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
刘璐瑶1, 张秉坚1,2,*, 杨红3, 张琼3
1. 浙江大学化学系, 浙江 杭州 310027
2. 浙江大学文博系, 浙江 杭州 310028
3. 故宫博物院古建部, 北京 100009
*通讯联系人  e-mail: zhangbj@zju.edu.cn

作者简介: 刘璐瑶, 女, 1991年生, 浙江大学化学系硕士研究生 e-mail: zbj@zju.edu.cn

摘要

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。

关键词: 故宫养心殿; 油饰彩画; 横截面分析; 电镜能谱; 拉曼光谱; 荧光染色法; 免疫法
中图分类号:K879.41 文献标志码:A
The Analysis of the Colored Paintings from the Yanxi Hall in the Forbidden City
LIU Lu-yao1, ZHANG Bing-jian1,2,*, YANG Hong3, ZHANG Qiong3
1. Department of Chemistry, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2. Department of Cultural Heritage and Museology, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China
3. The Imperial Palace Museum, Beijing 100009, China
*Corresponding author
Abstract

The Forbidden City in Beijing is the world’s largest and most complete preserved ancient wooden structure buildings. 2016 has witnessed its fisrt restoration since its extablishment one handred years ago. The Yanxi Hall, which has a large area of colored paintings, is an exquisite hall in the rear of the Yangxin Hall and is one of the most important objects in this restoration project. The colored paintings have the function of decoration and conservation of the wood inside. The identification of the original materials in the colored paintings is important for the study of the craftsmanship and the judgement of the disease. As the concept of “restoration as the past” is one of the main theory for the conservation of the heritage in China, the original material study is important for the design of restoration. In this study, a set of integrated testing methods, including cross-section analysis method, back scattered electron (BSE) image, energy dispersive spectrometer(EDS), Raman spectroscopy(RS), fluorescence staining, enzyme-linked immune sorbent assay(ELISA), immunofluorescence microscopy(IFM) and pyrolysis gas chromatography mass chromatography (py-GC-MS), was put forward and utilized to demonstrate the pigments and binders of the colored paintings of the Yanxi Hall. The results showed that the pigments are ascribed to cinnabar, red ochre, ultramarine, malachite azurite and paratacamite. The plaster embossing was composed of quartz, talc, chalk or dolomite. Tung oil was the binder of the ground layer, while animal glue was used as binder in the pigment layer. When studying the colored paintings from the roof beams, a red pigment layer, which was composed of cinnabar, was found both at the bottom and inside of the ground layer. The red pigment layer was composed of two layers. The internal layer was made up of cinnabar and red ochre, which had the diameter of only about 1 μm, while the outer layer was composed of cinnabar, whose diameter distributed in the range of 1~30 μm. The red pigment layer inside the ground layer and the two red layer to decorate the suface are unique crafts for the colored paintings from the Yanxi Hall. These results demonstrate that this set of integrated methods has the advantages of micro destructive sampling and high reliability. It is an economical and practical method to investigate the pigments and binders of colored paintings.

Keyword: The Yangxin Hall in the Forbidden City; Cross-section analysis; Energy dispersive spectrometer; Raman spectroscopy; Fluorescence staining; Immunoassay; The colored painting
引 言

北京故宫是中国明清两代的皇家宫殿, 更是世界上现存规模最大、 保存最为完整的木结构古建筑群。 油饰彩画是木构建筑的重要组成部分, 有防火防潮、 装饰美化等功能, 为了探索古代使用的原始材料和制作工艺, 详细了解油饰彩画的无机和有机物组成具有十分重要的意义。

养心殿位于故宫内西路, 紧邻乾清宫, 自清雍正帝以后, 一直到末代皇帝溥仪, 养心殿一直是国家政务中心以及皇帝驻留时间最长的宫殿。 燕喜堂是养心殿后殿西耳房, 始建于明代, 其名意为宴饮喜乐, 是后宫嫔妃们的临时住所。 燕喜堂面阔五间, 有十余间围房, 其木结构均装饰有典型的皇家油饰彩画。

2015年底, 故宫博物院启动了养心殿启动研究性保护修缮工程。 作为工程前期研究内容, 在故宫博物院古建部的指导下, 我们在燕喜堂及西围房进行了微量取样, 以判别油饰彩画的原始材料, 并探讨其检测方法。

为了用最少的样品量同时获取油饰彩画中颜料和胶结物的成分信息, 本工作提出了一套集成检测方法, 即: 通过光学显微镜(optical microscopy, OM)和扫描电子显微镜背散射技术(scanning electron microscopy back scattered electron image, SEM-BSE)观察样品的横截面, 揭示彩绘文物的多层结构。 用扫描电镜能谱(scanning electron microscopy energy dispersive spectrometer, SEM-EDS)和显微拉曼技术(micro-Raman spectroscopy, m-RS), 分别检测元素组成和结构特征确定无机颜料的成分。 用荧光染色法[1, 2]检测油脂和蛋白质, 用热裂解气相色谱质谱法(pyrolysis gas chromatography mass chromatography, py-GC-MS)[3]判断油脂的具体成分, 用酶联免疫法(enzyme-linked immune sorbent assay, ELISA)[4, 5]快速判断胶结材料的具体成分, 再使用免疫荧光法(immunofluorescence microscopy, IFM)[2]定位胶结材料的层位关系。

1 实验部分
1.1 样品介绍

木构建筑构件的不同部位油饰彩画的制作工艺往往不同, 为了较为全面地探究燕喜堂油及西围房饰彩画工艺, 分别在梁、 柱子以及枋等有破损的部位取样。 各个样品的编号及取样点位置信息见表1

表1 样品编号及取样点位置信息 Table 1 Sample number and information about sampling point
1.2 分析方法

1.2.1 样品横截面切片制作

取少量样品(黄豆大小), 用丹麦斯特尔公司生产的EpoFix环氧树脂及固化剂包埋样品。 这种包埋剂在常温下就会固化, 避免了加热或紫外光导致样品中蛋白质变性。 固化后, 切成薄片, 每个薄片用聚丙烯树脂粘在载玻片上, 用砂纸打磨表面, 砂纸的目数逐渐增加, 从600, 1 000, 2 000到5 000 mesh直至样品表面光滑。

1.2.2 显微镜观察

可见光照片使用日本基恩士VHX-700FC型超景深显微镜拍摄, VH-Z100R型物镜, 放大倍数从100倍到1000倍。

荧光显微镜照片使用日本尼康Eclipse Ti型倒置显微镜拍摄, C-SHG 1型汞灯, B-2A滤光片(EX 450-490, DW 505, BA 420), 以及LH-M100CB-1型数码相机。

1.2.3 扫描电子显微镜分析

使用扫描电镜的背散射模式观察样品横截面, 样品的不同部分由于元素组成不同, 会有不同的灰度。 使用的仪器为扫描电子显微镜(型号: 日立SU8010), 配置X射线能谱仪(型号: IXRF Systems), 用15 kV的电压检测样品。

1.2.4 显微拉曼分析

使用显微拉曼光谱仪分析样品中的无机矿物颜料。 使用的仪器为Horiba拉曼光谱仪, 配有奥林巴斯BX41显微镜系统, 两个放大倍数分别10× 和100× 的物镜。 该仪器配有两个波长分别为532和785 nm的激发光, 根据样品中颜料的颜色不同, 选择不同波长的激发光, 蓝色、 绿色等暗色调颜料, 选择532 nm激发光, 红色、 黄色等暖色调颜料, 选择785 nm激发光。 仪器每次使用前需用硅片进行校正, 硅片的拉曼峰在520 cm-1。 采集拉曼峰位于100~2 000 cm-1的光谱, 光谱的分辨率为3.2 cm-1

1.2.5 染色实验

样品中的蛋白质和油脂分别使用Sypro Ruby和罗丹明B荧光染色。 Sypro Ruby(Molecular Probes, USA), 是一种非共价键型荧光染色剂, 常用于生物医学领域。 这种染色剂即开即用, 具有较高的选择性和灵敏度, 可检测到纳克级别的蛋白质[6]。 染色步骤如下: 将一滴Sypro Ruby滴在样品横截面上, 30 min后用蒸馏水洗净, 立即用荧光显微镜在蓝光下观察[1]

罗丹明B (Sigma-Aldrich, USA)检测油脂的原理是相似相溶, 其在水中可溶但无荧光, 溶于油脂产生橘红色荧光。 使用荧光显微镜, 在绿色或蓝色激发光下, 可观察到明亮的橘红色荧光。 配置方法如下: 将一滴罗丹明B水溶液滴在样品横截面上, 10 min后用蒸馏水洗净, 立即用荧光显微镜在蓝光下观察[1]

1.2.6 热裂解气相色谱质谱法

实验使用为Thermo Trace GC Ultra DSQ色谱-质谱联用仪, 气相色谱柱型号为UA-5(30 m× 0.25 mm; 膜厚度i.d.× 0.25 μ m), 载气为氦气, 加入10 mL的氢氧化四甲基铵(TMAH)作为甲基化试剂, 裂解炉温度为350 ℃, 裂解时间为10 s, 裂解炉和气相色谱之间的接口温度为300 ℃, 进样口温度为250 ℃, 色谱柱升温过程为起始温度50 ℃, 以10 ℃· min-1升至230 ℃, 保持10 min; 氦气流速为1 mL· min-1, 分流比1:10; GC/MS传输线温度为250 ℃; 质谱离子源温度为220 ℃, 扫描范围为40~500 amu。

1.2.7 免疫法

动物胶和蛋清是中国古代彩画文物中常用的胶结材料, 本研究使用免疫法, 以哺乳动物胶原蛋白和鸡卵清蛋白分别作为动物胶和蛋清中的标记物, 分别检测燕喜堂及西围房油饰彩画文物中的这两种胶结材料。 首先使用酶联免疫法较为快速地确定蛋白质的种类, 然后使用免疫荧光法定位蛋白质。 使用的一抗为兔多克隆抗I型胶原蛋白(cod. AB749P Millipore, USA) 和鼠单克隆抗卵清蛋白(cod.A6075, Sigma-Aldrich, USA), 酶联免疫法使用的二抗是辣根过氧化氢酶标记山羊抗兔和抗鼠lgG(H+L) (谷歌生物), 免疫荧光法使用的二抗是Alexa Fluor 488标记的山羊抗兔和抗鼠IgG(H+L) (Invitrogen-MP, Carlsbad, California, USA)。 具体操作方法见文献[7]。

2 结果与讨论
2.1 无机颜料检测结果

2.1.1 养心殿后殿西围房房梁彩绘样品中的颜料夹层

养心殿后殿西围房南五间室内房梁样品YX2如图2所示。 该样品的表层颜料为蓝绿色[图2(a)], 底层颜料为红色[图2(b)], 地仗层中有红色颜料夹层[图2(c)]。 样品YX2红色夹层部分的背散射图像如图2(d)所示。 从图中可以看出, 红色颜料颗粒呈现浅灰色, 颗粒直径分部区间较大, 在1~15 μ m不等。 能谱检测仅发现Hg和S两种元素。 拉曼特征峰位于255, 292, 352 cm-1, 完全与朱砂的特征峰吻合, 说明该红色颜料是朱砂。 采用上述检测技术对样品YX2的底部红色颜料进行检测, 发现其显色成分也是朱砂, 颗粒大小为1~15 μ m不等。

图1 燕喜堂木结构的油饰彩画Fig.1 Colored paintings on wooden structure buildings inside the Yangxin Hall

图2 样品YX2的正侧(a)与背侧照片(b), 横截面图像(c)以及红色夹层部分的背散射图像(d)Fig.2 The images about sample YX2: the photos taken from the front (a) and the reverse side (b), the cross-section image and the BSE image of the red pigment layer inside the ground layer (d)

通过观察和检测, 发现梁架彩画样品的地仗层底部普遍含有朱砂颜料层, 地仗层内部夹杂着朱砂颜料层。 另外在样品YX5地仗层中发现朱砂以及石青颜料夹层[图3(a)— (d)]。 地仗层中的颜料夹层形状不规则, 不可能作为曾经的彩画表层, 即地仗层内部有颜料夹层的现象不可能是重绘造成的, 而应该是制作地仗过程中故意掺加的。 猜测其作用与木材的防蛀防腐, 或者风俗习惯有关。

图3 燕喜堂及西围房建筑彩画颜料拉曼光谱图
(a): YX4群青; (b): YX1, 2, 3, 5中的朱砂; (c): YX2表层石蓝; (d): YX2表层石绿
Fig. 3 The Raman spectra of pigments from Yanxi Hall
(a): Ultramarine from YX4; (b): Cinnabar from YX1, 2, 3 and 5; (c): Azurite from YX2; (d): Malachite from YX2

2.1.2 沥粉

样品YX6和YX7的横截面图像如图4(a)和(b)所示, 图中白色半圆弧形部分是沥粉层。 实验中, 使用能谱对横截面扫描的方法检测沥粉层的无机组成, 电子显微镜的放大倍数为500倍, 检测结果分别如图5和6所示。

从图5可以看出, 样品YX6主要由Ca, Mg, O, Si, Al, C, K, Na元素组成。 其中, Ca和Mg元素的分部大致相同, 但Mg元素的分布更广, 有些颗粒仅含有Mg元素。 大部分颗粒含有O元素。 Si元素的分布较为集中, 分布范围不广。 Al, K, Na这三种元素的含量较少。 C元素的分布范围较广, 由于制作样品横截面时需要使用包埋剂, 其主要成分为有机物, 因此检测到的C元素是包埋剂导致的, 并不能说明沥粉层中原本含有机物。 此外, 为了确定沥粉层的无机组成, 使用能谱和拉曼光谱对具体颗粒进行分析, 被检测的颗粒分布如图5 SEM所示, 检测结果见表2。 点1至点5分别为石英、 白云石[图7(c)]、 滑石[图7(a)]和两种云母, 其中石英和白云石是样品YX6沥粉层的主要组成部分, 这两种物质颗粒较大, 约为50 μ m。

图4 样品YX6(a)和YX7(b)的横截面图像Fig.4 The cross-section images of sample YX6 (a) and YX 7 (b)

图5 样品YX6沥粉部分能谱面扫检测结果Fig.5 EDS mapping to show the elemental distribution of plaster embossing of sample YX6

图6 样品YX7沥粉部分能谱面扫检测结果Fig.6 EDS mapping to show the elemental distribution of plaster embossing of sample YX7

图7 故宫燕喜堂及西围房建筑彩画颜料及沥粉拉曼光谱图
(a): YX6和7沥粉中的滑石; (b): YX7沥粉中的白垩; (c): YX6沥粉中的白云石; (d): YX5, 7绿色颜料副氯铜矿型铜绿
Fig.7 The Raman spectra of pigments and plaster embossing from Yanxi Hall
(a): Talc from YX6 and YX7; (b): Chalk from YX7; (c): Dolomite from YX6; (d): Paratacamite from YX5 and 7

表2 样品YX6和YX7沥粉层能谱和拉曼光谱检测结果 Table 2 The analytical result about the element composition and Raman spectrum of the plaster embossing of sample YX6 and YX7

样品YX7的背散射照片以及元素分布图如图6所示, Si, Mg和O元素的分布大致相同, 此外, 含有较多的Ca元素和少量的Al元素。 根据图6SEM中各点的分布, 对样品YX7的元素组成拉曼光谱进行检测, 检测结果发现点1至点4分别为滑石、 碳酸钙图7(b)、 石英和氧化铝。 其中, 滑石和碳酸钙是样品YX7沥粉层的主要组成部分, 石英和氧化铝的含量较少。 检索文献发现, 滑石中通常含有少量氧化铝和石英[7], 因此该样品的沥粉层应当是由滑石和碳酸钙混合而成的。

2.1.3 表层彩画颜料

样品YX1和YX3分别取自西围房的梁架和立柱, 两者的表层彩画颜料为红色。 样品的横截面图像分别如图8(a)和(d)所示, 从图中可以看出, 这两个样品均含有两层红色颜料层, 表层红色颜料呈鲜艳的红色, 内层颜料呈暗红色或橘红色, 此外两个样品的地仗层表面均不平整。 外层红色颜料的背散射图像如图5(b)和(e)所示, 通过能谱元素检测和拉曼光谱检测发现, 该颜料层的主要显色成分为朱砂, 颗粒大小为1~30 μ m不等, 颗粒较大。 内层红色颜料层的背散射图像如图8(c)和(f)所示, 检测结果发现, 该层颜料的显色成分为氧化铁和朱砂, 颗粒直径较小, 颗粒直径在1~2 μ m之间, 此外还含有一些硅铝酸盐。

图8 样品YX1横截面图像(a), 外层 (b)和内层(c)颜料层背散射图像以及样品YX3横截面图像(d), 外层(e)和内层(f)颜料层背散射图像Fig.8 The images of sample YX1: the cross-section image (a), the BSE image of the pigment layers (b) and the inside pigment layer (c); the images of sample YX3: the cross-section image (d), the BSE image of the pigment layers (e) and the inside pigment layer (f)

由检测结果可知, 这两个样品虽然取样点不同, 但彩画结构以及物质组成十分相似。 推测这种现象可能是重绘导致的, 但更可能是一种特殊的彩绘工艺。 朱砂颜料能够显现较鲜艳的红色, 但其颜料颗粒较大, 直接绘于地仗层之上容易脱落, 因此, 先绘制氧化铁和朱砂颜料层, 该层颜料颗粒直径较小, 易渗入地仗层, 使其与地仗层结合较为紧密, 不易脱落, 同时形成平整的表层, 适于朱砂颜料层的绘制。 此外, 若经过长年累月的风吹日晒, 颜料层内胶结物老化之后, 表层的朱砂颜料层部分脱落, 由于内层颜料层亦为红色, 表层颜料层脱落的现象就不易被察觉。

燕喜堂及西围房样品表层彩画颜料的检测统计结果见表3。 能谱检测发现样品YX2的表层深蓝色颜料由三种物质组成, 分别是两种含铜碳酸盐类矿物和一种含Cu, O和Si元素的黑色矿物。 使用拉曼光谱检测鉴定, 两种碳酸盐类矿物分别为石绿[图3(d)]和石青[图3(c)], 由于荧光干扰, 未能检测到黑色矿物的拉曼特征峰。 石青和石绿是古代常用的绿色和蓝色颜料, 两者在自然界中常为伴生矿, 因此常在颜料中同时检测到这两种物质。

表3 燕喜堂样品颜料检测统计结果 Table 3 The analytical result of pigments of samples from Yanxi Hall

样品YX5和YX7的表层彩画层呈绿色, 颜料层较厚(均大于100 μ m), 颜料颗粒较大(20~50 μ m)。 能谱检测发现元素组成是Cu, Cl和O, 推测为铜绿Cu2(OH)3Cl。 铜绿有四种同分异构体, 分别为氯铜矿、 副氯铜矿、 斜氯铜矿和羟氯铜矿, 其中副氯铜矿的拉曼特征峰为117(s), 140(s), 165(w), 364(m), 420(w), 511(s), 576(w), 799(w), 868(w), 892(m), 928(m), 970(m), 与这种绿色颜料的拉曼光谱检测结果基本吻合[图7(d)], 推测该绿色颜料是副氯铜矿型石绿。

样品YX4的横截面图像如图9所示, 从图中可以看出, 该样品的颜料呈蓝色, 同时颜料层之下有一层金箔层, 可能是重绘导致这种现象。 根据拉曼特征峰推断, 该蓝色颜料是群青[图3(a)]。 群青主要分为天然群青和人工群青, 天然群青由青金石研磨而成, 颗粒棱角分明, 直径较大(> 10 μ m)且颗粒大小不一; 人工群青于1828年首次合成, 晚清时期传入中国, 颗粒较圆润, 直径较小(< 10 μ m)且大小均一[8]。 样品YX4中, 群青颗粒较小, 仅为2~3 μ m, 说明该蓝色颜料为人工群青, 说明西围房彩画在晚清之后进行过修缮。 样品YX4中金箔的元素组成为金和银, 两者的质量比约为2:1。

图9 样品YX4横截面图像Fig.9 The cross-section image of sample YX4

2.2 有机物检测结果

2.2.1 油脂的检测结果

同一个样品制作多个横截切片, 分别用于检测油脂、 蛋白质、 胶原蛋白和蛋清。 样品YX5的检测结果如图10所示, 图10(a)— (c)为罗丹明B染色法检测油脂, 对比图10(b)和(c)发现, 染色之后该样品的两层地仗层均出现明亮的橘红色荧光, 说明这两层地仗层中均含有油脂。

图10 染色法检测样品YX5胶结材料
(a)— (c): 罗丹明B染色法检测油脂, 样品横截面切片光学显微镜图像(a), 染色前(b)和后(c)的荧光显微镜图像, 荧光为红光; (d)— (f): Sypro Ruby染色法检测蛋白质, 样品横截面切片光学显微镜图像(d), 染色前(e)和后(f)荧光显微镜图像, 荧光为红光; (g)— (i)免疫荧光检测胶原蛋白, 样品横截面切片光学显微镜图像(g), 染色前(h)和后(i)荧光显微镜图像, 荧光为绿光; 三个实验中使用的激发光均为蓝光
Fig.10 The analytical result of binders of sample YX5
(a)— (c) are the images to analyze oil by fluorescence staining: the image taken by optical microscopy (a), the images taken by fluorescence microscopy before (b) and after (c) rhodamine B staining; (d)— (f) are the images to analyze protein by fluorescence staining: the image taken by optical microscopy (d), the images taken by fluorescence microscopy before (e) and after (f) Sypro Ruby staining; (g)— (i) are the images to analyze animal glue by IFM: the image taken by optical microscopy (d), the images taken by fluorescence microscopy before (e) and after (f) immunofluorescence staining

取该样品的灰层进行热裂解气相色谱检测, 分析m/z为74的选择离子图谱(图11), 发现峰面积硬脂酸(C18):软脂酸(C16)=1.53, 说明该样品灰层中的油脂是桐油[9]

图11 样品YX5地仗层py-GC/MS图谱Fig.11 The py-GC/MS image of the ground layer of sample YX5

燕喜堂及西围房样品有机物检测结果统计见表4。 检测发现, 样品的地仗层中均含有油脂, 样品YX6和YX7的沥粉层以及样品YX7的颜料层含有油脂。

表4 故宫燕喜堂及西围房样品胶结材料检测结果 Table 4 The analytical results about the binders of samples from Yanxi Hall

2.2.2 蛋白质检测结果

样品YX5的Sypro Ruby染色法检测蛋白质如图10(d— f)所示, 对比发现, 染色后样品的表层彩画层和颜料夹层均呈现较明显的红色荧光, 地仗层没有呈现荧光, 说明蛋白质仅存在于颜料层中。

检索文献发现, 中国古代彩画文物中常用的胶结材料是蛋清和动物胶[3, 7]。 为了进一步上述检测到的蛋白质的具体来源, 用酶联免疫法检测。 检测过程中, 做三组平行实验, 检测结果见表4。 实验结果中, 动物胶和蛋清的空白对照组的OD± SD分别为0.003± 0.002和0.006± 000 1, 以OD+3SD确定最低阈值, 高于最低阈值表示检测结果为阳性, 则动物胶与蛋清的最低阈值分别为0.009和0.009。 根据该最低阈值可以判断样品YX5中含有动物胶, 但不含蛋清。

使用酶联免疫法可以判断样品YX5中的蛋白质为动物胶, 为了确定该动物胶的具体分布, 使用免疫荧光法检测该样品[10], 检测结果见图10(g— i)。 对比图10(h)和(i), 免疫荧光法染色后, 表层颜料以及夹层中蓝色颜料出现明显绿色荧光, 说明这两层颜料层中含有胶原蛋白。

燕喜堂及西围房样品的有机物检测结果见表4。 从表中可以看出, 除样品YX1和YX3, 其余几个样品的颜料层和沥粉层中均含有蛋白质。 由于样品YX1和YX3的颜料层颜色为红色, 对Sypro Ruby染色法的检测产生干扰, 因此该检测结果并不能说明这两个样品中不含有蛋白质, 这是Sypro Ruby染色法检测蛋白质的局限性。 用ELISA检测发现7个样品中均含有动物胶, 不含蛋清, 说明故宫燕喜堂及西围房彩画中使用的胶结材料是动物胶。 使用免疫荧光染色法检测发现动物胶位于颜料层和沥粉层中, 地仗层中不含有动物胶。

3 结 论

(1)提出了一套颜料和胶结物的集成检测方法。 首先, 通过微损取样和样品横截面制作, 对彩画文物剖面结构进行分析。 在颜料检测方面, 用扫描电子显微镜的背散射功能以及能谱联用技术分析样品中颜料的元素组成, 然后用拉曼光谱获取颜料结构信息。 在胶结物检测方面, 使用染色法确定是否含有油脂和蛋白质, 然后用热裂解质谱法鉴定油脂组成, 使用免疫法鉴定蛋清和动物胶种类。 实验结果表明, 该集成检测方法所需样品量少, 检测结果可靠, 且经济实用。

(2)分析了故宫燕喜堂及西围房的7个油饰彩画样品。 使用扫描电镜和拉曼光谱检测发现, 梁上彩画地仗层底部普遍涂有红色颜料层, 中间掺杂着红色颜料夹层, 这些颜料成分都是朱砂。 沥粉样品检测发现, YX6沥粉层的组成是石英、 滑石、 白云石和少量云母, YX7沥粉层的组成是滑石和白垩。 红色彩画部分由两层颜料层组成, 下层为橘红色, 成分为小粒径的朱砂和氧化铁, 表层为大红色, 成分为大粒径的朱砂, 推测下层橘红色颜料层有打底及防止表层颜料层脱落的作用。 YX2的深蓝色颜料层由石青、 石绿和铜硅酸盐组成。 YX4的蓝色颜料为人工群青。 YX5和YX7的绿色颜料层由副氯铜矿式铜绿组成。 金箔中金和银的质量比约为2:1。

(3)使用荧光染色法和免疫法检测样品横截面切片, 发现燕喜堂油饰彩画样品的沥粉层和地仗层中普遍掺加油脂, 根据热裂解质谱检测结果判断地仗层中的油脂是桐油。 酶联免疫法检测发现样品中普遍含有动物胶, 免疫荧光法定位判断, 动物胶添加在颜料层中。

(4)本工作仅完成了少量样品的检测, 详细工艺的解读还有待后续研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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