汉代日光镜中金属元素的分析

摘　要：使用火焰原子吸收光谱法，对三面汉代日光镜中的主要金属成分铜（Cu）、锡（Sn）、铅（Pb）的含量进行了分析，结果三面铜镜的平均含量为：铜68.98 %，锡22.42 %，铅8.55 %。铜与锡铅的平均比例为2.3:1。并用测定结果验证了后人对“考工记”的一些解释。对铜镜中锡的含量与铸造质量的关系进行了初步分析。

关键词：汉代日光镜；火焰原子吸收光谱法；考工记

中图分类号：K854.1

文献标识码：A

文章编号：1003-6997（2012）20-0063-02

日光镜是汉武帝到王莽期间出现的一种比较具有代表性的铜镜，其特点是圆钮，圆钮座；座外有内向八连弧纹一周，外区为铭文带，素宽平缘。日光镜的铭文多以涡旋状云纹或菱形符号相隔。直径多在5～8 cm左右，常见铭文有两种，“见日之光，天下大明”和“见日之光，长不相忘”，文物界称之为“日光镜”。这种铜镜国内出土较多[1，2]，有关的研究较少，尤其是有关铸造材料的研究更少。而铸造材料中的铅、锡的含量，与铜镜的质量密切相关，研究古代铜镜的金属成分，对探索我国古代科学技术的发展水平有着重要的意义。

1　材料与方法

1.1　材料

由某博物馆提供的三面日光镜的残片。

1.2　主要实验仪器

BP221S型电子天平（德国产SARTORIAS公司）。Thermo Elemental S4型原子吸收光谱仪（美国热电公司）。空心阴极灯（北京有色金属研究总院），仪器工作条件见表1。实验所用试剂均为优级纯，实验用水为超纯水。Cu、Sn、Pb标准储备溶液，购自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院，浓度均为1 mg/mL。实验分析过程中所用的所有器皿均用4 %的硝酸浸泡过夜，并用去离子水清洗后置于红外烤箱内备用。

1.3　标准液的配制

参照有关标准配制标准液，以下为配制好的各矿物元素的标准液：

Cu标准液：0.1、0.5、0.7、1.0、1.5 mg/L；

Sn标准液：0.1、0.3、0.5、0.7、1.0 mg/L；

Pb标准液：0.1、0.3、0.5、0.8、1.0 mg/L；

工作液当天使用当天配制[4]。

1.4　材料的处理

除锈：将三片待测的汉代日光镜碎片上的浮锈用硬毛刷刷去，选择锈蚀较轻的部位，用断的钢锯条刮去硬锈，用剪钳剪取待测样品材料若干。然后准确称取处理过的青铜器样品0.5 000 g。置于50 mL的聚四氟乙烯烧杯中，加入15 mLHNOs(1+1)溶液和1 mLHF，在沸水浴上加热溶解，因样品中含有锡，需加入HCl(1+1)1～2 mL溶解，冷却后转移至50 mL容量瓶中，定容至刻度。同时，取与消化样品相同量的混合酸消化液，按上述操作做试剂空白试验测定。

1.5　测定

按仪器工作条件分别测定Cu、Sn、Pb的标准液，以吸光度对样品浓度绘制标准曲线，计算出回归方程，相关系数为0.9 961～0.9 997。测定空白浓度和样品，依相关标准曲线计算出样品中金属元素的含量。在测定过程中进行了加标回收实验，回收率在98 %～102 %。

2　结果与讨论

2.1　测定结果

三面汉代日光镜中金属元素的测定结果见表2。

2.2　汉代日光镜测定结果与“考工记”中的相关记述

《考工记》是中国目前所见年代最早的手工业技术文献[3]，该书在中国科技史、工艺美术史和文化史上都占有重要地位。在当时世界上也是独一无二的。全书共7100余字，记述了木工、金工、皮革、染色、刮磨、陶瓷等六大类30个工种的内容，反映出当时中国所达到的科技及工艺水平。此外《考工记》还有数学、地理学、力学、声学、建筑学等多方面的知识和经验总结。

《考工记》中记载了6种器物的不同含锡量，称之为“六齐”。这里的锡也包括铅和其他成分。六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。百度百科及许多学者从字面将其解释为[4]：钟鼎之齐含铜5/6，含锡1/6；斧斤之齐含铜4/5，含锡1/5；戈戬之齐含铜3/4，含锡1/4；大刃之齐含铜2/3，含锡1/3；削杀矢之齐含铜3/5，含锡2/5；鉴燧之齐含铜1/2，含锡1/2。也就是说铜镜中的铜和锡铅的比例为1︰1。而事实是含锡达到25 %以上的器物脆弱且不能用，若达到50 %则稍碰即碎。从本次测定结果看，三面汉代日光镜的铜与锡铅的比例分别为2︰1，2.6︰1，2.3︰1，平均为2.3︰1。何堂坤先生测定三面汉代日光镜的结果平均为：铜73.73 %，锡24.15 %，铅2.68 %。铜与锡铅的比例为：2.75︰1。上海博物馆[4]的研究结果是铜镜中的铜与锡铅的比例为2:1.本次测定结果处于二者的中间，这可能与测定铜镜的地域不同所致，但也证明有关“考工记”中金锡半，谓之鉴燧之齐的解释是铜锡比例1︰1是不符合事实的。

2.3　汉代日光镜成分与铸造的研究

汉代日光镜的主要两个品种见图1，图2。分别为直径69 mm，69 mm，缘厚9 mm，3 mm。据董亚巍先生[5]的研究：通过采用古代青铜范铸技术,对历代各种铜镜进行复原复制,以及对各种铜镜剖面的几何形状进行研究,发现从战国至晚唐时期各种铜镜的化学成分中,23 %～24 %左右为最佳值,大或小于这个数值,就会出现一些弊病或铸造缺陷。而铅含量则随着镜体剖面几何形的变化而变化,原则上是小镜含铅量低,大镜含铅量高;否则,就会造成废品。铅在高锡青铜镜里的加入量,对于铜镜的质量至关重要。本次试验三面日光镜测定结果平均为：锡22.42 %，未达到最佳值，因而可能造成铸造质量的瑕疵，在使用中变得易碎，证明董先生的研究成果是可靠的。

参考文献：

［1］孔祥星，刘一曼.中国古代铜镜［M］.北京：文物出版社，1988.

［2］管维良.中国铜镜史［M］.重庆：重庆出版社，2005.

［3］佚名.考工记［M］.北京：中国戏剧出版社，1999.

［4］上海博物馆.铜镜展览说明［Z］.上海：上海博物馆，2011.

［5］董亚巍.论古代铜镜合金成分与镜体剖面几何形状的关系［J］.中国历史博物馆馆刊，2000，⑵:114-121.