光谱分析技术在彩绘文物颜料分析中的应用

对颜料进行准确、无损或微损分析是文物保护领域研究的热点与难点。随着文物保护研究的不断开展及多学科技术的广泛交叉、融汇,各种光谱技术逐渐被应用到彩绘文物颜料的分析之中。从元素分析、结构分析、微区与形貌分析三方面探讨了X荧光光谱分析法、激光拉曼光谱法、光导纤维反射光谱法等常用光谱分析技术在彩绘文物颜料分析中的应用、特点、局限性及应用前景。     

拉曼光谱法在彩绘文物分析中的应用进展

拉曼光谱法是一种较为理想的彩绘文物分析技术,在取样量很少的情况下能获取较多的彩绘文物信息,实现对彩绘文物成分的无损或微损分析。本文通过大量彩绘文物颜料及胎体成分的拉曼光谱分析实例,介绍了该技术在文物分析中的优势,并阐述了拉曼光谱在彩绘胶料分析、产地分析和年代测定等方面应用的可行性和广阔前景。     

漫反射光谱技术对文物保护及相关问题的研究

应用自行研制的光导纤维反射分光光度计,研究了漫反射光谱技术在文物保护研究中的应用。主要工作包括： (1)通过比较待测颜料和标准颜料反射光谱曲线的形状和特征反射峰或一阶导数峰的位置,实现对彩绘文物颜料的分析鉴定。(2)用漫反射光谱技术监测金属表面状态的变化。文中通过对铜及其锈蚀产物漫反射光谱的研究得到了铜表面的一些信息,可见漫反射光谱技术对金属表面状态的研究具有特殊的功能。(3)通过研究文物保护修复材料的反射光谱特性,指导人们选择适宜的材料。作者的研究证实了漫反射光谱法是一种新的文物保护研究技术,具有简便、快捷和不损坏文物的特点,该工作使漫反射光谱技术成为文物保护研究的一种新的检测手段,同时也为漫反射光谱分析开辟了新的研究应用领域。     

光导纤维反射光谱技术在彩绘文物颜料无损分析鉴定中的应用

文物颜料成分分析鉴定是文物材质分析和文物保护工作的重要内容。利用自行研制的光导纤维反射光谱仪对唐代彩绘陶器和壁画上的颜料成分进行了无损分析鉴定,通过比较彩绘文物颜料和标准颜料的反射光谱曲线的形状以及特征峰或一阶导数峰来完成颜料的鉴定工作。光导纤维反射光谱法鉴定出西安市唐代彩绘文物1#样品墓葬壁画上的深红色颜料是纯度较高的土红;2#样品陶器残片上的绿色颜料为石绿;3#样品陶缸残片上的橙红色和朱红色颜料分别是由大量铅丹和微量土红及大量朱砂和微量土红的混合物所组成。采用X射线荧光分析法进行验证,实验结果表明光导纤维反射光谱技术鉴定彩绘文物颜料成分的结果是准确、可靠的,提供了一种文物颜料无损分析的简捷方法。     

便携式拉曼光谱用于文物及文物保护材料光老化作用的快速评价

文物保护与考古工作者最为关心的是从文物中无损提取各种有用信息,了解文物老化状况,以便采取合适的保护措施.文章选用桑蚕丝、书画和彩绘文物常用材料印章、胭脂、朱砂、朱膘国画颜料为样品,采用便携式拉曼光谱仪检测样品在紫外光辐照前后光谱变化,进行文物光老化研究.结果表明,在360 nm波长,照度0.68 w·m-2的紫外光下.蚕丝样品47 h发生明显降解现象;便携式拉曼光谱仪采集的光谱能清晰鉴别出印章印泥种类和来源,灵敏检测出印泥和其他国画颜料经163 h紫外辐照后发生氧化分解及颜料分子结构的变化.该工作为文物现场检测、研究实际环境因素对文物影响作用,为研究文物衰变规律提供了一种便捷检测手段.     

高光谱成像技术在彩绘文物分析中的研究综述

彩绘文物是文化遗产研究的重要内容之一。目前,许多的化学、光谱以及数字成像等分析技术应用于彩绘文物研究中,其中,高光谱成像技术集光谱分析与成像技术为一体,具有无损、快速成像以及"图谱合一"的特点。其技术特点使得高光谱成像技术在非接触、无样本的条件下对彩绘文物进行无损研究,既可以获得彩绘文物的整体形貌特征,还可以深入分析彩绘文物的光谱特征,是高光谱成像技术相比于其他彩绘文物研究方法的独特优势。利用高光谱成像技术研究彩绘文物分为数据采集、数据分析以及数据应用三步,其中数据分析与数据应用是研究的主要内容。通过对高光谱成像技术在彩绘文物中的相关研究成果进行总结归纳,其数据处理方法主要包括高光谱数据降维、光谱特征参量化、光谱解混合以及分类方法四个方面,并分别描述了四类处理方法的主要功能、常用方法和已有案例。从具体应用方向上,可归纳为视觉增强、隐含信息挖掘、保护监测和颜料分析四类,具体描述了四类应用方向所涵盖的内容以及所解决的问题。最后对相关研究中存在的挑战和发展前景进行了总结和展望。     

铜绿颜料的光谱分析及稳定性研究

在中国颜料使用历史中,铜绿是绿色颜料中使用较为普遍的一种,具有使用地域广、时间长的特点。以碱式氯化铜为主要成分的铜绿为研究对象,探讨了其性质、四种同分异构体的光谱特性及热力学稳定性,并介绍了在彩绘文物中的应用。结果表明,采用拉曼光谱分析可以快速鉴别铜绿四种同分异构体,且对样品仅微损甚至无损。碱式氯化铜四种同分异构体的稳定性大小依次为：斜氯铜矿＞副氯铜矿＞氯铜矿＞羟氯铜矿。对文物样品中的铜绿进行鉴别发现样品中的铜绿多为羟氯铜矿和氯铜矿,属于四种同分异构体中较不稳定的状态。根据奥斯特瓦尔德规则(Ostwald step rule)的相关理论,建议在今后的保护工作中要加强对所属彩绘文物环境等的监控力度,以防止引起彩绘文物发生物理、化学结构的改变。     

北魏墓彩绘陶俑颜料的显微拉曼光谱分析

利用拉曼光谱对洛阳地区两座北魏墓出土陶俑的彩绘颜料进行了分析, 与标准颜料样品的拉曼光谱相比较, 识别出了陶俑所使用的红色、黑色、白色和蓝色颜料的显色成分。研究结果表明, 显微拉曼光谱分析技术非常适合对古墓葬彩绘陶俑进行成分分析。     

无损光谱技术在彩绘陶质文物分析中的应用进展

彩绘陶质文物拥有丰富的信息内涵,对于研究我国古代历史文化、经济商贸、科学技术发展起到极其重要的作用。但由于彩绘陶质文物的珍贵性和不可破坏性,普通分析技术难以满足其测试要求,近年来无损光谱技术被引入文物分析检测领域并逐渐得到应用。本工作从彩绘颜料分析、陶胎分析以及器物信息提取等三个方面阐述了激光拉曼显微光谱、激光诱导击穿光谱、能量色散X射线荧光光谱等无损光谱技术应用的现状、方法原理、特点及局限性,并对无损光谱技术在彩绘陶质文物分析中的应用进行了展望。     

偏光显微分析和拉曼光谱分析在彩绘颜料鉴定中的应用

彩绘文物的颜料分析在文物分析中占据重要的地位,在实际的应用中有多种手段用于颜料的分析鉴定,这些分析手段各有其优缺点,其中偏光显微分析(PLM)和拉曼光谱分析(RM)由于取样少、速度快、制样简单、灵敏度高等优点而在实际分析中广泛应用。本文通过对西藏采集的壁画颜料样品进行偏光显微分析、对四川广元千佛崖的绿色颜料样品进行拉曼光谱分析,以此来系统阐述这两种分析方法在彩绘颜料鉴定中的应用。     

μ-XRF/μ-RS vs. SR μ-XRD for pigment identification in illuminated manuscripts

For the non-destructive identification of pigments and colorants in works of art, in archaeological and in forensic materials, a wide range of analytical techniques can be used. Bearing in mind that every method holds particular limitations, two complementary spectroscopic techniques, namely confocal μ-Raman spectroscopy (μ-RS) and μ-X-ray fluorescence spectroscopy (μ-XRF), were joined in one instrument. The combined μ-XRF and μ-RS device, called PRAXIS unites both complementary techniques in one mobile setup, which allows μ- and in situ analysis. μ-XRF allows one to collect elemental and spatially-resolved information in a non-destructive way on major and minor constituents of a variety of materials. However, the main disadvantages of μ-XRF are the penetration depth of the X-rays and the fact that only elements and not specific molecular combinations of elements can be detected. As a result μ-XRF is often not specific enough to identify the pigments within complex mixtures. Confocal Raman microscopy (μ-RS) can offer a surplus as molecular information can be obtained from single pigment grains. However, in some cases the presence of a strong fluorescence background limits the applicability. In this paper, the concrete analytical possibilities of the combined PRAXIS device are evaluated by comparing the results on an illuminated sheet of parchment with the analytical information supplied by synchrotron radiation μ-X-ray diffraction (SR μ-XRD), a highly specific technique. PACS  33.20.Fb; 61.05.cp; 33.20.Rm; 07.85.Qe; 91.65.An     

中国古画矿物颜料光谱混合模型初探-以石青和石绿为例

高光谱遥感技术对文物完全无损,适于对中国古画等文物进行颜料的鉴别与分析,但是中国古画中混合颜料不同成分的定量分析仍然是文物颜料分析领域中的难点。针对中国古画中经常出现的混合颜料现象,以石青、石绿两种典型的矿物颜料为例,选用粒度大小相同的两种矿物颜料粉末,按照不同的体积比例精确配比获取颜料样本,然后精确控制实验条件获取其光谱。对混合光谱分别用全约束最小二乘法进行全波段光谱解混,用比值导数解混算法进行单波段光谱解混,然后评定解混精度并对解混结果进行对比分析,探讨这两种矿物颜料的光谱混合模型。实验结果表明,石青、石绿两种矿物颜料的光谱混合从总体上来说非线性混合特征较强,但是在局部某些波段又基本符合线性混合模型,利用这些波段采用比值导数法解混,可以得到远高于全波段解混精度的定量分析结果。     

文物研究与保护中的无损分析技术

文物信息的提取与研究对于揭示古代遗物内涵的人类社会、文化等历史信息有着举足轻重的作用。一方面可以了解古代的工艺技术特征,探寻文物制作技术起源及其发展历程;另一方面可以进行病害调查分析,为保护文物提供有效信息。由于文物不可再生的珍贵性,探索和应用现代无损分析技术进行文物研究和保护尤为重要。该文细致梳理了目前主要在文物研究与保护中的无损分析方法及其应用现状：用于文物内部和表面影像分析的X光照相技术、红外成像技术、CT技术、多光谱成像技术和三维激光扫描技术;用于文物表面微观形貌观察和显微结构分析的光学显微镜和电子显微镜;用于文物化学组成分析的X射线荧光光谱和激光剥蚀等离子体质谱分析技术;用于文物物质结构分析的微区XRD、反射式红外光谱和显微激光拉曼光谱分析技术。同时,对这些无损分析技术的优势和局限性进行了初步分析,预期随着科技研究水平的不断提高,这些无损分析技术未来将向着小型化、自动化和便携化的方向发展,在文物研究和保护中有着十分广阔的应用前景。     

文物红色系颜料高光谱识别指数研究

红色系矿物颜料曾被艺术家们大量地使用在古画和古建筑上.正确地识别出不同种类的红色系颜料对于文物监测与修复具有重要意义.传统的颜料识别主要依靠化学分析,不仅识别速度慢、识别范围小,而且对文物进行取样操作会造成文物的永久损伤.高光谱技术对颜料进行无损识别可以很好地解决这些问题.选用辰砂、胭脂、银朱、朱膘、朱砂、赭石、赭粉、...     

光导纤维反射光谱法在文物、艺术品分析和保护中的进展

文物是不可再生的宝贵遗产,艺术品是不可多得的文化财富,对文物和艺术品进行分析时应尽可能避免对其造成损伤。光导纤维反射光谱法作为一种无损、快速的分析检测方法,具有无损检测、直接测量和远程分析的特点,在文物和艺术品研究中具有独特的优势。介绍了光导纤维反射光谱法在颜料及染料鉴定、胶结材料分析以及研究保护效果和保存条件方面的应用,探讨了光导纤维反射光谱方法的检出限、重现性和信号表征方法,并展望了光导纤维反射光谱法在文物和艺术品研究中的发展趋势。     

Polychrome glass from Etruscan sites: first non-destructive characterization with synchrotron μ-XRF, μ-XANES and XRPD

This work is devoted to the characterization of a suite of very rare, highly decorated and coloured glass vessels and beads from the VII to the IV century BC. The most serious difficulty in developing this study was that any sampling – even micro-sampling – was absolutely forbidden. As a consequence, the mineralogical and chemical nature of chromophores and opacifiers present in these Iron Age finds were identified by means of the following synchrotron-based, strictly non-destructive, techniques: micro X-ray fluorescence (μ-XRF), Fe K-edge micro X-ray absorption near edge spectroscopy (μ-XANES) and X-ray powder diffraction (XRPD). The μ-XRF mapping evidenced high levels of Pb and Sb in the yellow decorations and the presence of only Sb in the white and light-blue ones. Purple and black glass show high amounts of Mn and Fe, respectively. The XRPD analyses confirmed the presence of lead and calcium antimonates in yellow, turquoise and white decorations. Fe K-edge μ-XANES spectra were collected in different coloured parts of the finds, thus enabling the mapping of the oxidation state of these elements across the samples. In most of the samples iron is present in the reduced form Fe²⁺ in the bulk glass of the vessels, and in the oxidized form Fe³⁺ in the decorations, indicating that these glass artefacts were produced in at least two distinct processing steps under different furnace conditions. PACS  29.20.Lq; 81.80.Kf; 61.10.Ht     

庙底沟遗址出土仰韶文化彩陶的科学研究

彩陶文化作为新石器时期的重大发明,改变了远古先民的审美方式,而著名的仰韶文化以其彩陶的优美造型、绚丽色彩和丰富的纹饰揭示了原始的艺术特征,承载了史前时期重要的社会文化信息。而利用现代光谱分析技术准确、无损和微损的特点,可以为文物保护的研究提供更科学的技术支撑。研究应用相位辅助光学三维扫描、多光谱成像、X射线荧光、激光拉曼光谱分析技术,对河南省陕县庙底沟遗址出土的新石器时代晚期仰韶文化彩陶碗进行面、点相结合的综合分析,获得了较为完整的文物物理和化学信息。利用三维扫描技术所构建的彩陶碗数字化模型对样品进行了几何尺寸的非接触测量和虚拟修复,利用多光谱成像技术所获得的灰度图像对样品表面化学特征相似区域进行了区分,结合X射线荧光和激光拉曼光谱分析技术对彩陶残片的分析结果,确定了所分析彩陶样品的主要化学成分特征和颜料物相组成。综合研究结果,提出了建立彩陶文物多源信息数字化模型的构想,为这类文物的数字化保护和展示提供了基础科学信息。     

基于众数的比值导数法在混合颜料解混中的研究

混合颜料比例的确定一直是文物精确修复的难点,传统的文物色彩修复是在基于经验基础上不断试色的过程,效率不高。本文在原有比值导数法的基础上,通过改进特征波段的选取方法,提出基于众数的比值导数光谱法进行光谱解混。利用模拟数据与真实数据进行了检验,结果表明该方法能够缩小修复过程中试色的范围,提高解混精度,在文物混合颜料识别分析中有很大的应用潜力。