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摘要：光譜技術是進行膠結材料結構分析的主要工具之一，能夠滿足部分特殊領域待檢測物的微損或無損保護要求，是一般傳統化學手段的有效替代技術。文章以美術繪畫作品鑒定保護為例，對紅外光譜、光導纖維反射光譜、拉曼光譜、紫外-可見和熒光光譜等技術在膠結材料結構與成分分析中的應用研究現狀進行了綜述；對典型繪畫膠結材料聯用技術分析流程進行了詳細闡述；對各類型光譜技術的技術優勢與主要適用方向進行了總結。
關鍵詞：光譜技術;紅外光譜;拉曼光譜;膠結材料;聯用技術
利用化學色譜法如薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法等進行美術繪畫作品膠結材料結構分析已成為主流[1]。該類方法對當前的美術繪畫作品鑒定與保護工作提供了巨大的幫助。然而隨著現代科技的進步，一般化學色譜法處理膠結材料時環節復雜、過程冗長、取樣量過大等弊端逐漸顯露，亟需一種快速、準確、取樣量少或零取樣、靈敏度高的技術進行替代。在此背景下，利用光譜技術進行膠結材料結構與成分分析，成為當前的研究重點。光譜技術有效克服了一般化學方法的缺陷，利用光譜技術中的紅外光譜、光導纖維反射光譜法進行膠結材料分析，能夠大大縮短分析時間，極大地提高檢測敏感性，同時基本可實現膠結材料少取樣或零取樣。
1膠結材料光譜分析技術分類
光譜技術是光學領域中的重要應用技術，其最大特色之一是許多不可接觸和不許損傷的對象，別的儀器和方法無能為力時，可以用光譜技術加以處理[2]，典型的如天文對象、珍惜藝術品（美術、繪畫等）、放電氣體等。光譜技術是當前美術繪畫作品膠結材料分子和原子層次上物質作分析研究時的主要方法之一。
1.1紅外光譜
紅外光譜（IR）以及傅里葉變換紅外光譜（FTIR）在美術繪畫作品膠結材料分析中的應用主要有透射模式、漂移模式以及反射模式（衰減全發射、漫反射和鏡面反射）等。陳冬梅等[3]認為利用紅外光譜透射模式能夠針對性分析蛋白質膠結材料的紫外老化過程，能夠對不同用途的天然有機材料進行高效鑒定。馬珍珍等[4]基于漂移模式對古代彩繪作品中的蛋白膠料光老化的二級結構變化進行了實驗分析，證實了利用紅外光譜技術結合高斯擬合法進行美術繪畫作品蛋白膠料二級結構變化情況分析的可行性。同步輻射紅外光譜（SR-FTIR）技術是一種對膠結材料零損耗的檢測技術，其最小檢測面積可達5μm2，可廣泛應用于各類型紅外光譜檢驗模式如透射模式及反射模式等。閆宏濤等[5]利用SR-FTIR法對古代彩繪文物顏料膠結材料分析表征中的應用進行了分析，證明該方法對于表征非均勻性和復雜微觀混合物具有極高的適用性。衰減全反射（ATR-FTIR）技術具有極高的成像功能，最高能夠獲得3μm~4μm的圖像精度，能夠有效針對膠結材料與一般繪畫用顏料的相互作用進行分析。何秋菊等[6]應用ATR-FTIR技術對聚合物膠結材料的溶脹和擴散過程進行了實驗分析，得到了極為清晰的相互作用圖像。利用紅外光譜進行膠結材料檢測具有清晰度高、檢測速度快、檢測零損耗等優勢，但檢測分析過程容易受無機物影響，對于部分檢測物中的混合膠中的單一蛋白膠尚缺乏精準的監測和表征方法。
1.2光導纖維反射光譜
光導纖維反射光譜（FORS）是一種能到保證原位檢驗且對檢測部位零損耗的分析技術。利用FORS技術對膠結材料進行檢驗，可以獲得極其廣泛的檢測光譜區域，能夠從紫外可見范圍到短波紅外區進行膠結材料色素顏色的信息獲取[7]。趙林毅等[8]采用FORS技術（單臂法）對敦煌某壁畫膠結材料成分進行了表征，研究結果表明FORS技術是一種非常理想的彩繪文物顏料和膠結材料的綜合分析檢定手段，除獲取充分色素顏色信息外，還能夠檢測到有關C-H、O-H、N-H等官能團的化學信息。中紅外光導纖維反射光譜（MIR-FORS）又稱雙臂法、雙Y臂法。李廣華等[9]基于MIR-FORS光纖反射光譜在彩繪文物顏料鑒別中的應用進行了綜合分析，研究結果表明該方法與一般光導纖維反射光譜法能夠有效進行信息互補，可以針對不同膠結材料復雜成分條件精準分析。
1.3拉曼光譜
拉曼光譜（RS）對分子變化具有特異性和敏感性，在進行膠結材料結構與成分分析中對樣品的形狀、分量沒有任何要求，能夠實現膠結材料零損耗分析。RS又分為激光拉曼光譜（LRS）和顯微拉曼光譜（MRS）兩種，MRS能夠針對形狀最小達5×5μm2的膠結材料進行結構和成分分析[10]，從而在顏料、涂料和膠結材料中進行選擇性的有機成分分析。劉璐瑤等[11]借助LRS和MRS法對北京故宮養心殿燕喜堂等房屋建筑內外彩畫中的顏料、瀝粉、膠結材料等進行了成分與結構關系分析，結果顯示利用該方法檢測所得的北京故宮養心殿燕喜堂房屋彩繪材料通常由粒徑1μm和1μm~30μm的顏料組成，檢測結果精準、所需原材料極少，是一種經濟實用、檢測結果極為精準的膠結材料檢測方法。楊璐等[12]采用MRS法對彩繪常用膠料的氨基酸組成成分進行了光譜分析，能夠有效鑒別出繪畫作品中的常用蛋白質、多糖、樹脂膠結材料等。黃建華等[13]利用LRS+MTS法對繪畫作品中常見天然有機物成分進行精準分析，認為即使同一研究對象中同時存在自然和人工老化膠結材料，該方法仍然具有極強的適應性，能夠針對膠結材料中的蛋白質和染料相互作用加以區分。
1.4其他
除以上技術外，膠結材料結構分析應用較多的光譜技術還有磁共振波譜技術以及發光光譜技術等。核磁共振（NMR）波譜技術主要用于對部分美術作品中蛋黃的成分進行測定，鄧冬艷等[14]建立光化學蒸氣發生-原子熒光光譜法，結合NMR進行汞測定實驗，成功測定水體中汞含量，并將這一測定流程推廣到了多種復雜混合液體如顏料等當中。發光光譜技術包括紫外-可見吸收光譜技術（UV-Vis）以及熒光光譜（FEES）等，利用UV-Vis進行膠結材料成分檢驗的相關研究較少，主要是因為UV-Vis吸收光譜去特征吸收帶較少。FEES分析膠結材料結構及成分的靈敏度高，同時能夠為研究人員提供多種選擇性，可以獲取部分膠結材料、顏料等的熒光強度、熒光壽命、激發-發射光譜以及量子產率等。利用FEES進行膠結材料成分結構檢驗已經成為該領域無損分析環節的重要工具。
2色譜法與光譜法膠結材料成分分析流程對比
2.1色譜法
以色譜法中的典型高效液相色譜法（HPLC）為例。蘇伯民[15]以敦煌莫高窟壁畫中普遍存在的鹽害與日常保護工作為例，對HPLC進行繪畫作品膠結材料的檢定分析流程進行了總結。利用HPLC進行膠結材料成分分析，需要通過九個不同步驟才能得到最終的色譜圖。在遇到復雜的混合物液體時，色譜圖最終顯示效果極易受到影響，進而導致檢測結果不準確。此外，利用該類型方法進行膠結材料最大的問題是需要將待檢測物的一部分組成進行裁剪取樣，會給珍貴的美術繪畫作品造成無法彌補的損失。
2.2光譜法
光譜技術用于膠結材料分析時主要需要用到光源、光導纖維、檢測系統以及智能分析系統等工具，所使用光源可輻射連續波長為190nm~2500nm的光譜。以光導纖維反射光譜雙臂法為例。系統運行時，光源發出的光經過光導纖維中的某一臂到待檢測膠結材料樣品表面，經過表面反射以后的光重新進入系統另一臂并傳送至檢測系統。檢測系統在獲取完成光源信號后對信號進行分析和處理，從而得到檢測區域膠結材料、顏料等的成分分析結果。
3光譜技術用于膠結材料分析的優勢
3.1無損檢測
利用一般化學色譜法或掃描電子顯微鏡分析法等進行美術繪畫膠結材料分析時，通常需要在待檢測物上進行一定大小的材料取樣或使用特殊規定的樣品。這與藝術、文物保護的基本原則嚴格背離。利用光譜技術進行美術繪畫作品膠結材料分析時，是通過光導纖維或其他介質將待檢測物品表面的透射、反射或漫反射光譜信號傳輸至系統進行檢測從而獲取物質檢測結果的分析過程，基本無需取樣甚至不需要對待檢測的狀態等進行改變。此外，盡管一般的X射線衍射分析也能夠實現對待檢測物品的零取樣和零損耗，但該類型方法在檢測過程中受檢測儀器精度和現場環境的影響較大，難以在博物館等無法對物品進行隨意截取的地方進行檢測，限制了該類型檢測方法的普及。
3.2直接測量
利用光譜技術進行膠結材料成分結構檢定分析時，可直接將檢測探頭置于待檢測物品的表面，對于有特殊保存要求的物品甚至不需要接觸物品即可完成檢測?？梢娎迷摲椒ㄟM行膠結材料檢測不僅無需對待檢測物進行制樣和預處理，同時還能夠隨時隨地、快速完成待檢測物品的膠結材料成分與結構分析。在現代科技的輔助下，光譜分析儀器的體積越來越小，在某些檢測場景受限情況下，也能夠降低檢測難度，具有獨特的優勢。
3.3遠程鑒定
光譜技術以光源、光導纖維等為主要光譜傳導媒介，具有典型的光譜信號傳送特征，信號傳輸能力極強。羅益鋒等[16]針對各類型高性能纖維及其復合材料進行相關研究中發現，石英光導纖維在進行超帶寬的光信號傳輸時，能夠獲得極遠的傳輸極限距離，最遠可達100㎞以上，同時擁有較強的信號抗干擾能力，能夠在較為惡劣的環境下完成信號傳輸。得益于新型纖維的不斷研發與應用，利用光譜技術進行膠結材料鑒定獲得了遠程分析能力，檢測人員已經不再需要親臨檢測現場對待檢測物進行全流程檢測，僅需現場工作人員利用手持設備進行掃描，分析人員即可獲得即時數據，大大優化了檢測流程。
4結語
美術繪畫作品是人類文化和藝術創造的直接物證，具有一般文獻資料無法比擬的重要歷史、藝術和科學價值。本文對膠結材料成分分析中廣泛應用的光譜技術研究成果進行了綜述；分析了光譜技術中的光導纖維反射光譜雙臂法與一般色譜法的工作流程；總結了光譜技術在美術繪畫中用膠結材料的優勢。對美術繪畫作品中的膠結材料進行結構成分分析，能夠為美術繪畫作品的保護和鑒定提供重要依據，與一般化學法相比，光譜技術在檢測精度、檢測效率、樣品損耗方面具有巨大優勢。
作者:張曉紅 單位:延安大學魯迅藝術學院
