实验考古 | 残留物及微痕分析流程及显微镜简介

Archaeology is a difficult science.

-Stephen Weiner 2010

残留物（Residue）：遗物表面残留的物质；

微痕（Usewear/Mircrowear）：在遗物表面和边缘残留的痕迹；

痕迹学（Traceology)：对残留物或微痕的研究，通常关注与工具使用相关的信息。

一 对遗物功能分析的三个层次

1 判断特定工具的功能或者工具类型；

工具的功能可能指示了特定的人类行为，比如石臼和食物加工技术的关系。

2 评估相关区域的功能，以及在特定区域内进行的各种活动；

通过对比在某一区域内发现的遗物组合，可以重建当时的人类行为和评估遗存类型的历时性变化。

3 检验理论或者假说，以及对相关文化的变化或是稳定性的考古学阐释。

通过痕迹学分析可以检验对于工具功能和技术等的假说。

二 方法以及流程

微痕及残留物分析是一种实验科学，结合控制实验（controlled experiment）、再现实验（replicative experiment）和民族学（ethnography）研究来重建过去的人类行为。

1 实验

研究的第一步往往都是从实验开始，利用实验来熟悉特定的遗存材料、史前资源，以及分析所用的显微镜。文字描述并不能完全展示残留物和微痕特征，因此在分析遗存之前，先通过实验来进行直接的观察，了解微痕残留物的特征是很有必要的。

Fullagar提供了一个清单，里面列出了在观察石器的过程。

• 系统性地浏览要分析的样品：哪些是要优先分析的？用什么显微镜？遗物需要先清理干净吗？

• 宏观层面的检验：扫描或者画出样品正反面的草图，标记原料和剖面图

• 用x10-x50的体式显微镜进行观察：调整之前画的草图，标记保存情况、沉淀物以及其他相关物质。记录样品有使用痕迹的边缘：形状、残留物的形态（树脂、植物组织、毛发等可见的形态）以及微痕（片疤、条痕、倒角、磨光、磨平、偏斜等）。

• 决定是否需要清理样品以便看清边缘。

• 清理松散依附在表面的沉淀物：在塑料袋中轻轻地摩擦或轻刷，或者在一次性塑料容器中注入一半的蒸馏水，然后将要观察的边缘部分浸到水里，并将容器放在超声波清洗槽中30秒。

• 被清理下来的残留物可以先保存在试管中，之后用移液枪转移到载玻片上，用透射偏光显微镜进行观察。

• 可以在高倍显微镜下观察和记录残留物的特征。

• 记录残留物和微痕的分布，检查边缘以及内表面。

• 如果样品边缘需要进一步的清洁，可以使用酒精、酸或碱的溶剂来去除掩盖了表面痕迹的有机或无机残留物。

• 之后可用倍数高达×1000的入射光显微镜观察样品边缘及表面

• 记录观察到的微痕（片疤、条痕、倒角、磨光、磨平、偏斜等）以及检查是否有装柄或握持的痕迹。

2 制定标准化的记录和分析流程

在开始分析遗物前应考虑和制定适当的收集和处理考古材料的程序，这样分析所得结果才具有可比性。同样，Fullagar提供了基于石器记录所制的标准化表格，可作参考（由于我对石器术语不熟，部分内容不做翻译）。

3 残留物分析

一般来说先对残留物进行分析，然后再对表面进行清理以便观察微痕。首先从低倍显微镜开始观察，然后再用高倍入射显微镜进行观察。之后可从表面取样，将样品放到透射光显微镜下观察。

4 取样方式

制备用于透射光学显微镜的残留物样品时，使用一次性移液枪枪头，将10-20微升的蒸馏水滴到遗物表面要取样的位置，用移液枪枪头尖端搅动，然后放置约一分钟。然后用移液枪将溶液吸取再放置到载玻片上或干净的试管中。如果要取样更大的区域，可以将遗物的部分浸没在充满蒸馏水的容器中(如小型称量船)，在声波清洗机中放置一小段时间。残留的溶液可以储存在试管中，以便稍后分析或进行重液分离和离心。

制片时，先用移液管将10微升的残留物溶液滴到干净的显微镜载玻片上。将溶液晾干，然后放置盖玻片。

临时封片可将风干的样品用一个盖玻片固定，并在四个角上用指甲油滴封。然后用移液管将10微升的蒸馏水输送到盖片的边缘，由于毛细管反应水会被吸到盖玻片的下方。在临时封片中的水会蒸发，但是可以在需要时重新补充水分(尽管每次再水合过程中可能会丢失少量样品)，并且在需要用试剂(例如，特定的染料，水洗)来突出淀粉或木质素等特定残留物时特别有用。

永久封片可以使用封固剂(Permount, Euparol，或DePeX)或其他现成的产品(如甘油，硅油，加拿大香脂等)来制备永久安装片。要注意的是，如果残余物的折射率与封固剂相同，就不能清楚地看到残余物。

5 表面清理

对残留物进行采样及分析后，就可以对表面进行清理。通常利用冲刷、声波来清理，或是用化学试剂来溶解污染物。

三 显微镜类型

1 光学显微镜

1.1 相机

1.1.1 数码相机系统：由于图像可以储存在电脑数据库里，适合处理大批量对象。

1.1.2 胶片相机系统：具有较高的精确度，适合处理少量对象。

1.2 一般用于微痕和残留物分析的显微镜有三种：

具有外部光源的体式显微镜（stereomicroscope with an external light source）;用于观察不透明试样(如物体边缘)反射光的复合入射光显微镜（compound incident-light microscope）(如金相显微镜 metallographic microscope)；以及用于观察安装在玻片上的标本的复合透射光显微镜（compound transmitted-light microscope）。

1.2.1 体式显微镜（stereomicroscope with an external light source）

适合用于观察微痕，低角度入射的外部光源有利于观察平滑、浅边缘疤痕和条纹。在大约100倍的倍数下，也可观察到残留物，如装柄用的树脂，动物毛发，植物细胞组织等。较大的使用痕迹只能使用体式显微镜，因为仅在低倍率下用斜光可见。

1.2.2 复合入射光显微镜（compound incident-light microscope）

适用于观察微观的痕迹，条纹 striation，边缘片疤 edge scarring，倒角 edge rounding 等微痕只有在高倍率下才能看到(通常在200 - 500倍)，体式显微镜达不到这样的倍数。不同的透镜和入射光系统允许亮场视图(通过垂直透镜照明系统的中心光柱)和暗场视图(光柱的中心部分被遮挡，以便光线从低角度照射到物体上)。暗场照明对于观察浅疤痕、条纹和表面特征的三维形态非常有用。可以使用不同的透镜来增强图像对比度和观察物体的特定光学特性(偏振和相位对比度)。

1.2.3 复合透射光显微镜（compound transmitted-light microscope）

用于观察载玻片上的残留物标本。有较高的倍数(50到1000)，并有专门的滤光片和附件，以揭示特定材料的光特性的细微变化。例如，微分干涉显微镜Nomarski phase contrast or DIC(Differential Interference Contrast )透镜可以在高倍下清晰地显示材料边界和粒子表面的图像。

2 电子显微镜

电子显微镜分辨率可达纳米级，在特殊的仪器下甚至可以分辨原子结构。电子显微镜包括透射电子显微镜 transmission electron microscopes (TEM)和扫描电子显微镜 scanning electron microscopes (SEM)。扫描电镜可提供微痕的表面图像，或是花粉、植硅体和其他微小粒子结构。SEM用于观察残留物或是高度抛光的样本的表面结构，扫描图像为立体形象，反映了样本表面的微观形态、断口、微裂纹等。结合能量色散光谱 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS，又称EDAX)可以对残留物进行元素成分分析。

当然啦，除了显微镜分析残留物的方法还有很多，之后有机会我再慢慢整理一下。

这篇推送主要内容来源于这篇文章：

Fullagar, Richard. “Residues and Usewear.” In Archaeology in Practice: A Student Guide to Archaeological Analyses. Malden, MA: Blackwell Pub., 2006.