,2%未检出。
图2所用土样取自半坡遗址外围没有析白物的区域。由图2可知,含有的晶相物质及含量有蒙脱石9%,伊利石6%,绿泥石10%,石英36%,正长石23%,方解石14%等。
由图1与图2比较,说明析白物中含有石膏(CaSO4·2H2O),也即半坡遗址祭祀坑析白物主要是石膏。
4结论
通过对西安半坡遗址中土壤可溶性盐分的定性分析,得出半坡遗址中可溶性盐分有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO2-。
通过对西安半坡遗址中土壤可溶性盐分的定量分析,得出Na+和K+共含有0.%,Ca2+含有0.%,Mg2+方向0.%,Cl-含有0.%,SO2-含有1.%。从含量来看,主要是CaSO4。
通过对西安半坡遗址所取土样XRD矿物成份比较分析,得出其析白物主要是石膏。