光導(dǎo)纖維反射光譜技術(shù)在彩繪文物顏料無損分析鑒定中的應(yīng)用

引 言

彩繪文物顏料成分的分析鑒定通常是采用XRD, XRF,FTIR, EDS等技術(shù), 但由于受到儀器試樣倉尺寸的限制,一般需要從文物上取樣, 會對文物產(chǎn)生破壞, 與/ 保持文物原貌0 的保護(hù)原則相違背。文物是歷史的遺存, 具有不可再生的特性, 理想的文物分析技術(shù)應(yīng)當(dāng)是無損的, 這是文物分析鑒定發(fā)展的趨勢和必然。

光導(dǎo)纖維反射光譜技術(shù)( fiber optic reflect ance spectrum, FORS) 是以光導(dǎo)纖維作為光極、利用反射光譜原理進(jìn)行測量的一種方法, 是一種完全無損的分析測量技術(shù), 可用于彩繪文物顏料無損鑒定和顏色變化的研究等方面。20世紀(jì)70 年代, 英國倫敦國家藝術(shù)博物館率先應(yīng)用光導(dǎo)纖維反射光譜技術(shù)檢測彩繪文物顏色的變化。隨后以Bacci為代表的意大利文物保護(hù)修復(fù)工作者在這方面進(jìn)行了一些研究, 他們分析了中世紀(jì)時(shí)期歐洲壁畫的顏料成分, 考察了這些壁畫顏料在修復(fù)前后顏色的變化, 對壁畫和玻璃中的二價(jià)鈷進(jìn)行了分析。Dupuis等采用一種向后散射的特殊實(shí)驗(yàn)裝置, 建立了150 余種礦物顏料粉末的光譜數(shù)據(jù)庫,由計(jì)算機(jī)處理得到待測樣的光譜Q( K) 和標(biāo)準(zhǔn)顏料的光譜Qdb( K) 的平均距離Edi ff , 并根據(jù)Edi ff 數(shù)值對顏料成分做鑒定。Leona設(shè)計(jì)了一種以脈沖燈作為光源的斜面光纖傳感器, 比普通的平面光纖的信號增加了3 倍, 并對日本、朝鮮等東亞壁畫上的天然顏料進(jìn)行了分析鑒定。這些顏料缺乏明顯的形貌特征, 是很難用光學(xué)顯微鏡鑒別的。但總的說來, 光導(dǎo)纖維反射光譜法在文物保護(hù)中的應(yīng)用才剛剛起步, 國內(nèi)采用光導(dǎo)纖維反射光譜技術(shù)鑒定彩繪文物顏料的研究工作幾乎是個(gè)空白。國外雖然有人采用這種技術(shù)鑒定顏料, 但研究的對象一般是西方的顏料樣品, 很少涉及中國古代顏料, 并且使用的儀器價(jià)格昂貴, 一般在十幾萬或幾十萬人民幣以上, 無法在我國推廣使用。介于這種情況, 我們利用自行研制的光導(dǎo)纖維反射光譜儀對出土的唐代彩繪陶器和壁畫顏料進(jìn)行了分析鑒定, 提供了一種文物顏料無損分析的簡捷方法, 填補(bǔ)了國內(nèi)在該領(lǐng)域研究的空白。

1 實(shí)驗(yàn)部分

11 1 儀器

光導(dǎo)纖維反射光譜儀( 自制) , RIX- 2100 X 射線熒光分析儀( 日本Rigaka 公司) 。

11 2 標(biāo)準(zhǔn)顏料

鉛丹、朱砂、土紅、赭石、石綠、石青、群青、花青、石黃、鉛黃、藤黃、雄黃、鉛白等為國畫顏料, 由中央美術(shù)學(xué)院附中顏料廠生產(chǎn)。

11 3 顏料鑒定的方法

采用自行研制的光導(dǎo)纖維反射光譜儀測量可見光范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)顏料和彩繪文物上顏料的反射光譜信號, 其測量方法見參考文獻(xiàn) 。計(jì)算得到它們的相對反射系數(shù)r( 即文物顏料相對于BaSO4 白板反射光譜信號的比值) 及一階導(dǎo)數(shù)值Dc( Dc = dR/ dK) , 繪制出可見光( 370~ 800 nm) 范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)顏料和彩繪文物顏料的反射光譜圖。通過比較彩繪文物顏料和標(biāo)準(zhǔn)顏料的反射光譜曲線的形狀以及特征峰或一階導(dǎo)數(shù)特征峰位置, 便可對彩繪文物顏料進(jìn)行分析鑒定。

2 結(jié)果與討論

21 1 光導(dǎo)纖維反射光譜儀的研制見參考文獻(xiàn)。該儀器是在對72G 型分光光度計(jì)改裝的基礎(chǔ)上研制而成的。儀器主要構(gòu)件有鎢燈、單色器、雙臂光纖、光電倍增管、金屬暗盒測量室和讀數(shù)裝置等。儀器在以下3 個(gè)方面進(jìn)行了重要改進(jìn)和創(chuàng)新: 

( 1) 引入雙臂光導(dǎo)纖維來傳輸光線, 實(shí)現(xiàn)了文物顏料的無損鑒定。

( 2) 采用高靈敏度的光電倍增管代替原儀器靈敏度低的光電管作檢測器,提高了測量的靈敏度。

( 3) 設(shè)計(jì)防光性好的金屬暗室來消除外界光的干攏, 提高了測量的準(zhǔn)確性。

21 2 彩繪文物顏料的分析鑒定

21 21 1 光導(dǎo)纖維反射光譜法鑒定彩繪文物顏料的理論依據(jù)當(dāng)光線照射在固態(tài)顏料的表面, 會產(chǎn)生漫反射現(xiàn)象。反射系數(shù)~ 波長( R ~ K) 光譜曲線的形狀基本上可以分為三種類型, 即/ 鐘0 形( Ñ ) 、/ S0 形( ò ) 和/ 斜線0 形( ó )  。對于具有/ 鐘0形反射光譜( 見圖2 曲線Ñ ) 的顏料通常呈現(xiàn)出綠色、藍(lán)色, 可以根據(jù)特征反射峰( 即鐘頂所在位置) 來鑒定具體是哪種藍(lán)色或綠色顏料。對于具有/ S0 形反射光譜( 曲線ò ) 的顏料顯紅色、黃色。雖然在R~ K光譜圖中, 反射系數(shù)沒有極值, 但曲線中間位置反射系數(shù)隨波長變化較大, 一階導(dǎo)數(shù)Dc必會出現(xiàn)一峰值, 可利用其一階導(dǎo)數(shù)峰進(jìn)行顏料的分析鑒定。對于具有/ 斜線0 形反射光譜(  曲線ó ) 的白色、黑色和灰色顏料, 它們沒有特征峰或一階導(dǎo)數(shù)峰, 此技術(shù)難于對這類顏料進(jìn)行分析鑒定。

通過對大量中國古代顏料反射光譜的研究, 得到了它們反射光譜的特性, 奠定了光導(dǎo)纖維反射光譜技術(shù)分析鑒定彩繪文物顏料的基礎(chǔ)。