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扫描电镜在拓片文物分析中的应用

发布时间:2019-01-12 14:52所属分类:文史论文浏览:1

摘要:近年来,扫描电镜广泛应用于文物保护行业。本文通过实例分析介绍了扫描电镜在拓片文物分析研究中的应用。研究成果为拓片文物的研究和开展合理的保护修复工作提供了科学依据。 关键词:扫描电镜,拓片,文物分析,应用 拓片作为我国古老的传统技艺之一,是

  摘要:近年来,扫描电镜广泛应用于文物保护行业。本文通过实例分析介绍了扫描电镜在拓片文物分析研究中的应用。研究成果为拓片文物的研究和开展合理的保护修复工作提供了科学依据。

  关键词:扫描电镜,拓片,文物分析,应用

明胶科学与技术

  拓片作为我国古老的传统技艺之一,是用墨将各种材质载体上的图文转移到纸面上而形成的一种特殊文献。拓片正因有了墨与纸张的黑白颜色对比,其上图符比原拓物更加清晰鲜明,能真实、完整、清晰地将原物形象展示在人们面前。因此,拓片文物具有很高的艺术价值、历史价值和科研价值[1]。

  由于受自身材质和保存环境等因素的综合影响,传世至今的拓片大多数出现了不同程度的墨迹脱落、“泛霜”、脱裱、虫蛀、糟朽、折痕和变形等病害,为使拓片文物尽早得到有效地保护修复,需对其进行科学合理的分析。随着科技进步,越来越多的现代科学技术应用于文物的分析检测,基于文物的珍贵性,通常采取无损或微损的分析检测手段为主。

  扫描电镜是20世纪60年代发展起来的微区成像工具,具有景深大、分析快速、易于识别、无损或微损等特点,在取样量很少的情况下可对文物样品进行微观形貌观察的同时对组成元素进行定性定量分析,近年来广泛应用于文物保护行业[2-3]。

  本文阐述了扫描电镜在拓片文物本体及文物病害等分析中的应用,有助于人们了解拓片制作工艺、制作原料和病害成因等方面的信息,对后期开展科学合理的保护和修复工作具有重要的意义。

  1样品和分析方法

  1.1样品

  样品选取的原则是尽量减少分析过程对文物本体的损伤,最大限度保持文物的完整性。因扫描电镜具有微区分析特点,所以用尖头镊子在拓片破损处轻轻夹取芝麻粒大小的纸样,用导电胶粘牢于样品台,样品表面喷镀一薄层金属铂(Pt)膜以提高导电性。

  1.2仪器及测试条件

  仪器型号:日本电子JSM7100F型场发射扫描电镜,加速电压在0.2V~30kV连续可调,束流范围1pA~200nA连续可调,放大倍率10~1000000X。配备英国牛津公司INCA型X射线能谱仪,元素分析范围Be4~U92,相对误差2%~3%。能谱分析条件为高真空模式9.6×10-5Pa,加速电压20kV,工作距离10mm,扫描时间>60s。

  2扫描电镜观察

  2.1墨迹分析

  “墨”是中国“文房四宝”之一,古人多数是用松烟、油烟、桐烟或漆烟等烟灰颗粒混合胶质制墨[4]。烟灰是一种无定形碳,主要成分为炭黑;动物胶是由多种氨基酸构成的蛋白质,是烟灰与纸张结合的媒介[5]。通过扫描电镜观察墨迹层的微观形貌,能获得烟灰、胶和纸张纤维三者直观的结合形态,从而对拓片用墨的种类和墨迹的保存状况进行分析。

  2.1.1墨的种类分析

  墨迹的扫描电镜图像可观察到球形结构的烟灰粒子,同时能观察到部分烟灰粒子周围有一层包覆膜。运用分析软件中的长度测定功能测得烟灰粒径在50~100nm范围内,图1b的EDS分析结果显示主要组成元素为C、N和O三种元素,以及少量的Si、S、K、Ca和Cu等。与我国古代墨的组成接近,C是烟灰的主要组成元素,N的来源为动物胶,Si、Ca和Cu等来源于墨中添加剂[6],由此可推断该拓片是采用传统烟灰墨拓制而成。

  此外,拓片墨迹表面呈扁平挤压状态,明显区别于书写墨迹的微观形貌,因书写过程中墨随毛笔在纸张纤维表面缓慢均匀渗透,通过胶质自然结膜固着于纸面,所以墨迹表面光滑平整。从拓片墨迹表面和书写墨迹表面的形貌对比可知该拓片是采用拓包蘸墨后拍打而形成。

  通过测量可知,条状结构的长度为30.1μm。EDS分析主要组成元素C、N(来源于动物胶)和O三种元素,以及少量的Si、S、K、Ca、Fe、Cu和Zn等,说明该幅拓片是使用木炭为色素制成的墨拓制。

  2.1.2墨的保存状况分析

  “泛霜”拓片墨迹的表面形貌,可发现墨迹表面有菌丝、孢子等霉菌的特征结构,说明拓片“泛霜”与霉菌的滋生密切相关。可见墨迹中烟灰与胶的分布,部分烟灰被胶膜包裹,部分烟灰未被胶膜包裹。由于烟灰的性质稳定,不易发生老化,而胶料属有机物,极易老化变质。因此,墨中胶料的老化变质是造成墨迹脱落的重要因素。

  2.2载体纸张分析

  纸张作为拓片墨迹的载体,是拓片文物的重要组成部分。因拓片纸张属于有机质类不易保存的材质,所以拓片在传世过程中极易产生虫蛀、霉变、糟朽和折痕等病害,导致纸张强度下降。采用扫描电镜对拓片纸张的微观形貌进行分析,有利于研究拓片用纸的种类和保存状况,同时可为后期的修复用纸的选取提供参考依据。

  2.2.1纸张种类分析

  以四川博物院馆藏《明拓泰山金刚经拓本》的纸张纤维分析为例,通过扫描电镜对纸张纤维进行微观形貌观察。可观察到棉纤维特有的转曲结构和竹纤维的管胞结构,说明该件拓片主要采用棉纤维和竹纤维混合抄造的纸张拓制[7]。

  2.2.2拓片纸张保存状况分析

  纸张的保存情况直接影响拓片文物的寿命。可见纸张是由均匀而光滑的纤维交织而成。可见纤维与纤维之间已杂乱分离,可见折痕纤维处于扭曲变形状态,且扭曲变形的纤维已发生断裂,可见纤维被蛀虫啃咬而残缺,而未被啃咬的纤维其表面结构仍光滑,可见长纤维断裂成大量细小的短纤维,致使纸张机械强度下降,一触即碎。因此,采用扫描电镜对纸纤维的微观形貌观察可以明确纸张纤维的保存状态,通过形貌对比可进一步获得不同病态下纤维的微观结构信息,从而为拓片病害分析和保护修复技术路线的制定提供参考。

  2.3保护修复痕迹识别

  2.3.1历史装裱材料识别

  拓片拓制完成后是单张的形式,为利于收藏通常装裱成卷轴、册页及装订成册等[8]。通过扫描电镜可见少数拓片墨迹表面附着有方形的颗粒物,通过元素分析可知,该颗粒物含有大量S。S的来源可能为两方面:一方面源于装裱浆糊,由于传统装裱粘合剂添加一定的明矾[9-10]。另一方面源于胶矾水(明胶和明矾按比例勾兑的水溶液,传统书画装裱的重要辅助材料),对于墨迹易发生脱落的拓片,常采用胶矾水进行固色处理[11]。

  由于该颗粒物主要分布于拓片墨迹表层,因此从墨迹层和方形颗粒物的分布情况可以得出,其来源为固色使用的胶矾水。为进一步验证上述分析结果,采用拉曼光谱仪对拓片墨迹表面的颗粒物进行了表征。

  2.3.2保护效果识别

  传世的拓片,由于受自身材质劣化、霉变和保管条件有限等因素的影响发生了不同程度的糟朽和脱墨病害,为最大限度延长文物的寿命,需筛选适宜的保护材料进行保护。拓片墨迹保护多数采用天然有机高分子材料进行加固,采用扫描电镜对加固前后拓片表面的微观形貌进行观察,从而对加固效果进行评价。

  墨迹加固前后的微观形貌对比。可见加固前墨迹结构酥松,烟灰粒子间的空隙大,而加固后烟灰粒子周围被胶填充,通过加固前后的形貌对比可说明改性明胶固色剂可通过结膜作用有效提高烟灰的附着力。

  3结论

  扫描电镜在拓片文物分析检测中具有样品量少、操作方便、分析快速和结果直观等特点,非常适用于拓片文物的无损或微损分析检测。

  (1)在拓片用墨的分析中,扫描电镜能获得烟灰、胶和纸张纤维的微观形态,为明确拓片用墨的种类和保存状况研究提供超微形态学依据。

  (2)在拓片用纸分析研究中,通过扫描电镜对纸张纤维的形态观察,能明确纸纤维的种类和各种病变纤维的微观形态,进而为拓片病害分析和保护修复技术路线的制定提供参考。

  (3)在拓片保护修复痕迹识别研究中,扫描电镜能够通过对拓片表面颗粒物的形貌和元素组成分析,明确修复材料的种类。还可根据保护修复前后微观形貌的对比,对保护材料的效果进行评价。

  参考文献:

  [1]李耀华.简述拓片类文物的收藏和保护[J].中国文物科学研究,2011(4):50-53.

  [2]惠娜,王亮,王春燕,等.扫描电子显微镜及能谱仪在彩绘文物分析中的应用[J].文博,2015(1):99-103.

  [3]杨娟.一幅霉变书画的扫描电镜分析[J].电子显微学报,2015,34(5):438-442.

  [4]尹铁虎.中国古代墨与印刷术的发明[J].宁夏师范学院学报,2000(4):67-69.

  [5]滕淑华,陈丽娟.明胶的基团改性及其对明胶性能的影响[J].明胶科学与技术,2003,23(1):1-7.

  相关期刊推荐:《明胶科学与技术》本刊稿源来自从事胶原、明胶,以及相关专业科技人员(含应用科技人员);编委会由协会会员单位、明胶科研人员及大专院校相关专业教授组成;征订工作由中国日用化工协会明胶分会(简称“明胶协会”)秘书处受理。

  

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