BWTEK拉曼光谱仪在文物检测中的应用

引言：文物是人类在历史发展过程中遗留下来的遗物、遗迹，对文物研究和保护格外重要，因此在对文物进行分析和复原时，要求无损或者把损伤降到最低。文物中的古壁画，雕像，易损坏的古代纺织品及各类无法移动的大型文物都需要进行原位分析，便携拉曼因其移动方便，性能均衡，采样灵活，成为现场原位检测文物样品的有力工具。综合而言，现场的文物分析要求拉曼能进行原位测量，保持样品的完整性，不能破坏样品，对于一些微小或者不均匀的样品，能进行原位的显微拉曼分析，此外，文物中的一些包含有机染料的样品，需要拉曼的激光功率水平可精细调节，以防止激光损坏样品。

采用B&WTek的MiniRam, i-Raman，innoRam便携拉曼光谱仪，我们在中国重庆的大足石刻，敦煌，对中国的壁画部分成分进行了原位测量，在欧洲的意大利庞贝古城，西班牙诸多古壁画也对其矿物颜料等各类成分进行了分析，为文物的修复可行性提供了技术保证。

一、壁画颜料的现场分析

图1 采用基于MiniRam的拉曼文物检测系统，对残片及壁画进行分析

采用专门设计的拉曼光谱文物检测系统（基于B&WTek的MiniRam便携拉曼光谱仪），对敦煌壁画的诸多残片及部分无损原位进行了现场测量，诸多不同颜色区域的壁画颜料均可得到准确的定性归属，为后续修复提供了极大的便利。除了下图示例的朱砂，在敦煌壁画的原画及残片上，还对铅丹、青金石、铅白矿、铁红及以上不同混合颜料进行了无损的原位分析，取得了很好的结果。

图2 敦煌壁画残片L4-L5区域（菩萨像唇部）红色的拉曼光谱分析和匹配结果，显示红色颜料为朱砂

在重庆大足石刻，采用i-Raman便携拉曼光谱仪，我们对壁画上的青金石也做出了准确的分析。

图3 B&WTek的i-Raman在大足石刻对壁画进行拉曼分析

二、原位的显微拉曼分析

除了常规的拉曼分析，B&WTek的专用显微配件还允许用户在现场对一些样品的微小区域，或者微小样品进行显微拉曼分析，这大大拓展了现场文物分析的适用性：很多文物壁画的局部区域颜料丰富，采用拉曼探头直接测试将无法对细微区域进行准确的分析。下图是采用innoRam便携拉曼光谱仪，配合专用的显微拉曼配件，对西班牙Cova delsRossegadors, Pobla de Benifassá, Castellón地区的史前壁画顶部的颜料区域进行微曲分析。

图4 B&WTek的原位显微拉曼对史前壁画顶部进行拉曼分析

三、拉曼光谱分析金属文物腐蚀情况

作为一种近现代的文物形式，欧洲存在诸多的金属塑像，这也成为欧洲人文景观的重要组成部分。金属塑像的保护有赖于对其腐蚀情况的准确评估，在西班牙毕尔巴鄂（ Bilbao ），采用B&WTek的innoRam便携拉曼光谱仪，对环境因素对金属塑像的腐蚀情况进行了评估。右图显示，该塑像背面保护盲区内表面存在纤铁矿（一种铁的氧化物），四氧化三铁锈层和硫酸铁锈积物。右上小图为该区域的SEM图像，显示与拉曼光谱高度吻合的铁锈化合物的存在。

图5 B&WTek innoRam便携拉曼对西班牙,Guggenheim 博物馆的塑像进行拉曼原位分析，塑像作者Richard Serra

四、古纺织品及中国画颜料的拉曼光谱分析

采用B&WTek公司的innoRam便携拉曼光谱仪，上海博物馆对宋代的残留的纺织品（丝绸），中国画颜料，中国画上的胭脂、朱砂、朱膘成分进行了无损分析。结果表明，式拉曼光谱方法能够捕捉到紫外光辐射对文物的影响, 并提供有关文物表面分子结构变化的丰富信息, 对于解决文物在其特定保存环境下的现场无损分析问题具有重要意义。

图3 不同老化时间下，丝绸拉曼光谱的变化

小结：

拉曼光谱仪能够反映分子结构组成及其变化，具有无损、快速检测的优点，在文物分析上已有广泛应用，像瓷器、字画、壁画、金属腐蚀物的分析。除本文的一些现场测量应用，还可以通过对博物馆或者历史遗址地区的文物进行拉曼分析，把得到的数据归类存档，建立各种文物或某一类文物的拉曼光谱谱图库，一方面有助于文物的研究，修复工作，另一方面也能够作为文物市场上判定文物真假的依据。