古代壁画和塑像表面涂层的原位无损红外光谱分析

古代壁画和塑像表面可能存在有机物涂层,分析研究表面涂层成分对于壁画和塑像的保护修复具有重要的科学意义。由于文物具有不可再生性,原位无损分析是文物研究的首选方法。利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱对古代壁画和塑像表面涂层进行了原位无损分析,对贴金和普通表面涂层光谱处理方法进行了分类,探讨了Kramers-Kronig(K-K)变换作为光谱处理方法的应用条件,检测出聚α-氰基丙烯酸乙酯、聚乙酸乙烯酯和环氧树脂等高分子材料。证明原位反射FTIR光谱能准确地获取表面涂层成分信息,是壁画和塑像表面涂层较为理想的无损分析方法,具有广阔的应用前景。

天梯山石窟北凉洞窟壁画颜料的原位无损分析

综合应用拉曼光谱、X-射线荧光光谱、光纤漫反射光谱和数码显微镜等移动式分析设备,对天梯山石窟北凉洞窟壁画残块进行分析以确定颜料化学成分。通过对壁画表面微观形貌的观察以及颜料元素、分子结构结果的互补分析,确定了壁画使用的16种颜料,其中两种属于首次发现。研究表明多种分析方法结合,可以准确鉴别壁画中大多数无机颜料和染料,证明了无损分析方法在颜料鉴别和混合颜料鉴别方面体现出来的优异性能。

永登鲁土司衙门壁画调查中的原位-无损分析技术应用

本研究以鲁土司衙门晚期建筑塔尔殿和早期建筑万岁殿壁画为例,采用多光谱成像、便携式X-荧光仪(XRF)、便携式近红外光谱仪(NIR)、便携式数码显微镜等无损分析技术,在遗址现场对壁画的制作材料、工艺、历史干预等进行调查研究。多光谱摄影调查发现塔尔殿壁画所用颜料成份复杂。万岁殿主殿壁画局部有重绘现象,回廊壁画没有发现重绘和修改的现象,属明代早期原绘壁画。采用XRF结合NIR原位-无损分析相互提供佐证信息,可以确定绝大部分颜料,并经室内XRD分析验证。壁画的主要颜料红色为铅丹、朱砂,绿色为巴黎绿、氯铜矿、石绿,蓝色为人造群青、石青,黄色为雌黄、金,白色以铅白、石灰为主。部分颜料如黄色、蓝色,使用有机颜料可能性极大。氯铜矿和石青只发现于万岁殿回廊。壁画颜料使用时代特征明显。四种原位-无损分析方法结合,可以应用于壁画类不可移动文物制作材料分析、价值认知、干预历史调查等方面并取得良好的效果。

清末奏折染色工艺的无损光谱分析

奏折是一类特殊的纸质文物,是反映皇家文化的物证,其造纸和染色工艺体现了当时的政治制度文化和社会发展水平。奏折的材质较为脆弱,此前对此类文物的研究大多聚焦文字内容、样式、政治意义和保护修复方面,对本体材料和工艺方面的分析则相对匮乏。采用多种原位无损技术,对一份清末重臣岑春煊的请安折的材质和染色工艺进行了系统分析。通过紫外荧光摄影和傅里叶变换红外光谱分析确认黄绫面装饰的花纹使用了丝制品勾织而成。超景深显微观察、拉曼光谱及X射线荧光光谱(XRF)等结果表明奏折是使用了矿物颜料雌黄对纸张进行染黄,所用颜料的颗粒感细腻,推测其染色工艺可能采用了刷染法。雌黄颜料相比黄檗等有机染料更为昂贵,其使用不仅赋予了奏折防蛀防水的能力,更反映了奏折在清朝政治文化中的重要性,这也是纸张染黄案例中的又一新发现。此外,还探索性地运用光纤荧光光谱对奏折上朱批的颜料进行了分析,发现红色字迹为朱砂做墨书写,与拉曼光谱和XRF的结果相符。对奏折这类纸质文物的本体材料和工艺进行探究,有助于了解清代造纸和染色的技术特点,为合理保护和修复此类文物提供科学依据。同时也探讨了光纤荧光光谱在纸质文物的颜料鉴定方面的适应性,进一步拓展了无损光谱分析技术的应用。

天水仙人崖石窟壁画颜料层原位-无损分析研究

壁画是我国极为重要的文化遗产类型,具有极高的历史价值、艺术价值、科学价值、文化价值和社会价值。颜料层作为壁画的核心价值所在,包含古代历史文化、宗教信仰、政治经济、科学技术等多方面的信息内涵。常规的颜料层分析方法有原位无损和微损取样两种,取样分析方法虽能满足这类珍贵、脆弱文物的研究,但获取样品数量有限且会对本体造成不可逆转的损伤。综合运用数字成像以及光谱等分析技术对天水仙人崖石窟壁画颜料层进行工艺与制作材料研究。结果显示,正射影像图能够真实记录壁画当前纹理信息,色度仪可以量化表征壁画颜料的颜色,红紫外摄影可以提取可见光下不易探查的壁画绘制线稿、修复痕迹等隐含信息,高倍数码显微镜可观察壁画表面的微观形态及破损处的层次信息,便携式X射线荧光光谱仪可检测出颜料中的元素由此判断主要显色元素,高光谱采集所得数据与标准图谱比较后能够准确判定颜料的矿物种类。因此,多种原位无损分析方法的联合运用,可以减少对文物的直接干预,亦可达到对壁画颜料层认知的目的。这些非接触式的无损检测方法,可精细化研究壁画颜料层的色彩、物理、化学属性等内容,是壁画现场分析的重要手段,可在石窟寺、寺观殿堂、墓葬壁画的研究上进行推广,发挥其应有之用。

太平天国侍王府壁画表面修复材料的原位无损FTIR分析

太平天国侍王府壁画是中国南方壁画的典型代表,具有重要的历史、文化和艺术价值。历史上曾对多幅壁画进行过化学保护,部分壁画表面形成了一定厚度的有机物涂层,分析研究壁画保护修复材料成分对于文物保护具有重要的理论和现实意义。由于文物的珍贵性与不可再生性,原位无损分析技术的研究和应用是未来文物分析的发展趋势,基于便携红外光谱仪的反射红外光谱技术是对文物表面材质较为理想的无损分析手段。利用反射傅里叶变换红外(FTIR)光谱对侍王府壁画的地仗层和表面修复材料涂层进行了现场原位无损分析,这在我国古代壁画及其保护修复材料分析中属首次。首先测试了无涂层壁画白色背景位置反射FTIR光谱,并与标准无机矿物光谱比对确定了壁画地仗层成分主要为方解石和生石膏。在此基础上,分析了无涂层和有涂层壁画表面的红外反射特性及地仗层化学成分对表面涂层反射FTIR光谱测试的影响,探讨了应用Kramers-Kronig(K-K)变换处理数据的可行性,确定了K-K变换的应用范围,分析了壁画涂层K-K变换后反射光谱与衰减全反射(ATR)光谱的差异,并通过显微ATR FTIR光谱和热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术分析验证了原位反射FTIR光谱测试结果的可靠性,扫描电子显微镜(SEM)测量了涂层厚度,证明不同厚度涂层均能得到可解析的高质量反射FTIR光谱。最终确定侍王府壁画曾使用过聚醋酸乙烯酯、聚二甲基硅氧烷和三甲树脂三种高分子材料进行过表面加固,并得出壁画保存现状和修复材料及涂层厚度有较大关系。证明了基于反射模式的FTIR光谱技术能准确有效地获取文物表面有机物和部分无机物成分信息。该方法对表面有机涂层尤为敏感,是壁画类文物较为理想的无损分析方法,在壁画保护研究领域具有十分广阔的应用前景。同时,该研究弥补了我国壁画类文物表面有机物原位无损分析的不足,为该领域研究提供了一条新思路。

湖北熊家冢墓地出土玉器的pXRF无损分析

本研究采用便携式能量色散型X射线荧光光谱仪(pXRF)对湖北荆州熊家冢墓地出土的东周玉器进行了无损科技分析。结果表明:熊家冢墓地出土玉器的玉料具有多样性,根据玉器的用途和出土地点的不同,在用料和制作精细程度上都有区别;通过与相应玉石的理论化学组成相比较并结合少数样品的拉曼光谱分析结果,可以确定殉葬墓出土的装饰用玉如璜、璧、珩、管、牌等大都采用透闪石为原料,个别玉珩是用石英质原料制作而成;而马身上的玉饰片均以玉材质量相对较差的白云母为原料制作而成;此外还发现有水晶管、珠等器物。研究结果为深入认识熊家冢墓地出土玉器提供了基础科学依据,也充分体现了便携式分析设备在古代硅酸盐质文物的科技研究与保护中的作用。

利用显微傅里叶变换红外光谱仪原位分析铀矿物

利用显微傅里叶变换红外光谱仪分析技术,对下庄矿田338矿床矿石中的铀矿物进行了原位无损分析,避免了传统方法(KBr压片法)需要剂量大及纯度高的缺陷。实验表明:利用显微傅里叶变换红外光谱仪原位分析铀矿物是可行的,并且具有用量少(薄片面积大于20μm×20μm)及原位无损的特性,而利用显微傅里叶变换红外光谱仪的"MAPING"功能可以快速、大面积的鉴定不同矿物的接触关系,确定矿石的成分场特征。

嘉峪关长城博物馆馆藏魏晋画像砖颜料的原位无损分析

素有“地下画廊”之称的嘉峪关新城魏晋壁画墓是人类文明史上的重大发现,墓葬出土的彩绘画像砖为研究该时期的历史发展、社会生活及绘画技法提供了重要依据。综合应用便携式X-射线荧光(XRF)、拉曼光谱和数码显微镜等分析设备,对嘉峪关长城博物馆馆藏魏晋画像砖颜料进行无损分析。通过对砖画表面微观形貌的观察以及颜料元素与显色分子拉曼光谱的相互印证分析确定了砖画使用的白、黑、红、黄四种颜料的化学成分,研究结果为:白色颜料主要成分为石膏和方解石,黑色颜料为炭黑,红色颜料为朱砂和赤铁矿,黄色颜料为钒铅矿、砷铅矿和钼铅矿。研究工作还显示,X-射线荧光光谱(XRF)和拉曼光谱技术的互补结合,可以准确鉴别砖壁画中使用的大多数矿物颜料,且在文物颜料成分鉴定方面体现了简便、快速、准确、无损等优异性能,研究结果为馆藏画像砖修复与保护方案的制定提供了科学依据。

毛细管X光透镜三维共聚焦微束X射线荧光技术在岩矿样品分析中的应用

利用毛细管X光透镜搭建了三维共聚焦微束X射线荧光谱仪,处在激发道的多毛细管X射线会聚透镜和处在探测道的多毛细管X射线平行束透镜处于共聚焦状态,该共聚焦结构降低了X射线荧光光谱的背底,从而有利于降低的X射线荧光分析技术的探测极限。在上述共聚焦结构中,多毛细管X射线会聚透镜和多毛细管X射线平行束透镜的焦斑重合形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元内的X射线荧光信号,当该共聚焦微元在样品移动时,就可利用该共聚焦技术原位无损得到样品内部的三维X射线荧光信息。该共聚焦技术使用的多毛细管X射线会聚透镜具有103量级的功率放大倍数,从而降低了该共聚焦技术对高功率X射线源的依赖程度,即利用低功率普通X射线源就可以设计毛细管X光透镜共聚焦X射线荧光技术。利用上述共聚焦微束X射线荧光谱仪对两种岩矿样品进行三维无损分析,在其中一种岩石中发现:Fe浓度大的区域Cu的浓度也大,这在一定程度上反映了岩矿自然生长的机理。实验结果证明:该共聚焦X射线荧光技术可以在不破坏样品情况下分析岩矿样品中元素成分组成和元素三维分布情况。该共聚焦三维微束X射线荧光技术在矿石勘察、玉器选材和鉴别、石质食用器皿、"赌石"和家用石质地板检测等领域具有潜在的应用。

河南义马上石河春秋墓地出土铜器的锈蚀物分析

河南义马上石河春秋墓地出土了一批珍贵的青铜器,由于其本身结构的不稳定性以及出土前后环境的巨大变化、馆藏环境等多种因素的影响,这批铜器出现了不同程度的锈蚀现象。为了更好地对铜器进行有效的保护,我们对部分铜器的锈蚀物进行了原位无损分析,为制订科学的保护方案和研究提供了基础资料。

毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术在胶囊类药品分析中的应用

为了对胶囊类药品进行无损分析鉴别,利用两个多毛细管X光透镜搭建了共聚焦微束X射线荧光谱仪,两个处在共聚焦状态的透镜形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号,这有利于分别对胶囊壳和其内部药物进行原位无损元素分析,从而辨别它们的种类。分析了4种胶囊类药品对应的X射线荧光谱特征,从荧光谱图上可以看出不同胶囊类药品有不同的X射线荧光谱,对应不同的元素组成,所以可以利用胶囊内部药物对应的X射线荧光谱鉴别胶囊类药品的种类。实验证明,利用共聚焦微束X射线荧光技术可以在不破坏胶囊壳的情况下对胶囊类样品进行无损原位分析,该技术在胶囊类药品种类和真伪鉴别中具有潜在应用价值。