西安半坡遺址祭祀坑析白物成份分析研究

咸陽師范學(xué)院學(xué)報2007年第6期張慧,李玉虎,黃四平,王小芳

摘要:基于半坡遺址遭受可溶性鹽分的侵蝕,采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法對其可溶性鹽分進(jìn)行了定性和定量分析,同時,用XR D對遺址土樣的礦物成份也進(jìn)行了分析,得出遺址表面析出的白色物質(zhì)主要是硫酸鈣晶體。

半坡遺址是黃河流域一處典型的新石器時代仰韶文化母系氏族聚落遺址[1],距今已有6000多年的歷史。該遺址1953年發(fā)現(xiàn),共發(fā)掘房屋遺址45座、圈欄2處、洞穴200多處、陶窯6座、各類墓葬250座(其中成人墓葬174座、幼兒甕棺73座)以及生產(chǎn)工具和生活用具約近萬件文物,為研究中國古代文明史提供了很好的實物資料,可見該遺址具有極高的歷史價值[2]。2005年,在該遺址上清理時又發(fā)掘出一批重要的遺跡和遺物,其中發(fā)掘出一大型祭祀遺跡,該祭祀遺跡由于剛發(fā)掘,所以含水量比較高[3,4];但是,隨著時間的流逝加之北方氣候的干燥,導(dǎo)致該祭祀遺址水分慢慢蒸發(fā),從而使得可溶性鹽分隨著水分的蒸發(fā)遷移至遺址表面,使得礦化度升高導(dǎo)致鹽析[5],嚴(yán)重遮蓋了遺址的原貌,甚至使遺址表面風(fēng)化脫落。國外文獻(xiàn)對土壤、巖石、金屬腐蝕等的可溶鹽調(diào)研[6-10]較多,認(rèn)為這些可溶鹽主要是Na2SO4,Na-Cl等,而很少對我國土遺址,特別是半坡土遺址的表面析出物進(jìn)行分析。

本實驗針對這些析出物嚴(yán)重影響了遺址的原貌,為了合理治理遺址所遭受的這種病害,首先對其成分行科學(xué)系統(tǒng)的分析。根據(jù)上述病害現(xiàn)象,進(jìn)行了實地考察、采樣,然后分析其可溶性成份、含量,其析白物主要成分是CaSO4,并對成因作出科學(xué)的解釋。

1實驗儀器及試劑

1.1實驗儀器

真空泵,布氏漏斗,抽濾瓶,離心機4000r/min,

分析天平(精確度0.01),移液管,離心管,1000mL廣口塑料瓶,點滴板,表面皿,玻璃載片,酸式滴定管,錐形瓶,D/Max2550VB+/PC全自動X射線衍射儀(日本理學(xué)公司),PHS-2F數(shù)字pH計。

1.2試劑

無水Na2CO3、HCl、BaCl2、FeCl3、品紅試劑、亞硝酰鐵氰化鈉、HAc、硫脲、NaOH、AgNO3、氨水、HNO3、鋯-茜素S試劑、濃H2SO4、KMnO4、(NH4)2MoO4、H2O2、戊醇、(NH4)2MoO4、聯(lián)苯胺、酒石酸、FeSO4·7H2O晶體、蒸餾水(不含CO2的蒸餾水,即把蒸餾水煮沸10min,迅速冷卻),西安半坡新挖掘祭祀坑取待測土樣(大于100g)。

2實驗方法

2.1西安半坡遺址中土壤可溶性鹽分的定性分析

2.1.1陰離子的定性分析

土壤浸出液的制備。稱取2mm篩下風(fēng)干試樣50g,準(zhǔn)確至0.01g,置于廣口瓶中,按土水比例1:5加入蒸餾水(已去除CO2),振蕩3min,抽氣過濾。將濾紙用純水浸濕后貼在漏斗底部,漏斗裝在抽濾瓶上聯(lián)通真空泵抽氣,使濾紙與漏斗貼緊,將振蕩后的土懸濁液搖勻,傾入漏斗中抽氣過濾,過濾時漏斗用表面皿蓋好。濾液混濁,再用離心機分離,所得的透明濾液即為土的浸出液,以下簡稱浸出液,貯于細(xì)口瓶中供分析用。

陰離子分析溶液的制備。制備陰離子待測溶液的要求是應(yīng)能去掉大多數(shù)陽離子(因為陽離子本身的顏色、氧化還原性質(zhì)或與陰離子生成沉淀的性質(zhì)等而干擾陰離子分析),陰離子應(yīng)保持原來的存在狀態(tài)全部轉(zhuǎn)入溶液(不使其分解、氧化或還原)。因此對于陰離子分析試樣不能用氧化劑、還原劑或強酸制備。因此,在進(jìn)行陰離子分析時,通常將試樣制成堿性溶液。但是不能用強堿,因為使用強堿,則兩性元素Al、Cr等不能除去。

取5mL的浸出液,盛于50mL的小燒杯中,加入5mL1mol/L Na2CO3溶液,煮沸6min,然后全部轉(zhuǎn)移到離心管中,離心。離心液用作鑒定陰離子用,以下簡稱陰離子分析液。沉淀用水洗滌三次,加6 mol/L的HCl溶液處理,如沉淀完全溶解,表示其中不存在PO 3-、F-、SO 2-、S2-、SiO 2-和鹵素化合物。若沉淀沒有完全溶解,則保留此殘渣供分析上述陰離子用。

常見陰離子的鑒定。參照武漢大學(xué)主編的《分析化學(xué)實驗》[11](第四版),取上述陰離子分析液,分別

對SO 2-、S O 2-、S2-、NO-、CN-、SCN-、Cl-、Br-、I-、F-、

3 2 3 2

NO-、BO-、SO 2-、PO 3-、Ac-、C O 2-等陰離子進(jìn)行了鑒

3 2 4 4 2 4

定,鑒定CO 2-離子時,直接取浸出液來分析。鑒定結(jié)果為SO 2-、Cl-。

2.1.2陽離子的定性分析

參照武漢大學(xué)主編的《分析化學(xué)實驗》[11](第四版),取鑒定陰離子時的土壤浸出液,分別對第Ⅰ組至第Ⅴ組陽離子進(jìn)行了鑒定。鑒定結(jié)果為Na+、K+、

Ca2+、Mg2+。

2.2西安半坡遺址中土壤可溶性鹽分的定量分析

2.2.1待測液的制備

稱取土樣40.0023g,溶于250mL的已去除CO2

的蒸餾水中,按照《公路土工試驗規(guī)程》[12](JTJ 051-

93)中T0152-93的操作來制備待測液。

2.2.2易溶鹽總量的測定

用移液管吸取待測液50mL,參照《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051-93)中T0153-93操作,得到殘渣質(zhì)量為0.1610g。

2.2.3氯離子的測定

參照《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051-93)中T0155-93操作,平行兩次滴定分別消耗0.02moL/L硝酸銀溶液的體積為0.60mL和0.58mL。

2.2.4硫酸根離子的測定

用移液管吸取待測液50mL,參照《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051-93)中T0158-93操作,將盛于沉淀的坩鍋和空白實驗的坩鍋在600℃的馬弗爐中加熱18min,冷卻后稱量?？折徨伒馁|(zhì)量是21.9714g,沉淀加坩鍋的質(zhì)量是22.2843g,空白試驗空坩鍋的質(zhì)量是23.7144g,空白試驗的質(zhì)量是23.8324g。

2.2.5 Ca2+和Mg2+的測定用移液管吸取兩份待測液各20mL,分別參照霍亞貞等主編的《土壤地理實驗實習(xí)》[13]Ca2+、Mg2+的測定和鈣離子測定的操作,滴定至終點,消耗0.025moL/LEDTA的體積分別是14.12mL和12.00mL。

2.3西安半坡遺址中土壤礦物成份分析

由西安地礦局巖土礦物研究所使用D/Max—rA型X射線衍射儀(日本理學(xué)公司生產(chǎn))對各樣品中可溶性成份進(jìn)行了分析,測試結(jié)果見圖1和圖2。

3結(jié)果與討論

3.1西安半坡遺址中土壤可溶性鹽分的定量分析

參照《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051-93)和霍亞貞等主編的《土壤地理實驗實習(xí)》,計算出各離子的含量,計算結(jié)果見表1。

由表1可知:Ca2+和SO 2-含量比較多,這說明半坡遺址祭祀坑析出的白色物質(zhì)主要是CaSO4晶體。

3.2西安半坡遺址中土壤礦物成份分析

由圖2可知:半坡遺址祭祀坑所取析白物所含有的晶相物質(zhì)及含量分別是:蒙脫石4%,伊利石14%,綠泥石6%,石膏9%,石英26%,正長石7%,斜長石26%,方解石6%,2%未檢出。

圖2所用土樣取自半坡遺址外圍沒有析白物的區(qū)域。由圖2可知,含有的晶相物質(zhì)及含量有蒙脫石9%,伊利石6%,綠泥石10%,石英36%,正長石23%,方解石14%等。

由圖1與圖2比較,說明析白物中含有石膏(CaSO4·2H2O),也即半坡遺址祭祀坑析白物主要是石膏。

4結(jié)論

通過對西安半坡遺址中土壤可溶性鹽分的定性分析,得出半坡遺址中可溶性鹽分有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO 2-。

通過對西安半坡遺址中土壤可溶性鹽分的定量分析,得出Na+和K+共含有0.585%,Ca2+含有0.375%,Mg2+方向0.040%,Cl-含有0.010%,SO 2-含有1.003%。從含量來看,主要是CaSO4。

通過對西安半坡遺址所取土樣XRD礦物成份比較分析,得出其析白物主要是石膏。