无损检测分析技术在文物保护中的应用

无损检测分析技术在文物保护中的应用

王文嘉

河南博物院 河南郑州 450000

摘要：文物保护工作中，文物检测属于极为关键性工作，是文化遗产保留、文物政治、经济及历史价值展现的重要保障。科技发展进步下，诞生了多种新型现代检测分析技术，其中，无损检测分析技术在纸质文物检测与修复方面发挥了巨大的应用价值。由于纸质文物自身材料的局限性，保存环境不佳会导致其出现老化或降解问题，鉴于纸质文物价值较高，具有无损特征的无损检测分析技术在纸质文物鉴别分析中应用是必然趋势。为此，文章将围绕纸质文物检测，对红外光谱检测法、拉曼光谱检测法以及核磁共振等几种无损光谱检测方式的具体应用展开探讨。

关键词：纸质文物；无损检测分析技；光谱技术；文物保护

0引言

纸张是以植物纤维为主要原料制作而成的，易因光照、水分及氧气作用而发生降解，也会产生霉菌或被昆虫损坏，从而出现老化或破损问题。以往纸质文物诊断评估均是以目测或取样测试方法为主，前者受主观意识及经验影响较大，取样量大则是后者的弊端。因文物具有不可再生性、完整性保存才更具价值。无损检测分析方法的诞生，可在光谱等技术应用下科学分析纸质文物的老化机理，对其真伪性进行鉴别，可实现纸质文物状态的精准评价。

1.文物保护中无损检测应用的目的分析

真伪辨识是文物古器收藏考古界的重要目的，既要辨识古物的制作材质，还要分析加工工艺，了解艺术风格，通过这三个方面便可分辨出文物的真伪。因目视辨别方法精准度不高，所以可通过比重分析、红外光谱分析等无损分析方法辨明文明的真假。同时，文物保存条件及环境存在差异，所产生的病害特征各不相同，所以需要通过病害的发现、分析以及防治三个方面进行文物保护，可利用色度分析等无损分析方式进行病害的发现与分析。

2.文物保护无损检测分析技术的应用分析

2.1红外光谱检测分析法

在化合物分析、分子结构检测方面，红外光谱检测方法具有重要应用价值。由于所应用检测设备的不同，红外光谱可划分为近红外、中红外、远红外三个光区。其中，应用于纸张鉴定与分析方面的主要是近红外光谱与中红外光谱。

2.1.1傅里叶变换衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）

中红外光谱法是常用的红外无损检测分析方法，这是因为中红外具有良好的吸收特性，特征十分显著，并且技术发展相对成熟。ATR-FTIR这种无损检测技术具有高精准度与高灵敏度的特征，在纸质文物表层成分检测时，试样本体对其影响不大，且不会干扰到文物的结构信息，因此在纸质文物检测中得以广泛应用。此技术可用于分析纸张生物降解程度，了解纸张的组成部分；可用于判断油黑化学结构的变化情况，判定保存环境及纸张化学成分与生物降解之间存在的内在关联；在纸质文物表面化学特性分析方面也有一定的作用。可在此技术支持下分析蜡纸表面老化降解的方式及位置；还可用于分析所处年代不同的纸张中木质素等成分的分布规律以及对历史原版书及再版书之间的表面化学组成之间的差异进行分析，根据纸张表面结构的差异鉴别文件或资料的真伪，若将此技术与近红外傅里叶变换拉曼光谱检测技术联合应用，可通过鉴别印章、宣纸等鉴别中国字画的真伪。

2.1.2近红外光谱检测分析技术（NIR)

此技术是最近几年新诞生的无损检测技术之一，应用了含氢基团的倍频与合频吸收原理，由于纸张当中存在含氢基团，纸张的物理化学特征会受到这些基团的影响。可在此技术基础上，利用模型识别技术精准判定纸浆的种类，还可利用最小二乘法构建红外光谱图及纸张的木质素、聚合度等指标的模型，从而判定纸代文献所属的年代。然而因纸质文物所应用的原料、填料各不相同，制作工艺也有所差别，所以此方法确定纸龄时难以构建出适用的模型，在谱图数据库建立上也存在一定难度。

2.2拉曼光谱检测分析法

作为散射光谱中的一种，拉曼光谱散射时，物质会与射入的光子产生反应，会使之方向有所变化或引起物质能量间的相互转换。由于各种物质的组成成分不一，在与光之间产生反应之后，会产生相应的光谱曲线。峰带狭窄是拉曼光谱的显著特征，其在物质鉴别方面较为精准。拉曼光谱技术当中有四种技术应用率较高，一是显微共焦拉曼光谱技术，此技术在文物样品分析当中应用率最高，将拉曼光谱与显微分析两个技术进行了融合，不仅信号比拉曼光谱更强，还具有更高的灵敏度，并且无需采集大量样本，目前在纸张及颜料材质分析方面应用广泛。除此之外，还有傅里叶变换拉曼光谱技术，共振增强拉曼光谱技术以及表面增强拉曼光谱技术也较为常见。利用拉曼光谱可对纸质文物中的石膏填料、纸张降解、笔墨等进行区分，也可用之识别交叉字迹的书写顺序。目前已有专家在514纳米波长的激光器辅助下利用显微激光拉曼技术进行无损分析，可对不同品牌的复印纸进行区别，还可利用激光拉曼光谱探测器对纸样或浆样进行扫描，从而判定纸张的品质。

2.3核磁共振检测分析法

核磁共振也是文物保护中常用的一种无损检测分析方法，此技术应用了电磁波技术，在原子核之上施加兆周级的电磁波，原子核会对电磁波能量进行吸收，之后会产生共振跃迁，从而可获得核磁共振谱线。由于¹³C或¹⁹F等原子核会产生自旋现象，所以会产生核磁共振的效果。通常而言，纸质文物的制作材料通常属于多孔材料，其内部结构、材料透水性均会影响文物的保存效果，是否与水产生了相互作用也与之有明显关联，可根据这几方面因素进行文物保护与修复方案的制定，并且情况不一，所产生的保护效果及文物的保存期限均不一致。因纸张纤维结晶及无定型区等因素会对纸质文物的核磁共振自旋弛豫时间产生影响，并且老化降解及酶降解均会影响到弛豫时间，因此可根据弛豫时间进行纸张降解情况的分析。传统的NMR技术必须取样才可完成检测分析，因此不适用于纸质文物检测中。利用移动式多功能核磁共振仪无须取样，且因其属于便携设备，在博物馆的现场检测分析纸质文物方面较为适用。国外专家在15世纪的老化纸张分析方面应用了核磁共振技术，明确了纸张降解与水分损失之间的关联，通常良好存储的纸张中含水量相似，偏差不超过10%，而老化降解纸张水分子量波动较大，比之高出六个百分点，最高可与之存在25%左右的偏差。此外，还可根据结晶纤维及无定型纤维的弛豫时间的对比分析结果，判定纸张是否出现了老化或降解现象。

2.4其他无损光谱检测分析技术

除了上述分析几种无损光谱检测分析技术之外，还有X射线荧光技术、X射线光电子能谱分析技术、激光诱导击穿光谱法等技术，X射线荧光技术可用于文物成分的分析方面，可对颜料成分进行辨识，或区分纸张种类。而X射线光电子能谱分析技术则可用于分析纸张制作及老化降解之间的关联。激光诱导击穿光谱技术属于激光烧蚀分析法，此方法不仅灵敏度高并且具有较高的分辨率，可利用此技术对激光清洗文物过程中文物颜料层及其上附着的污染物的变化情况进行记录，相关专家利用此方法验证了利用DTPA溶液处理纸张后，可使含铁油墨的腐蚀性大幅下降。

结语：在纸质文物检测分析方面，无损检测技术具有较高的应用价值，其中无损光谱技术应用效果最佳，不仅可评价纸质文物的老化状态，也可了解文物保护效果，获取相关的文物信息。然而检测费用高、数据库不够完善是此技术的应用弊端，需要进一步优化无损光谱技术，还应探寻多种无损检测分析技术联合应用的有效方法，规范无损检测分析流程，在不损伤纸质文物的前提下尽可能收集大量文物信息，实现无损分析体系的科学构建，通过纸质文物的精准检测分析对文物加以良好的修复与保护。

参考文献：

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