基于原位无损检测的古建彩画颜料物质鉴别的理论与方法研究

Cultural heritage protection is a major national mission to protect and carry forward the excellent traditional culture of Chinese nation. The ancient architecture and colour paintings of China is one of the most distinctive cultural heritage. However, there is a lack of effective nondestructive in-situ analysis method to gather the material structure information of the cultural heritage, most researches speculate the material structure by taking a random sampling and elemental analysis. In this proposal, we suggest a hypothesis on the in-situ nondestructive measurement of pigment composition of cultural heritage by Raman spectroscopy. Such a hypothesis was supported by our primary experimental results. To testify this hypothesis, we specify the hypothesis through Raman spectroscopy, and design research plan from the theory and experiment aspects. On the basis of the knowledge of Raman spectroscopy we further extend the research to the other Cultural heritage so as to investigate the universality of the theory and approach. Solving the problem of the in-situ construction of the Raman spectrometer. Establishing the effective nondestructive in-situ analysis method for the material composition of Cultural heritage. Based on the Raman spectrum molecular dynamics theory, accurate, true and reliable access to the information about the molecule composition and color of the pigments for ancient colour paintings of China architecture. Setting up the connection between color and pigment composition and a spectral database of pigment composition. Combining the history of the development of pigments in ancient architecture color painting, clearly and accurately perceiving the history and culture information of ancient architecture color painting.

文化遗产保护是保护和弘扬中华优秀传统文化的国家重大需求。中国古建筑及古建彩画是中国最具特色的文化遗产之一。当前，由于缺乏文化遗产物质组成信息行之有效的原位无损检测理论与方法，绝大部分研究只停留在通过极有限随机取样或物质元素组成的测量，推测其物质组成。本项目提出以拉曼谱术为特色手段进行文化遗产物质组成原位无损鉴别的设想，得到了前期实验结果的支持；围绕此设想，本项目提出基于原位无损检测从分子层次对古建彩画颜料进行物质鉴别研究，并从理论和实验研究两方面系统设计了研究方案，深入研究物质分子层次组成鉴别的拉曼谱理论与方法；突破现场拉曼谱仪搭建的关键技术；形成文化遗产物质组成的原位无损灵敏检测理论与方法；结合拉曼谱分子动力学理论计算，准确、真实、可靠获取古建彩画颜料分子组成及颜色相关信息；建立颜料与颜色的关系及物质组成的光谱数据库；融合古建彩画颜料发展的历史，清晰准确解读古建彩画的历史文化信息。

古建彩画的原位无损测量鉴别在文物保护修复中具有无可比拟的应用价值，能够准确反映彩画所用的颜料信息。通过拉曼谱术，国外已经获得大量文化遗产的信息，在国内文化遗产中特别是古建彩画上很少应用。鉴于古建彩画的特殊情况，保存较差，翻修较快，存世越来越少，迫切需要原位无损的技术对其进行鉴定，建立颜料信息库，指导、保存和修复，并发掘历史信息。本项目主要通过拉曼谱术，实现先农坛等古建彩画原位无损测量和鉴定，并进行了一系列颜料退化实验。主要成果包括：1）便携拉曼光谱仪的搭建和改进，包括环境因素影响设备的现场搭建、远距离的信号传输等；2）实现了不同地区、不同彩画的测量，如先农坛彩画、孔庙彩画、汉代陶楼、岩山寺和崇善寺彩画的拉曼光谱测量工作；3）基于拉曼光谱的光谱数据的分析工作，通过大量的实验实测数据，结合大量统计数据的分析，借助相关历史记载，获得颜料真实、可靠的拉曼谱；4）界定了神库和具服殿彩画的绘制、修复和重绘时间；5）颜料的退化模拟实验，通过光、热等因素颜料加速老化模拟实验，结合第一性原理计算等理论方法，科学地阐述了颜料退化的过程机理；6）对古建彩画历史文化信息的解读，主要包括先农坛不同宫殿的绘制、修复及重绘等历史信息。.本项目的实施给古建彩画及至文化遗产等提供了一种无损的获取物质组成信息的方法，鉴定结果准确，已经从先农坛古建彩画推广应用至孔庙彩画、陶楼、岩山寺和崇善寺等，在文物鉴定中具有重要应用前景，对其历史信息的发掘起到积极的促进作用，为古代壁画、彩绘和泥塑等众多文物的保护与修复及色彩复原奠定基础。