涉及核磁共振的突破性研究揭示了古羅馬木結構的秘密。這項非侵入性技術幫助科學家分析了羅馬碼頭的沈水木材，有助於我們了解歷史建築技術，並為考古保護開闢了新途徑。

精確的NMR 測量可以從極小的樣本中獲得歷史資訊。 圖中顯示的是經檢測的考古木材樣本，左起1 至3 為雲杉、楓木和栗木的第一批現代樣本，4 至6 為相同順序的考古樣本。 圖片來源：Otto Mankinen / 奧盧大學

在最近的一項研究中，研究人員利用先進的核磁共振（NMR）方法分析了羅馬帝國的稀有木結構，估計距今約有1700 年的歷史。 核磁共振因其在醫院核磁共振掃描中的應用而最為人所知，它可以產生人體的詳細圖像，但事實證明，它也是揭開古代考古文物秘密的有力工具。 它的應用正在迅速擴展到許多科學領域。

這些木質樣本來自古羅馬港口碼頭的桿柱，是在2004 年開始的義大利那不勒斯新地鐵線挖掘工作中發現的。 這項發現意義重大，導致地鐵線路發生了變化，現在地鐵線路就在這些考古寶藏的下方。 地鐵線路計劃於2024 年夏季開通，但該遺址的發現為我們提供了羅馬帝國海上基礎設施的迷人一瞥。

核磁共振光譜在環境和大氣監測以及電池材料等多個領域的實際應用都取得了可喜的成果。 資料來源：Mikko Törmänen / 奧盧大學

「古代有機木結構很少被發現，因為它們通常會隨著時間的推移而退化，除非它們處於潮濕的環境中。” 奧盧大學的研究員奧托-曼基寧（Otto Mankinen）說：”由於含水層數百年來一直保存著這些碼頭結構，因此有了這次特殊的發現。

NMR 光譜或核磁共振光譜基於射頻輻射，因此完全不會對目標造成損害。 醫院中的醫用核磁共振成像是核磁共振光譜的著名應用之一。 此技術利用原子核的磁性來獲取有關物質結構和性質的精確資訊。

核磁共振測量的非侵入性在檢查具有考古價值的樣本或修復畫作等時也特別重要。 許多其他方法都會損壞樣本，例如X 射線或光學顯微鏡，這通常還需要對樣本進行切片，而在處理脆弱和海綿狀的水下木質殘骸時，這是一個破壞性和具有挑戰性的過程。 如果將樣本吊到空中，活化的分解者會破壞樣本或使樣本腐爛。 在新的研究中，木材樣本在類似的條件下保存了幾個世紀。

最近的研究旨在了解木材在水中的表現和存活方式，重建腐朽引起的變化，並對考古木材遺存的結構和變化進行全面分析。 這項研究是首次將四種不同的核磁共振技術結合的研究之一：弛豫測量、顯微成像、擴散測量和低溫測量。 研究人員將雲杉、栗子和楓樹的考古樣本與來自相同物種的新鮮木材材料進行了比較。

「結構保存知識是必不可少的，也是非常重要的。 它有助於找到新的方法，確保有考古價值的遺產能為後代保存下來，」曼基寧說。 “今後，需要用更多的針葉樹和落葉樹樣本來開發這種方法。 根據樹齡、標本和样本在樹幹中的位置，這些樣本可能會有很大的不同。 需要對當前木材樣本和舊木材樣本之間的差異進行仔細解讀。

” 這些珍貴的樣本是在奧盧大學分析的，因為我們長期以來的研究主題之一就是分析木質材料。”Mankinen 說：”最好的方法是將NMR 設備帶到歷史發現現場，因為這些發現往往過於脆弱，無法移動。

當曼基寧開始學習時，他對物理學和NMR 研究的多樣性感到驚訝。 “這些方法被用於非常有趣的研究，而我之前並不知道我會參與考古研究”。 下一項研究已經開始，現在研究的是義大利布拉奇亞諾湖中距今7500年前的新石器時代居民的更古老的木製工藝品。

近年來，核磁共振技術的速度越來越快，靈敏度越來越高，儀器的體積也越來越小。 行動NMR 儀器的價格也更低。

2024 年12 月，奧盧大學的一篇博士論文顯示，核磁共振光譜在環境和大氣監測、電池材料、生態混凝土、礦井水和催化劑以及生物化學等多個領域的實際應用前景廣闊，成果喜人。

這項研究是與羅馬薩皮恩扎大學的研究人員合作進行的，並於2024年10月發表在物理化學化學物理學上。

編譯自/ ScitechDaily