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.     

西藏拉萨大昭寺转经廊壁画颜料的拉曼光谱分析

利用显微激光拉曼光谱仪对大昭寺转经廊壁画颜料进行了分析。结果表明,壁画使用的红、黄、蓝、绿和白色颜料有朱砂、铅丹、甲苯胺红、雌黄、铅铬黄、铁黄、石青、群青、石绿、水胆矾、巴黎绿、菱镁矿、立德粉和方解石。首次发现壁画中使用了合成有机颜料甲苯胺红。检测分析结果提供了准确可靠的资料,有助于清晰认识不同时期壁画绘制和修复所使用颜料成分。     

1945年银行票据样品印刷颜料无损鉴定

利用超景深三维视频显微镜、激光显微共聚焦拉曼光谱仪、扫描电镜-能谱仪等,对一张1945年银行票据样品的印刷颜料进行测试分析,结果显示该票据印刷使用了颜料红146和颜料红53∶1等有机颜料,以及朱砂、碳黑、普鲁士蓝、副雄黄和χ构型雄黄等无机颜料,并推测棕黑色手写字迹由蓝黑墨水老化褪色形成。票据中各处色块多为单一呈色,有两处印章由朱砂与不同晶型的雄黄共同呈色,并且首次发现χ构型雄黄和副雄黄作为印刷颜料使用。研究表明,上述三项技术的联用可以成功地对纸质品上的有机及无机颜料进行无损鉴定,在纸质文物研究中具有广阔的应用前景。     

唐卡主色矿物颜料光谱分析

唐卡作为一件艺术品,具有较高的历史价值和艺术价值。对唐卡的矿物颜料进行鉴别分析,对唐卡的鉴定、修复、数字化存档、再现等具有非常重要的意义。该研究对唐卡主色矿物颜料进行体系性的光谱分析,选用唐卡绘制过程中5种主色常用的矿物颜料,深入分析矿物颜料的可见光、近红外、短波红外光谱特征产生机理,总结了不同色系矿物颜料可见光、近红外、短波红外谱段光谱特征。通过分析同一矿物颜料粉末、调和骨胶颜料以及颜料上布色卡光谱特征,发现粉状颜料调和骨胶后,反射率整体下降,在1 447和1 928 nm附近出现两个水的强吸收特征。而当骨胶溶物涂绘上布后,随着膏状颜料中水分的减少,上述两个吸收特征均变弱,个别颜料在1 447 nm处的吸收特征甚至消失。因此,矿物颜料粉末和颜料上布色卡光谱极为接近,可以在后期的唐卡颜料分析中直接利用唐卡矿物颜料粉末光谱进行匹配分析。唐卡红色矿物颜料为朱砂,矿物成分主要为HgS,其光谱在可见光波段先降后升,500 nm附近形成一个较深的吸收特征,且吸收峰较宽（430～530 nm）,红光谱段附近反射率急速升高,近红外波段反射率变化较为平直,在1 940和2 250 nm附近有弱吸收特征。唐卡黄色矿物颜料主要有三种：土黄（雄黄、雌黄）,赭石及金箔,主要成分分别为硫化砷、氧化铁及金。其特征光谱在可见光谱段集中在400～500 nm之间,不同颜料的吸收特征位置和吸收深度均不同。赭石在近红外波段的反射率整体较低,且860 nm附近还出现了吸收特征;而雄黄、雌黄和土黄则在近红外和短波红外谱段表现出反射率较高且波形平直,在1 890和2 230 nm附近有弱吸收特征;金箔在可见光波段的吸收特征窄浅,可作为区分的依据。唐卡蓝色矿物颜料为石青,主要矿物成分为蓝铜矿,其光谱在500～1 000,1 500,2 040,2 285和2 350 nm附近均有较强吸收特征,而在1 885和1 980 nm处有弱吸收特征。唐卡绿色矿物颜料为石绿,主要矿物成分为孔雀石,其光谱在550～1 000 nm有较强的宽吸收特征,在2 270和2 350 nm有明显吸收特征。尽管石青和石绿主要矿物成分皆为碳酸铜,但石绿在900～1 900 nm红-近红外谱段反射率增加较缓,1 500 nm无吸收特征,可以作为区分石青和石绿的依据。唐卡白色矿物颜料为砗磲和白土,主要矿物成分分别为碳酸钙和高岭土。在可见光谱段范围,砗磲在370 nm有弱吸收特征,而白土则在370和730 nm处有两个明显的吸收特征,可作为区分。在短波红外和近红外谱段,白土在1 425,1 930和2 230 nm均具有明显吸收特征,砗磲则在1 930和2 320 nm有明显吸收特征,1 440 nm处吸收特征较弱。且同种矿物颜料粉末,矿物粉末颗粒越大,颜料颜色越深,其光谱特征反射率越低。     

“钟离君柏”墓出土彩绘陶器颜料的光谱分析

利用拉曼光谱结合X射线衍射物相检测方法,对安徽蚌埠双墩春秋中晚期“钟离君柏”墓出土彩绘陶器颜料的物相结构进行了分析测定。结果表明,陶器表面的红色、黄色和黑色颜料皆保存较好,未发生明显变化,分别是无机矿物朱砂(HgS)和针铁矿(α-FeO(OH))及炭黑。同时,拉曼光谱与X射线衍射分析的结果都显示红色颜料朱砂的组成物相单一,不含天然朱砂的伴生矿物石英,且其晶粒尺寸可能在纳米范围,应是由人工合成或经过古人的加工、纯化处理。针铁矿的发现表明春秋时期该矿物己被用作黄色颜料,这是目前己知的针铁矿作为黄颜料使用的最早的实例。     

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。     

陶寺遗址陶器彩绘颜料的光谱分析

利用拉曼光谱结合X衍射和红外光谱物相检测方法,对山西襄汾县陶寺遗址出土陶器的表面含量极少的彩绘颜料及其胶结物质的物相结构进行了分析鉴定。结果表明,红色矿物颜料,白色矿物颜料保存都较为完好,未发生显著的变化,分别为朱砂(HgS)和碳酸钙(CaCO₃)无机矿物,此外红外光谱的分析结果表明红色颜料是通过熟石灰(Ca(OH)₂)胶结材料胶结到陶器表面的,碳酸钙的形成应当是熟石灰长期吸收空气中的二氧化碳的结果。这一研究表明显微拉曼光谱和红外光谱分析技术非常适合考古发掘中含量较少的彩绘颜料的科学鉴定,较X衍射的物相鉴定更为简洁明了; 另外朱砂中并未发现石英矿的伴生,这一结果或可表明早在4000年前的陶寺先民已掌握朱砂颜料的合成技术。     

北京故宫养心殿燕喜堂及西围房建筑彩画的分析研究——一种检测颜料和胶结物的集成检测方法

北京故宫是现存规模最大、保存最完整的木结构古建筑群。2015年底,故宫养心殿启动研究性保护修缮工程,燕喜堂是养心殿的后殿西耳房,是此次维修的重点对象之一。彩画是古建筑的重要组成部分,不仅具有美化装饰的作用,更有对木材的防腐保护功能。为了能更好地辅助燕喜堂及西围房建筑彩画的保护与修复,需要对彩画原始材料以及工艺进行检测研究。使用一套集成检测方法：包括样品横截面分析、扫描电子显微镜背散射及能谱技术、拉曼光谱技术、荧光染色法、酶联免疫法、免疫荧光法以及热裂解气相色谱法,分析了故宫养心殿燕喜堂及西围房建筑彩画样品的颜料、沥粉、胶结材料的成分,以及结构关系。结果表明燕喜堂西围房使用的颜料有朱砂、铁红、群青、石青、石绿以及副氯铜矿型铜绿;沥粉的无机组成为石英、滑石、白垩或白云石。胶结材料检测结果发现彩画地仗层中普遍掺加了桐油,颜料层中掺加了动物胶。梁上彩画除了表面图案,地仗层底部还有一层朱砂颜料,同时地仗层内部也不规则地发现朱砂颜料。此外,表层红色颜料通常由两层颜料组成,内层的显色成分是铁红和朱砂,颜料颗粒直径1 μm左右,外层颜料由朱砂组成,颜料颗粒大小不一,直径1～30 μm范围内。上述检测结果不仅可以部分看出燕喜堂及西围房建筑彩画的工艺特征,也表明该集成检测方法可行、所需样品量少,是一种经济实用的彩画文物检测方法。     

基于ATR-FTIR和PAC微损快速鉴别颜料层中的蛋白质粘合剂（英文）

相较于气相色谱-质谱(GC-MS)和高效液相色谱(HPLC),衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)能实现绘画颜料中蛋白质种类的"不分离即分析",从而简化分析步骤和减小文物样品的消耗。这项研究验证了ATR-FTIR用于颜料中蛋白质种类鉴别的可行性。以石青和白垩为矿物颜料,牛奶、明胶和鸡蛋为蛋白质粘合剂制备了新鲜样品和经紫外光老化的模拟文物样品,运用二阶导数光谱和主成分分析建立了模式识别模型。结果表明模拟文物样品中蛋白质的种类能通过新鲜样品建立的模型进行识别。因此, ATR-FTIR在文化遗产领域中蛋白质种类的微损和快速鉴别具有巨大的潜力。     

基于ATR-FTIR和PAC微损快速鉴别颜料层中的蛋白质粘合剂

相较于气相色谱-质谱(GC-MS)和高效液相色谱(HPLC),衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)能实现绘画颜料中蛋白质种类的“不分离即分析”,从而简化分析步骤和减小文物样品的消耗。这项研究验证了ATR-FTIR用于颜料中蛋白质种类鉴别的可行性。以石青和白垩为矿物颜料,牛奶、明胶和鸡蛋为蛋白质粘合剂制备了新鲜样品和经紫外光老化的模拟文物样品,运用二阶导数光谱和主成分分析建立了模式识别模型。结果表明模拟文物样品中蛋白质的种类能通过新鲜样品建立的模型进行识别。因此,ATR-FTIR在文化遗产领域中蛋白质种类的微损和快速鉴别具有巨大的潜力。     

基于远程LIBS-Raman光谱的火星矿物成分分析方法研究

实现了一套实验室环境下的LIBS-Raman测试系统的设计,并验证激光诱导击穿光谱技术（LIBS）和拉曼（Raman）光谱技术在火星模拟环境下矿物样品的综合检测能力。该系统使用卡塞格林望远镜结构进行远程的LIBS激发,使用旁路反射光路进行远程脉冲Raman光谱的激发,其激发光源的波长分别为1 064和532 nm。之后统一使用卡塞格林望远镜进行二者光谱信号的收集。为了充分模拟火星表面矿物所处的物理条件,设计与实现了一套气体腔体,通过将样品放置在气体舱中,可以实现对火星表面条件进行最大程度的模拟。为了验证使用该LIBS-Raman系统进行火星矿物分析的能力,利用8种典型矿物(孔雀石、蓝铜矿、雄黄、雌黄、文石、方解石、硬石膏和石膏等)样品展开实验分析。在这些样品中存在巨大的元素和分子成分上的差异,其中孔雀石、蓝铜矿分子具有不同的价态和原子比例;雄黄、雌黄分子的各原子的个数均不相同;文石、方解石虽具有相同的分子式,但是晶体结构明显不同;硬石膏和石膏矿物的差异则体现在其分子有无含有结晶水上。利用LIBS和Raman技术对这些差异性进行研究,以此来验证在火星条件下使用此组合仪器分析矿物种类和成分的有效性,并研究激光诱导击穿光谱技术和拉曼光谱技术在物质成分分析中的优缺点。实验结果表明,该系统可以在火星条件下有效分析矿物种类和成分。该对比实验还验证了在分析火星物质中的特定矿物元素组成这一问题上,LIBS技术可快速区分元素种类,但针对分子信息探测存在明显局限性;Raman光谱技术则可以在一定程度上对这种局限性进行补偿。二者结合将有效提高极端条件下具有不同分子组成和结构的矿物的识别效能。该系统的成功验证可为进一步火星探测计划提供有力补充,并对实验室建立有价值数据库提供帮助。     

颜料层微观形貌对古代壁画褪色及显现影响

文物壁画在自然环境下产生褪色现象具有复杂性,严格意义上讲,人们无法重现自然环境下这种褪色发生的条件,但这并不妨碍人们研究其褪色原因的可能性和途径。通过实验来验证所提出机制的合理性,这也符合自然科学普遍采用的研究方法。提出颜料层微观形貌变化是引起壁画褪色的一种重要原因。胶料作为颜料层的连续相,当胶料分解时,颜料层微观形貌必然产生变化,为证明这种变化会引起颜料层褪色,而非颜料变化所致。建立了以具有较高热稳定性的赭石为颜料,以明胶作为粘接剂制成模拟的壁画颜料层。然后通过加热处理使胶料发生氧化分解,从而造成颜料层微观形貌发生变化,但赭石颜料依然稳定,期望证明在颜料赭石不发生变化时,由于颜料层微观形貌变化也可引起颜料褪色。实验通过煅烧壁画颜料层模拟样获得胶料降解的壁画模型,分别以SEM及多角度反射率光谱等技术,考察模拟样胶料降解前后表面微观形貌和光学性质变化。结果表明：壁画模拟样煅烧后,颜料层表面产生空隙结构,样品表面多角度反射率光谱表明煅烧后样品颜料层对可见光的反射增加而吸收降低,并观察到模拟样颜色淡化。以无色,难挥发,且不与颜料层发生化学反应的离子液体涂覆褪色样品表面,以上述技术表征涂覆处理前后颜料层表面微观形貌和表面光学性质变化,结果表明：离子液体填充了褪色样品表面颗粒间空隙,检测到样品表面对可见光的反射降低而吸收增加,观察到褪色样品的颜色加深。以上实验结果证明了推测合理性,即微观形貌变化确实会引起颜色变化。依据此原理以唐代墓室褪色壁画为例,进行了显现修复应用研究,其颜色显现效果显著。     

8—羟基喹啉铝的荧光老化机制

报导了８－羟基喹啉铝（Ａｌｑ３）在紫外光照射下发生荧光猝灭的机制,测量了Ａｌｑ３在光照射前后的紫外－可见吸收光谱、荧光光谱、红外吸收光电子能谱（ＸＰＳ）,分析了紫外光照射后Ａｌｑ３分子结构变化,证明了产生结构变化的根源是中水与Ａｌｑ３发生了化学反应,对Ａｌｑ３的我老化机制提出了可能的解释。     

受干扰光谱信息中矿物颜料粒径信息的获取

矿物颜料的准确配色是实现文物壁画高品质修复,颜色高保真还原的关键技术。矿物颜料颗粒的粒径大小是影响矿物颜料颜色信息和光谱反射率信息的一个重要因素。准确获取壁画表面的矿物颜料光谱反射率信息,是实现颜料颗粒粒径信息识别的有效途径。但是,由于壁画表面矿物颜料部分采样点的光谱信息受到了干扰,无法与不同粒径的矿物颜料的光谱数据库准确匹配,因此也无法从采集的光谱信息中获取有效的粒径信息。针对受干扰的颜料光谱信息,提出利用比值导数法对其进行处理。把光谱信息从光谱反射率空间转换到比值导数光谱空间进行匹配,降低光谱中的干扰信息,增强矿物颜料颗粒本身的光谱特征信息。以壁画中常用的不同粒径的石青和石绿矿物颜料为实验对象,制成色块样本,以基底和白色颜料为主要影响因素,对文中提出的方法进行测试。光谱角度量的结果和光谱曲线图的匹配结果显示,在比值导数光谱空间,获得了满意的光谱匹配精度。验证了文中提出的分析方法可以解决实验中受干扰颜料光谱匹配不准确而无法获得粒径信息的问题,能够为壁画修复过程中矿物颜料的配色提供准确的粒径信息参考。     

一种用多色光作为激发源产生拉曼光谱的新算法

探讨用多色光代替激光作为拉曼光源的新型拉曼光谱仪的可能性。根据拉曼光谱原理, 并通过数学分析, 发现当用多色光照射在样品上时, 所得到的散射光经散射频率校正后在不同频率上的强度分布可以写成样品的Raman-Rayleigh联合散射谱和激发光光源的功率谱的卷积。利用傅里叶变换算法,有可能从多色光照射样品所得到的散射光谱中导出样品的拉曼光谱。基于上述原理,可能发展出不用激光的新一代拉曼光谱仪。     

有机和无机国画颜料漫反射光谱和吸收光谱特征研究

国画颜料解混一直是古画颜料研究的重要内容,其中光纤反射光谱（FORS）是无损化探测颜料类别的常用手段。通过CCD光纤光谱系统,从光谱线型对国画颜料进行了分类,分别探测了两种有机植物颜料藤黄和胭脂在不同比例混合下的漫反射光谱与吸收光谱,并获取了不同色系无机矿物质颜料混合后的漫反射光谱。分析了单一颜料和混合颜料的光谱特征峰值,运用多元线性回归（MLR）以及一阶导数光谱法（FDS）,通过全波段线性解混获得了各组分颜料的比例。经过实验与理论分析,藤黄与胭脂的漫反射光谱为S型,混合颜料一阶导数光谱中两特征峰的位置分别为536和649 nm,在漫反射光谱中多元线性回归基本适用于该混合颜料的解混并显示出一定的线性规律,但无法精确地解混。而混合颜料的吸收光谱与单色光谱之间存在较好的线性关系,解混误差在5%左右。无机矿物质颜料中的漫反射光谱有S型（石黄和赭石）和钟型（石青和石绿）两种。首先,对于S型（石黄）与S型（赭石）混合颜料漫反射光谱,赭石的一阶导数光谱出现明显的“三峰”现象,并且混合颜料一阶导数光谱在534 nm处出现新的特征峰。多元线性回归理论虽适用于该混合颜料的解混,但由于不同颜料解混的权重因子不同,无法形成较为精准的线性模型。其次,对于S型（赭石）与钟型（石绿）混合颜料的反射光谱需要多元线性回归与导数光谱法共同判断混合比例的基本趋势,该光谱在400～800 nm范围内仅有一个交叉点。最后,利用钟型（石青）与钟型（石绿）混合颜料反射光谱的特征峰位置,即可判断出颜料混合比例的特征,随着混合比例的变化,反射光谱特征峰在457～524 nm出现了明显的横向移动,并且混合颜料光谱的峰值强度有明显的减弱。     

新疆库木吐喇石窟壁画铅颜料的拉曼光谱分析

利用显微镜、扫描电镜和激光拉曼光谱技术对库木吐喇石窟壁画铅颜料进行分析,结果显示棕黑色颜料是二氧化铅和铅丹,橘红色和棕红色颜料是铅丹。采用拉曼光谱检测铅颜料,选择恰当的激光波长和检测功率是获取准确分析结果的关键,较长的激光波长和低的功率能确保铅颜料稳定。研究还发现了石窟壁画颜料铅丹的变色现象。     

唐代苏同家族墓天王俑彩绘的光谱分析

天王俑是中原地区的达官贵人墓葬的镇墓俑,是唐墓葬冥器中重要的一种神煞俑。为探究天王俑彩绘颜料的组成元素以及彩绘工艺,使用X射线荧光光谱分析了陕西省咸阳市渭城区苏同家族墓KTJ-2019-019M2、 KTJ-2019-019M3坑出土的天王俑彩绘区域的元素组成。分析结果表明陶俑表面金色贴片主要为金箔(Au);红色颜料的组成元素则是Hg、 S以及少量的Pb、 P;蓝色颜料和绿色颜料的组成元素均为Cu,白色颜料的组成元素为P、 S、 Pb。使用拉曼光谱对彩绘颜料层的鉴定物相,使用拉曼光谱分析技术对彩绘层分析结果确定了红色颜料的主要组成物相为朱砂(HgS)和铅丹(Pb₃O₄)的混合颜料;蓝色颜料的主要组成物相为石青;绿色颜料的主要组成物相为石绿;白色颜料的组成物相可能为铅白。进一步使用XRF面扫描技术分析了天王俑的彩绘工艺,解析金、红、蓝、绿色区域的组成元素位置,发现陶块样品中的M₂-1金色陶块、 M₃-1白色陶块、 M₃-2红色陶块、 M₃-3蓝色陶块、 M<...     

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...     

成都武侯祠彩绘泥塑颜料的拉曼光谱分析

利用显微镜、激光拉曼光谱和扫描电子显微镜对成都武侯祠彩绘泥塑颜料进行了分析。结果表明:颜料有红色朱砂、赭石、铅丹,蓝色颜料为酞菁蓝和群青,绿色颜料是酞菁绿,黄色颜料为密陀僧,白色颜料钛白,黑色颜料是炭黑。研究发现合成有机颜料酞菁蓝和酞菁绿作为彩绘颜料使用,颜料分析结果为文物的保护修复和修复材料选择提供了科学数据。