光導纖維反射光譜技術(shù)在彩繪文物顏料無(wú)損分析鑒定中的應用

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(huì )對文物產(chǎn)生破壞, 與/ 保持文物原貌0 的保護原則相違背。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)應當是無(wú)損的, 這是文物分析鑒定發(fā)展的趨勢和必然。

光導纖維反射光譜技術(shù)( fiber optic reflect ance spectrum, FORS) 是以光導纖維作為光極、利用反射光譜原理進(jìn)行測量的一種方法, 是一種完全無(wú)損的分析測量技術(shù), 可用于彩繪文物顏料無(wú)損鑒定和顏色變化的研究等方面。20世紀70 年代, 英國倫敦國家藝術(shù)博物館率先應用光導纖維反射光譜技術(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修復工作者在這方面進(jìn)行了一些研究, 他們分析了中世紀時(shí)期歐洲壁畫(huà)的顏料成分, 考察了這些壁畫(huà)顏料在修復前后顏色的變化, 對壁畫(huà)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)驗裝置, 建立了150 余種礦物顏料粉末的光譜數據庫,由計算機處理得到待測樣的光譜Q( K) 和標準顏料的光譜Qdb( K) 的平均距離Edi ff , 并根據Edi ff 數值對顏料成分做鑒定。Leona設計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(huà)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(shuō)來(lái), 光導纖維反射光譜法在文物保護中的應用才剛剛起步, 國內采用光導纖維反射光譜技術(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(wàn)或幾十萬(wàn)人民幣以上, 無(wú)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纖維反射光譜儀對出土的唐代彩繪陶器和壁畫(huà)顏料進(jìn)行了分析鑒定, 提供了一種文物顏料無(wú)損分析的簡(jiǎn)捷方法, 填補了國內在該領(lǐng)域研究的空白。

1 實(shí)驗部分

11 1 儀器

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

11 2 標準顏料

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(huà)顏料, 由中央美術(shù)學(xué)院附中顏料廠(chǎng)生產(chǎn)。

11 3 顏料鑒定的方法

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

2 結果與討論

21 1 光導纖維反射光譜儀的研制見(jiàn)參考文獻。該儀器是在對72G 型分光光度計改裝的基礎上研制而成的。儀器主要構件有鎢燈、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) 引入雙臂光導纖維來(lái)傳輸光線(xiàn), 實(shí)現了文物顏料的無(wú)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) 設計防光性好的金屬暗室來(lái)消除外界光的干攏, 提高了測量的準確性。

21 2 彩繪文物顏料的分析鑒定

21 21 1 光導纖維反射光譜法鑒定彩繪文物顏料的理論依據當光線(xiàn)照射在固態(tài)顏料的表面, 會(huì )產(chǎn)生漫反射現象。反射系數~ 波長(cháng)( R ~ K) 光譜曲線(xiàn)的形狀基本上可以分為三種類(lèi)型, 即/ 鐘0 形( Ñ ) 、/ S0 形( ò ) 和/ 斜線(xiàn)0 形( ó )  。對于具有/ 鐘0形反射光譜( 見(jiàn)圖2 曲線(xiàn)Ñ ) 的顏料通常呈現出綠色、藍色, 可以根據特征反射峰( 即鐘頂所在位置) 來(lái)鑒定具體是哪種藍色或綠色顏料。對于具有/ S0 形反射光譜( 曲線(xiàn)ò ) 的顏料顯紅色、黃色。雖然在R~ K光譜圖中, 反射系數沒(méi)有極值, 但曲線(xiàn)中間位置反射系數隨波長(cháng)變化較大, 一階導數Dc必會(huì )出現一峰值, 可利用其一階導數峰進(jìn)行顏料的分析鑒定。對于具有/ 斜線(xiàn)0 形反射光譜(  曲線(xiàn)ó ) 的白色、黑色和灰色顏料, 它們沒(méi)有特征峰或一階導數峰, 此技術(shù)難于對這類(lèi)顏料進(jìn)行分析鑒定。

通過(guò)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, 奠定了光導纖維反射光譜技術(shù)分析鑒定彩繪文物顏料的基礎。