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灰尘对彩绘文物颜色变化情况的初步研究

 

作者:王东峰   来源:《秦陵秦俑研究动态》2003年第4期  点击数:2379



  

    彩绘文物是中国古代文物的重要组成部分,诸如秦始皇兵马俑的彩绘陶俑,敦煌莫高窟的壁画、四川大足的彩绘石刻等等,这些珍贵的文物具有丰富的历史价值和研究价值。然而这些文物大多数保存于一个开放的环境当中,长期与灰尘接触。针对这种情况,我们采用最近研制的光导纤维反射分光光度计,选择了灰尘作为污染物,试验了铅丹、铅黄、群青、石绿等十六种纯色及混合颜料的变色情况以及降尘对颜料颜色的影响,利用光导纤维反射光谱法(Fiber Optical Reflectance Spectroscopy,简称FORS),监测颜料颜色的变化,找出降尘对颜料颜色影响的程度及规律,为文物环境标准的确立提供实验数据。

    1.空气中降尘简述 

    空气中降尘污染物的数量十分巨大,据统计全球每年人为排放直径小于20um的粉尘污染物总量约为108t以上,如果再加上由SO2、氮氧化物、HCl等经过化学作用而产生的二次污染物,其总量可达2.4×108t以上。①降尘污染物的化学成分极其复杂,其化学组成因地而异。其中大约有5%-20%的硫酸或硫酸盐。有的粉尘是非金属氧化物和各种盐类;有的含有金属微粒(如铁、铜、锰、锌等)或金属氧化物的颗粒;有的降尘是一种良好的吸附剂,对二氧化硫、氮氧化物、气溶胶等气体具有较大的吸附作用。这些活泼物质的存在,增加了降尘的化学活性,使降尘污染物具有强烈的腐蚀性。霉菌和孢子也可以附着在降尘污染物上被带入文物表面。②因此,降尘污染物对文物的危害也是很严重的。彩绘文物颜色的变化与降尘的腐蚀和摩擦有一定的关系。

    根据颜料成分的不同,颜料基本上可分为无机颜料和有机颜料两类。根据其颜色的不同又可分为红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、绿色颜料、白色颜料、黑色颜料、紫色颜料等。③

    1.1红色颜料

    朱砂(HgS)、铅丹(Pb3O4)、土红(Fe2O3)、胭脂(有机颜料)、朱砂+铅丹、朱砂+土红、铅丹+土红

    1.2黄色颜料

    雄黄(AsS)、石黄(As2S3)、藤黄(有机颜料)、铅黄(PbO)

    1.3蓝色颜料

    石青[2CuCO3·Cu(OH)2]、群青([(Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl)2])、花

    青(有机颜料)

    1.4绿色颜料

    石绿[CuCO3·Cu(OH)2]、氯铜矿[Cu2(OH)3Cl]

    1.5白色颜料

    高岭土[Al2Si2O5(OH)4]、滑石[Mg3Si4O10(OH)2]、石膏(CaSO4·2H2O)、铅白[2PbCO3·Pb(OH)2]、白垩(CaCO3)

    1.6黑色颜料

    碳黑(C)

    2. 颜料板的制作及颜料表面反射光谱的测量方法

    2.1根据文献报道,我们选取了十六种常见或在古代曾使用过的纯色以及混合颜料为研究对象。这十六种颜料分别是朱砂、铅丹、土红、胭脂、铅丹+朱砂(2∶1)、朱砂+土红(21)、铅丹+土红(2∶1)、雄黄、石黄、藤黄、铅黄、石青、群青、花青、石绿(以上颜料均购自北京金碧斋美术颜料厂)、铅白(购自西安化学试剂厂)。参比物为BaSO4(由北京市红星化工厂生产)。

    制作颜料板的目的是在其上涂抹标准颜料,然后利用光导纤维分光光度计测量其反射光谱信号,绘制反射光谱图,从而建立其反射光谱曲线,实现对颜料的鉴定分析及变色研究。

    2.2颜料表面反射光谱的测量方法

    将标准物BaSO4白板放入暗盒,与光纤测量端对准,调节好波长位置,打开光闸,从万用表上读数,在波长400-740nm范围内测量其反射率。然后将待测样品放入暗盒,重复上述操作,测量待测物质的反射率。最后将测量数据输入计算机,计算同一波长下样品的反射率与钡白的反射率的比值R(相对反射率),即R∞(样品)/R∞(BaSO4)比值和一阶导数D'(D'=dR/dλ),并以相对反射率或一阶导数值对波长作图,绘制出400-740nm波长范围内样品的反射光谱图。表1为常见彩绘颜料在可见光区的特征反射峰或一阶导数峰波长位置。

1 常见彩绘颜料在可见光区的特征反射峰或一阶导数峰波长位置

HT5”SS〗〖BG(〗

BHDFG6mm,FK7mm,K17mm,K22mm,K23mmF〗

 

颜色〖〗颜料〖〗〖HT5”,6〗特征反射峰/nm〖〗〖HT5”〗一阶导数峰/nm

BHDG35mm,FK7mm,K62mmF〗

红色〖〗〖ZB(〗〖BHDG5mm,K17mm,K22mm,K23mm〗铅丹〖〗〖〗580

BH〗朱砂〖〗〖〗600

BH〗土红〖〗〖〗590 670-710

BH〗胭脂〖〗〖〗600 670-690

BH〗铅丹+朱砂〖〗〖〗600

BH〗铅丹+土红〖〗〖〗570 670-700

BH〗朱砂+土红〖〗〖〗600 670-690〖ZB)〗

BHDG20mm,FK7mm,K62mmF〗

黄色〖〗〖ZB(〗〖BHDG5mm,K17mm,K22mm,K23mm〗

雄黄〖〗〖〗565

BH〗石黄〖〗〖〗490 560

BH〗铅黄〖〗〖〗440 600

BH〗藤黄〖〗〖〗530〖ZB)〗

BHDG15mm,FK7mm,K62mmF〗

绿色〖〗〖ZB(〗〖BHDG5mm,K17mm,K22mm,K23mm〗石青〖〗460

BH〗花青〖〗430

BH〗群青〖〗450〖ZB)〗

BHDG5mm,FK7mm,K17mm,K22mm,K23mmF〗

绿色〖〗石绿〖〗530

BH〗白色〖〗铅白〖〗无〖〗无〖BG)F〗

  

  3.FORS方法检测降尘对颜料颜色的影响

3.1实验部分

3.1.1 环境设置

将十六种颜料板竖直粘贴在实验室的墙壁上,与集尘缸并排。在集尘缸内加入500ml的蒸馏

 

水,开始集尘。环境为常温、常湿,经周计式温湿度计测量温度范围为10.0-14.0℃,湿度

 

范围为50%-90%。④

3.1.2 实验方法

利用FORS测量颜料的初始反射光谱。集尘140天以后,用灰尘自然降尘法

7〕,测量降尘量。

 

然后再用FORS测量放置后的颜料反射光谱,进行两次测量的数值对比,分析降尘对颜料颜色

 

的影响。

3.2 实验结果与讨论

3.2.1室内降尘

严格按照灰尘自然降尘法的实验步骤,进行大气降尘测量。

1)将瓷坩埚洗净,编号,在105±5℃烘箱内烘3小时,取出放在干燥器里,冷却50分钟,

在电子天平上称重,再在105±5℃烘箱内烘50分钟,冷却50分钟,再称重,直至恒重(两次

重量之差小于0.4mg),此值为Wa.

2)用蒸馏水将附着的细小尘粒洗入集尘缸内,再将缸内的溶液和尘粒全部转移至700ml的

烧杯中,在电炉上小心蒸发,使溶液体积浓缩至10-20ml。将烧杯中溶液和尘粒转移至已恒

重的瓷坩埚中,用蒸馏水冲洗粘附在烧杯壁上的尘粒,并倒入瓷坩埚中。在电炉上蒸干后,于105±5℃烘箱内烘干至恒重W1。

3)计算降尘量,由公式⑤:降尘量[t/(km2·月)]=[(W1-Wa)/(S·n)]×30×104式中:W1—降尘和瓷坩埚重量(g);

Wa—瓷坩埚重量(g);

S—集尘缸口面积(cm2);

n—集尘天数(精确倒0.1d)。

得出:室内降尘量=0.349[t/(km2·月)]。

    3.2.2 颜料颜色变化结果与讨论

十六种颜料在大气中竖直放置140天后,颜料的表面上均蒙有一薄层灰尘,灰尘下颜料有少

许变色。用FORS测量颜料反射光谱图,这十六种颜料变化不大,各颜料的相对反射率R的变

化值△R=0-5%。这与八种颜料在大气中水平放置60天后检测颜料变色的结果差异较大,各

颜料的相对反射率R的变化值△R=5%-10%(见谱图,以朱砂和石绿为例)。从两者的对比

 

 

可见,颜料水平放置的颜色变化明显大于竖直放置。这就说明灰尘对彩绘变色影响是非常大

的。

 

3.2.3降尘对彩绘文物的影响分析

降尘会沉降或黏附在彩绘文物表面上,形成的污垢会严重影响文物的外观。有些降尘具有吸

湿性,当相对湿度大于70%时,由于很多悬浮在大气中的盐类开始潮解,而降尘此时能起到

水分凝结核的作用,使其具有一定的黏附性。当它们沉积在彩绘文物表面时,使得它与文物

表面黏结比较牢固,至今仍无比较完善的方法去清除它。

再者,降尘的化学成分相当复杂。有的降尘中含有重金属离子、有的含有硫酸盐、有的由于

在空气中相互碰撞,能起到吸附和富集H2S、SO2、HNO3、H2SO4等气体的作用。

它们沉降在彩绘表面会带来严重的腐蚀和降解作用。另外,霉菌和细菌的孢子往往附在粉尘上随空气流动,因此降尘往往成为真菌传播的媒介。

 

由于降尘对水蒸汽的凝聚能力,也为真菌的生长创造了条件,使其成为真菌繁殖的滋生地。所以,降尘对彩绘文物危害不容小视,我们在工作当中应对它多加防御。

 

 

 

①郭宏:《文物保存环境概论》,科学出版社2001年版第129,130,132页。

②崔九思,王钦源,王汉平:《大气污染监测方法》(第二版),化学工业出版社

 

 1997年版第968-971页。

③苏伯民,胡之德,李最雄:《敦煌壁画中混合红色颜料的稳定性研究》,1996年版

149-162页。

④奚旦立,陆雍森等:《环境工程手册环境监测卷》:高等教育出版社1998年版第451页。

 

⑤张振中:《化工环境监测使用手册》,科学出版社1988年版第204-207页。

 (作者:秦俑博物馆保管部助理馆员)

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