清末奏折染色工艺的无损光谱分析
高路月1, 沈灵2, 张娟1,*, 张晖1
1.浙江大学艺术与考古学院, 浙江 杭州 310028
2.浙大城市学院创意与艺术设计学院, 浙江 杭州 310015
*通讯作者 e-mail: juanz@zju.edu.cn

作者简介: 高路月, 女, 1995年生, 浙江大学艺术与考古学院硕士研究生 e-mail: devil@zju.edu.cn

摘要

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, 进一步拓展了无损光谱分析技术的应用。

关键词: 奏折; 原位无损分析; 光纤荧光光谱; 雌黄; 染色工艺
中图分类号:O433.4 文献标志码:A
Non-Destructive Analysis for Dyeing Process of Memorials From the Late Qing Dynasty
GAO Lu-yue1, SHEN Ling2, ZHANG Juan1,*, ZHANG Hui1
1. School of Art and Archaeology, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China
2. School of Creative and Art Design, Hangzhou City University, Hangzhou 310015, China
*Corresponding author
Abstract

As a kind of special paper artifact, memorials are considered physical evidence that embody the emperor’s culture, of which the paper-making and dyeing process reflect the political culture and social development level of the Qing Dynasty. The composing materials of the memorial are fragile. Previous research on memorials have mainly focused on text content, style, political influence and restoration, while the analysis towards the original materials and crafts is relatively scarce. By employing various in situ non-destructive techniques, a systematical study has been conducted on the paper-making and dyeing process of a memorial from Cen Chunxuan, an important minister in the late Qing Dynasty. UV fluorescence photography and FTIR spectra showed that the yellow damask-decorated patterns on the folding page and envelope were woven with silk products. Comprehensive analysis results of ultra-depth-of-field microscopic observation, Raman spectroscopy and XRF demonstrated that the mineral pigment Orpiment with a pretty fine graininess was used to dye the memorial paper through the brush dyeing method. Orpiment is more expensive than organic dyes such as Phellodendron amurense, which not only raises the ability of moth and water resistance but also highlights the significance of memorials in the Qing Dynasty’s institutional culture. It is another discovery in the case of paper dyeing yellowing. In addition, this article also explored the application of optical fiber fluorescence spectroscopy to analyze the pigment of comments written in red on the memorial and found that the red handwriting was written in cinnabar, which was consistent with the results of Raman spectroscopy and XRF. The investigation of the materials and crafts of such paper artifacts as memorials promotes the understanding of the technical characteristics of the paper-making and dyeing process in the Qing Dynasty. It provides the scientific basis for the rational protection and restoration of such cultural relics. At the same time, this article also discussed the applicability of fiber optic fluorescence spectroscopy in identifying pigments used in paper artifacts, which further expanded the types and applications of non-destructive analysis techniques.

Keyword: Memorials; In situ non-destructive analysis; Fiber optic fluorescence spectroscopy; Orpiment; Dyeing process
引言

奏折, 因用折本缮写而得名, 在清代是官员直接向皇帝请示、 报告政务的上行官方文书。 根据其上书写文字、 内容和纸张的不同可对奏折进行分类[1], 如皇帝一般用朱砂调制的红笔批示奏折, 称为朱批, 这类朱批奏折的管理相较更为严格。 奏折作为一种政治产物, 一定程度上反映了清代的政治制度、 社会面貌和生产水平等历史信息。 故奏折蕴含重要的史料价值, 是清史研究的重要档案文书。 此前对奏折的研究多着眼于文字内容和样式等方面, 而对其本身的材质和工艺的研究相对匮乏, 对后者的研究有助于进一步了解奏折制度所折射出的等级文化和清代纸张制作的工艺水平。

奏折是一类特殊的纸质文物, 其本体材料较为脆弱, 故可以实现原位无损分析的观察法和光谱法是科学分析古代纸质文物的两类常用技术[2]。 观察类技术可以对纸张的材质特征和造纸工艺进行初步判断, 如宋晖利用现代显微技术对国家图书馆藏的善本和文献样本进行了分析[3]; 而光谱法可以进一步分析纸张上的颜料成分, 如Vieira等通过多种无损光谱技术明确了一些中世纪伊斯兰手稿中所用的红色颜料[4]。 目前应用较多的光谱技术主要有X射线荧光光谱(XRF)、 X射线衍射技术(XRD)、 拉曼光谱(Raman)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等[5, 6], 通过单独运用这些无损光谱技术, 或与高效液相色谱(HPLC)等微损技术联用, 可以有效地对纸质文物的纸张材质和颜料进行鉴定。 值得关注的是, 得益于对样品的非接触式分析等优势, 光纤荧光光谱这一无损分析技术也开始应用在纸质文物的颜料研究中[7]

采用多种原位无损分析的技术对一件100多年前的朱批奏折进行了纸张和颜料的分析, 并进一步探讨了清末奏折的制作工艺, 以补充和丰富奏折类纸质文物在造纸和染色工艺方面的相关资料, 从而为这类文物的保护和修复方案提供科学依据。 此外本文也为原位无损分析技术能有效用于纸质文物的科学鉴定提供了应用实证。

1 实验部分
1.1 奏折样品

样品是一份1907年清末重臣岑春煊的奏折, 为浙江大学藏品, 是清末14份与重要政治事件“ 丁未政潮” 有关的奏折之一[8]。 选取样品为一道请安折, 上有红色的“ 安” 字(朱批)。 如图1所示, 样品主要包括黄绫信封(a), 及内含的黄绫折页(b)和黄面折页(c)。 奏折的文字内容主要呈于黄面折页上。

图1 岑春煊奏折的(a)黄绫信封, (b)黄绫折页和(c)黄面折页的照片Fig.1 Digital photos of (a) yellow-damask-decorated envelope, (b) yellow-damask-decorated folding page and (c) yellow folding page of Cen Chunxuan’ s memorial

1.2 仪器及参数

紫外荧光摄像: 宾得Kx相机, 紫外光源: λ =365 nm, 滤镜范围为400~700 nm。

显微镜观察: 日本基恩士的VHX-5010超景深三维显微镜, 放大倍数为250× ~2 500× 。

红外光谱: 德国Bruker的AlphaII傅里叶变换红外光谱仪, 测试模块为衰减全反射(ATR)模式, 样品和背景的扫描次数为32次, 光谱测试范围400~4 000 cm-1, 分辨率为4 cm-1, 红外光斑尺寸约1.5 mm× 1.5 mm。

激光共聚焦显微拉曼光谱: 复享光学的NOVA Ⅱ (NOVA202001)制冷型光纤光谱仪, 光谱分辨率为8 cm-1, 配备Olympus BX43共聚焦显微镜。 狭缝宽为50 μ m, 激发光源: λ =532 nm, 物镜50× , 样品表面激发功率约为0.5 mW, 信号积分时间为1~2 s, 平均次数为2次, 光谱测试范围90~3 000 cm-1

X射线荧光光谱: 日本岛津的EDX-7000能量色散型X射线荧光分析仪器, 型号为PCEDX-Navi, 分析组: easy-氧化物模式, 大气, 准直器1 mm。

光纤荧光光谱: 复享光学的PG2000-Pro光纤光谱仪, 280和760 nm 的双闪耀光栅, 410 nm 的LVF消高阶滤光片, 激发光源: λ =405 nm(SPL-LASER-405激光器), 限定光程为5 mm, 信号积分时间为10 ms, 平均次数为5, 光谱测试范围200~1 000 nm。

2 结果与讨论
2.1 奏折用纸分析

不同功能的奏折具有不同的程式、 字体、 用纸、 传送程序等方面的要求, 但折纸以使用素纸(竹纸)居多, 素纸上带有暗纹的称为绫面。 使用数量最多的是白面白纸的折纸, 即表面不带暗纹的白色素纸, 一般用于奏事; 白绫面白纸的折纸在大丧时使用, 数量最少; 而黄面黄纸和黄绫面黄纸的折纸则常用于请安、 谢恩等。 本次研究的岑春煊奏折, 采用了黄绫面黄纸和黄面黄纸的形制。

为判断用于奏折染黄的颜料是有机染料还是矿物颜料, 选取与奏折信封表面材质相同的黄绫折页, 以及黄面折页进行紫外荧光摄影。 如图2所示, 可以看到紫外光照射后, 装饰有黄绫的折页(左侧)出现了明显的荧光现象, 通体呈亮白色; 而黄面折页(右侧)则仍为紫外光照射后的暗紫色纸页。 表明岑春煊奏折中的黄面折页可能使用了荧光效应较弱的矿物颜料或染料进行染色, 而非荧光效应明显的黄檗等常用来染黄纸的有机染料。 此外, 黄绫折页表现出的荧光现象可能与其上装饰的绫纹有关。

图2 岑春煊奏折黄绫折页和黄面折页的紫外荧光摄影(a)前和(b)后对比图Fig.2 Comparison of fluorescence photographs of yellow-damask-decorated folding page and yellow folding page of Cen Chunxuan’ s memorial (a) before and (b) after UV light irradiation

进一步使用衰减全反射模式的傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)对岑春煊奏折的黄绫折页和黄面折页进行测试分析。 图3a为黄绫折页的红外谱线, 其特征吸收峰出现在3 250、 1 650、 1 500、 1 250和550 cm-1处, 与标准丝纱(图3b)的红外吸收峰基本相符。 表明此份奏折上的黄绫是使用了丝制品勾织而成的黄色暗纹, 故紫外荧光摄影中黄绫折页的荧光现象可能来自装饰丝线中的蛋白质。 此外, 图3c为黄面折页的红外谱线, 其特征吸收峰主要分布在3 400、 1 600、 1 100、 700和600 cm-1处, 这些峰归属于纤维素骨架的振动吸收峰, 与含有50%大麦秸秆和50%大麻的天然纤维样品(图3d)的红外吸收峰基本相符。 同时黄绫折页和黄面折页中均未发现其他有机物的吸收峰, 推测用以纸张染黄的颜料可能并非有机染料。

图3 岑春煊奏折的(a)黄绫折页和(c)黄面折页, 及(b)标准丝纱和(d)天然纤维样品的红外光谱Fig.3 FTIR spectra of (a) yellow-damask-decorated foldingpage and (c) yellow folding page of Cen Chunxuan’ s memorial, as well as (b) standard silk organza and (d) natural fiber sample

2.2 奏折颜料分析

为了进一步分析奏折纸张染色用的颜料, 使用超景深显微镜对岑春煊奏折的黄面折页进行了观察, 放大倍数为500× 。 从图4所示的表面(a)和横截面(b)的显微图中可以明显看出黄面折页由两层构成。 底下一层为交错的白色纤维, 即纸张纤维, 纤维呈白色表明此份奏折在染色时未使用浸染性高的有机染料进行染色。 白色纤维上面覆盖了一层分布均匀的黄色颜料, 其上密集散布的黄色细颗粒清晰可见, 颗粒尺寸在5 μ m左右, 且具有一定的光泽度。 横截面的显微图像清晰表明颜料层非常薄, 大约只有几个微米厚。 由此推测可能是使用了一种颗粒极其细腻的矿物颜料, 通过涂刷或沉积等方式对奏折纸张表面进行染黄。 同时矿物颜料的荧光效应大多较弱甚至没有荧光, 这与紫外荧光摄影结果一致。

图4 岑春煊奏折黄面折页的(a)表面和(b)横截面的形貌图Fig.4 Morphology features of (a) surface and (b) cross-section of yellow folding page of Cen Chunxuan’ s memorial

拉曼光谱在矿物颜料的指纹鉴定方面具有极高的灵敏度和准确性, 因此使用共聚焦显微拉曼光谱对岑春煊奏折的黄面折页进行了测试。 图5(a)为黄面折页表面黄色颗粒的拉曼光谱, 其特征拉曼振动峰为156、 205、 290、 385、 308和356 cm-1, 这些特征峰与天然矿物雌黄(Orpiment, As2S3)的拉曼谱峰基本吻合, 表明此份奏折使用了雌黄颜料来对纸张进行染黄。 此外, 还分析了奏折内的朱批, 结果如图5(b)所示, 朱批处红色颗粒的特征拉曼振动峰在140、 250、 280和345 cm-1附近, 与天然矿物朱砂(Cinnabar, HgS)的拉曼谱峰完全吻合, 表明朱批使用了朱砂颜料做墨进行书写。

图5 岑春煊奏折(a)黄面折页和(b)朱批的显微拉曼光谱图Fig.5 Micro confocal Raman spectra of (a) yellow folding page and (b) comments written in red of Cen Chunxuan’ s memorial

使用XRF技术对岑春煊奏折进行元素分析, 以进一步探究其造纸和染色工艺。 表1展示了黄绫信封、 黄面折页和红色朱批处的元素含量比, 其中信封白底测试的是黄绫信封由于轻微破损而暴露的未染色纤维。 由表1可知, 黄绫信封和黄面折页均检测出了含量较高的As和S元素, 朱批处则含有相当量的Hg和S元素, 这进一步佐证奏折使用雌黄进行染黄, 使用朱砂进行批示, 与前述分析结果高度一致。 此外信封白底上还检测出了含量较高的Ca和S元素, 推测奏折用纸在染色前可能添加过含钙的填料, 如石膏(CaSO4)等, 对素纸进行处理, 以增强纸张性能。 奏折上检测到的少量K元素, 可能源自于造纸过程中草木灰(K2CO3)的使用[9]

表1 岑春煊奏折的XRF分析结果(Wt%) Table 1 XRF analysis results of Cen Chunxuan’ s memorial (Wt%)

考虑到纸质文物的珍贵性, 非接触式分析方法的开发一直是学者们的研究重点。 由于光纤荧光光谱在测试时无需预处理和接触样品, 对环境要求不高, 仪器便携, 且可实现原位分析, 常用于能发出特定荧光的物质鉴定, 能够和XRF的结果相互补充, 目前已在多种类型文物的研究中得到应用[10, 11]。 因此本文使用了光纤荧光光谱对奏折上的红色朱批进行测试。 如图6所示, 奏折朱批的特征荧光峰出现在615 nm, 与标准朱砂样品的荧光光谱基本相符。 结合前述结果, 可进一步验证朱砂的使用。 由此表明, 光纤荧光光谱在弱荧光的矿物颜料鉴定方面也具有一定的适用性, 今后可进一步推广至荧光效应明显的有机染料的研究中。

图6 岑春煊奏折上朱批及标准朱砂样品的光纤荧光光谱图Fig.6 Fiber optic fluorescence spectra of comments written in red on Cen Chunxuan’ s memorial and standard cinnabar sample

2.3 奏折染色工艺讨论

黄色是传统五色中的正色, 古代常用于神圣、 庄重的场合和典籍文书, 明黄后来还成为了帝王专属色。 魏晋南北朝之后的染黄(染潢)工艺颇为盛行, 出于美观和防虫的需要, 染黄纸大多使用天然植物染料黄檗染制, 这种方法染制的纸通体染透且工艺相对简便。 然而, 本文分析的奏折染黄却使用了价格更为昂贵且染色工艺更为复杂的天然矿物颜料雌黄。

雌黄颜料染纸颜色好、 防蛀能力强、 材料昂贵稀少、 制作使用工艺复杂, 一定程度上似乎更能彰显皇帝尊贵的身份。 古代的染纸方法主要包括拖(拉)染、 浸染、 刷染、 浆内染色等[12]。 根据样品中出现的纸张纤维与颜料层明显分层、 纤维内部没有染色的现象, 推测奏折可能采用了刷染法进行染纸。 成书于北魏末年的《齐民要术》中记载的雌黄治书法或可作参考: 将雌黄加水研碎再暴晒反复三次成极细的粉末后, 加胶揉成雌黄丸, 治书时加水研成汁后涂在纸上, 可永不剥落。

奏折纸张的表面十分平滑细腻, 可能是在染纸后进一步使用光滑圆润的鹅卵石等材料对表面进行了砑光处理。 XRF结果表明奏折纸张在制作时使用了含钙的填料, 如石膏(CaSO4), 以增强白度、 平滑度、 不透明度和防渗透等性能。 此外纸张纤维还可能在含草木灰的水中浸泡或沤煮过。

3 结论

分析了一份清末的朱批奏折。 奏折上装饰的黄绫花纹由丝制品勾织而成, 其纸张的染色使用了天然矿物颜料雌黄, 采用刷染工艺进行染黄, 染色后经由砑光处理使纸张平滑。 此外奏折上的红色御笔批示由朱砂颜料书写。 通过对奏折材质和染色工艺的探讨, 为此类纸质文物的保护和修复提供了新的思路和科学依据。 研究表明原位无损技术能有效运用于纸质文物的研究, 尤其是为光纤荧光光谱在纸质文物的颜料鉴定方面提供了应用实证。

参考文献
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