红外光谱(FTIR-ATR)与热裂解联用技术揭示新石器时代浸水木材的化学降解路径及其保护意义

本研究通过结合傅里叶变换红外光谱(FTIR-ATR)与热裂解气相色谱质谱(Py-GC-MS)技术，系统分析了西班牙Vigo遗址出土的6100-5990 cal BC浸水橡木和樱桃木的化学降解特征，揭示了多糖水解、木质素部分解聚与氧化等关键降解机制，为酸性埋藏环境中古代木材的脆弱性评估与保护策略提供了创新性方法学框架。

　　

在考古学与文化遗产保护领域，水浸木材的长期保存状态一直是困扰研究者的难题。当古代木材长期埋藏在湿润环境中，尤其是酸性沼泽等特殊地质条件下，其主要的化学成分——纤维素、半纤维素和木质素会发生复杂的降解反应。传统评估方法往往仅关注多糖含量的减少，而忽略了木质素结构变化等关键信息，这导致保护方案缺乏针对性。西班牙O Areal遗址出土的新石器时代木材（约8000年前）为破解这一难题提供了珍贵样本。

由Jeannette Jacqueline Lucejko领衔的国际研究团队在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表的研究中，创新性地将傅里叶变换红外光谱衰减全反射技术(FTIR-ATR)与热辅助水解甲基化裂解气相色谱质谱(Py(HMDS)-GC-MS)相结合，对10件水浸木材（8件橡木Quercus sp.和2件樱桃木Prunus sp.）进行了系统分析。研究团队来自Xunta de Galicia资助的Grupos de Referencia Competitiva项目组，合作者包括Antonio Martínez Cortizas、Olalla López-Costas等跨学科专家。

关键技术方法包括：1) FTIR-ATR光谱无损检测木材官能团变化；2) Py(HMDS)-GC-MS通过热裂解产物分析木质素与多糖的降解特征；3) 多元统计分析关联两种技术的数据集。样本来源于西班牙Vigo市O Areal遗址酸性沼泽沉积层，经放射性碳定年为6100-5990 cal BC。

【Description of the sampling site and the samples】
考古木材取自低于遗址文化层的酸性沼泽沉积物，这种高湿度、低pH环境显著加速了木材成分水解。通过对比现代木材的参照谱图，建立了降解评估的基准体系。

【General description of FTIR-ATR results】
红外光谱显示：1730 cm^-1
处羰基峰增强表明木质素氧化；1505 cm^-1
芳香环振动减弱反映木质素解聚；1160 cm^-1
和898 cm^-1
处多糖特征峰衰减证实纤维素β-糖苷键断裂。樱桃木在1370 cm^-1
处的甲基弯曲振动保留更完整，暗示树种差异影响降解模式。

【Conclusions】
研究首次明确三种协同降解机制：1) 多糖的酸性水解导致β-糖苷键断裂；2) 木质素-碳水化合物复合体(LCC)的部分解聚；3) 木质素芳香环的氧化修饰。通过PLS回归分析发现，Py-GC-MS检测的4-乙烯基愈创木酚含量与FTIR 1510 cm^-1
峰强呈强相关性(r>0.85)，证实两种技术可互证降解程度。

该研究的突破性在于：1) 建立了FTIR特征峰与特定降解产物的对应关系，如1265 cm^-1
峰与热裂解产生的丁香醛关联；2) 发现酸性环境中木质素氧化先于多糖完全降解；3) 提出"化学指纹"评估模型，为保护剂选择（如抗氧化剂添加）提供理论依据。正如作者Federico Paolino强调的，该方法组合特别适用于评估长期水浸考古木材的"隐形损伤"，对制定博物馆展陈环境标准具有重要指导价值。