文化財の鉛同位体比分析

歴史資料の材質や産地・年代を明らかにする科学的手法の一つに、鉛同位体比分析法があります。

これは鉛同位体比が鉱山毎に異なることを利用して、金属材料中に含まれる鉛の同位体比測定を行い、原料産地を推定するものです。

測定装置である表面電離型質量分析装置(Thermal Ionization Mass Spectrometry、以下TIーMSと記載する)は測定技術とともに日鉄テクノロジーへ技術移管されました。文化財の鉛同位体比分析は、当社にお問合わせください。

分析内容

1.鉛同位体比の測定原理

鉛は、質量数の異なる4種の同位体、204Pb、206Pb、207Pb、208Pbが安定して存在しています。これらの内206、207、208のPbは、それぞれ238ウラン(U)、235U、232トリウム(Th)から、放射壊変により安定な最終核種になります。

地球誕生時の岩石・鉱物中には僅かなウラン(U)、トリウム(Th)が含まれています。そのため、長い年月と共238U、235U、232Thは減少し、206Pb、207Pb、208Pbは増加します(図1参照)。204Pbのみ地球が生成された時の存在量のままで変化しません。

地殻変動などの影響で鉛が濃縮し鉛鉱床が生成すると、ウランとトリウムは排除され、それ以後同位体比は変化せず、安定して存在することになります。つまり、地球誕生時に岩石中に含まれていた鉛の量とウラン、トリウムの量、共存時間によって、鉛の同位体比は地域によって異なる値を示し、それぞれの鉱山の固有値となるというわけです。

考古遺物の原料に関する産地推定の研究は、以上のような原理を応用し、鉛鉱床あるいは産出地域の鉛同位体比との比較によって産地を推定できるようになりました。

鉛同位体比の測定原理

2.TI-MSの測定原理図

遺物中の鉛同位体比の測定は、遺物である金属材料から鉛を単離することから始まります。当事業所では平尾良光先生*)の方法を踏襲し、電気分解法(電着法)にて鉛の分離精製を行っています。分離して得られた鉛は、レニウムフィラメント上に載せ、通電加熱により気化、イオン化させて、質量分離を行います(図2)。測定する質量は、鉛同位体の204Pb、206Pb、207Pb、208Pbの4種です。これら同位体は、同時に測定しないと精密な比として計測できないため、検出器は質量を順番に測定するシングルコレクターではなく、複数台の検出器であるマルチコレクター型の装置を使用しています。

*)平尾良光先生:帝京大学客員教授_文化財界の鉛同位体比分析の第一人者

鉛同位体比の測定原理

TI-MSの測定原理図

3.分析装置

  • 鉛同位体比分析装置

    TI-MS(Thermal Ionaization Mass Spectrometry)

    Thermo Fisher Scientific社製

クリーンルーム内に設置

クリーンルーム内に設置

4.測定試料

1) 遺跡から出土した文化財 …等

  • 青銅器、銅鏡、銅鐸、銅剣、銅矛 …等
  • ガラス玉、鉛玉 …等

2)必要な試料の量

微量な試料*)で分析可能です。

*)0.01g 程度…但し試料の鉛含有量によって異なります)

5.原料の産地推定手法

「1.鉛同位体比の測定原理」に従い、鉛の同位体を測定し、206Pbに対するそれぞれの208Pb、207Pbの比をプロットするA式図、204Pbに対する207Pb、206Pbの比をプロットするB式図を用いて、これまで蓄積された鉱山などのデータを基に原料の産地を推定しました。下記にその分析例を示します。

銅鏡の分析例

  • 結果
    下図に示すようにこの銅鏡は「華北産の原料」が
    使用されたものと推察されました。




    A図式

    A図式

  • 華北:中国前漢鏡の領域

    華南:中国後漢・三国鏡の領域

    日本:日本産鉛の領域

    n:タイ産鉛の領域

    朝鮮:朝鮮半島系遺物ライン


    B図式

    B図式

東アジア地域の鉛同位体比分布図(左;A式図 右;B式図)

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