无损检测技术在纺织品文物保护中的应用
目前,多项无损检测技术已成功应用于纺织品文物保护领域,包括利用显微图像、激光共聚焦成像、红外光谱、光纤光谱、X荧光光谱、多光谱成像等技术对纺织品文物工艺、纤维、染料、色彩、成分、印迹等信息元素进行科学认知,及利用表面酸碱度无损检测、表面回潮率无损检测、褪色色差无损检测等技术对文物修复前、中、后全过程进行本体安全监测。归纳总结了利用无损检测技术开展纺织品文物科学认知和修复保护研究的经验与不足,旨在为建立纺织品文物研究与保护的无损检测体系提供借鉴,促进纺织品文物无损检测的深入研究,提高文物保护的科学性。
借助无损检测技术,在不消耗文物样品的前提下,提取更多文物附载的珍贵历史信息,是一种被广泛认可和应用的文物检测技术。图像技术和光谱技术是目前应用到文物保护领域最多的技术,例如在纺织品文物保护中应用的激光共聚焦/视频显微镜技术、X射线荧光光谱技术、红外光谱技术、紫外可见反射光谱技术、多光谱成像技术、拉曼光谱等技术,这些技术在解决文物的科学认知和修复保护等方面发挥着重要作用。美国的Irene Good等采用扫描电子显微镜(SEM)对古印度哈拉帕文化(公元前2800年~公元前1900年)的2个遗址中出土的古代黄铜饰品残片上附着的纤维印痕进行了形貌研究,结果表明,这些纤维有可能是琥珀蚕(Antheraea assamensis)和柞蚕(A.mylitta)所吐之丝;罗曦芸等利用ATR(衰减全反射)红外光谱技术评价文物微环境中有机酸对蚕丝纤维化学结构的影响;崔强等利用便携式XRF(X射线荧光光谱分析)仪检测敦煌莫高窟壁画上的颜料,发现含有Hg,Pb,Cu,As等元素,说明使用了朱砂、铅白、铜绿等颜料[~10];金肖克等在织物颜色测试方法的分类与发展概述中介绍了3种常用的方法,其中分光光度法是目前使用最为广泛的一种。便携式分光测色仪携带方便,测色的最小区域可达43mm[1l1];王丽琴等研发出一种简易的光纤反射分光光度计,鉴别出了陕西西陵出土彩绘器物上存在的朱砂;司艺等在新疆阿斯塔那出土的唐代木质彩绘上发现其使用的9种颜色染料中,7种为单一矿物颜料或其二元组合,2种为植物染料;张晓梅等利用显微共焦激光拉曼光谱仪鉴别出了唐代丝织品上的靛蓝染料1B-1]。
相比其他文物,纺织品文物的有机质属性导致其易受埋藏环境和保存环境的影响而出现劣化和降解,导致文物本体及其负载的历史信息流失严重,因此如何利用无损检测技术提升纺织品文物保护全过程的科学性是目前面临的重要问题,加之文物检测样品不易获取,急需建立一套行之有效的无损检测方法。文物保护过程中的无损检测能为各修复操作步骤和方法对文物的影响进行实时监测;文物健康跟踪中的无损检测能及时发现影响文物安全的潜在因素,使文物得到长久保存。目前,国内针对纺织品文物的无损检测研究较少,文章结合无损检测技术在纺织品文物的科学认知、修复保护、无损分析和本体安全无损检测中的应用特点,系统地探讨了现阶段无损检测技术在纺织品文物保护方面的优势与不足,有望有更多适合文物保护的无损检测技术得到应用,提升文物保护的科技水平。
1纺织品文物保护流程分析
纺织品文物出土后的信息提取是文物保护的重要环节,旨在提取较为完整的工艺、纤维、染料、色彩、成分、印迹等信息,如织造工艺可以通过材料、纹样、组织结构和经纬密度等要素进行判断,这些要素即为织造工艺的关键控制点。修复保护过程涉及消毒、清洁、背衬制作、修复等众多环节,利用除尘清洗中的色差、回潮率、酸碱度等可以跟踪判断清洁度和安全性。对纺织品文物保护全过程进行关键控制点分析后得到的关键控制指标如表1所示。文章将重点对表1中的重要项目内容和关键控制指标进行分析。
2纺织品文物信息的无损分析
2.1工艺信息
纺织品是通过织造方法制作的织物,其组织结构、经纬密度、捻度、纱线粗细、针法等是了解纺织品文物历史工艺信息的重要因素,利用显微镜成像可以直观地拍摄并精确测量其尺寸,如采用日本Scalar显微镜(放大30倍)拍摄的织物(见图1)纬密为30根/cm,无捻;经密为77根/cm,弱捻或无捻。
目前可通过二维和三维视频显微镜实现织物工艺信息的观察,放大倍数为20~2000倍,相比于二维视频显微镜,三维视频显微镜通过景深叠加能够更好地处理织物表面聚焦失真,但由于叠加计算,图像分辨率会降低。
2.2纤维测量古代毛织物及裘皮文物所使用的动物纤维种类繁多,利用毛纤维表面的鳞片特征,包括鳞片形状、鳞片直径、翘角、厚度、间距等,可以初步判别纤维的种属来源。可通过激光共聚焦显微镜对样本进行逐点扫描,逐层获得二维光学横断面图像,再通过三维重建获得其三维图像及结构尺寸。采用德国卡尔蔡司AxioCSM700型激光共聚焦显微镜拍摄的绵羊毛纤维鳞片如图2所示,可知其鳞片高度为16~19um;鳞片翘角为29°~34°;鳞片厚度为0.56~0.64um。相比扫描电镜,激光共聚焦显微镜可无损地拍摄纤维结构尺寸的立体图像,测量较为准确。
2.3材料类型
近红外光谱技术兼具可定量和定性分析、无损检测、建模便捷等优点,已在纺织品文物纤维鉴别中得到广泛应用。与常规分析技术不同,近红外光谱是一种间接分析技术,利用近红外区的光谱吸收带是由有机物质中能量较高的化学键(主要为C-H、O-H、N-H)在中红外光谱区基频吸收的倍频、合频和差频吸收带叠加而成的原理,通过漫反射得到有机物的近红外吸收光谱,该技术必须通过建立校正模型(标定模型)来实现对未知样品的定性或定量分析。如美国的赛默飞micro PHAZIR型便携式近红外光谱仪可通过漫反射得到有机物的近红外吸收光谱,扫描光谱范围为1600~2400nm,单个样品扫描时间小于3s。使用该仪器鉴别丝棉麻毛样品时,可先选择有代表性的样品并测量其近红外光谱,然后采用Savitzky-Golay卷积求导法、多元散射校正(MSC)、矢量归一化(SNV)、偏最小二乘法(PLS)等方法进行化学计量并建立校正模型(见图3),最后对未知样品组分或性质进行测定比对。
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