基于同步辐射显微红外光谱的故宫彩绘传统工艺及保护技术研究

Traditional crafts and protection methods are research focus of colored relics. In the current studies, the components and properties of pigments, binding media and protection materials of colored relics are analyzed separately. Component extraction is often necessary before the analysis. An in situ characterization technique in the study of colored relics to measure the organic components distribution is required. Synchrotron radiation infrared source exhibits the properties of high brightness and small divergence angle, which make synchrotron radiation-based infrared microspectroscopy (μSR-FTIR) a powerful technique in the analysis of organic components distribution in micro regions. In this project, μSR-FTIR will be applied in the study of colored relics. Infrared multispectral testing methods and data processing and analysis methods for colored relics will be established. The architectural colored relics of Forbidden City with different periods will be studied using this technique. The history of traditional crafts will be discussed by the variety of organic components distribution in samples from different periods. The protective effects of protective materials for ancient architecture colored relics will be evaluated by μSR-FTIR. The most suitable protection methods will be selected. We hope that this project can provide new ideas and techniques for the study of cultural heritage protection.

传统工艺和保护方法一直是彩绘文物的研究重点。目前的分析手段主要是对颜料、胶粘剂、保护修复材料分别进行成分和性能研究，分析时往往需要针对特定成分进行提取，缺少能对多种有机成分进行原位表征的手段。同步辐射红外光源的高亮度、小发散角特性，使得同步辐射显微红外光谱（µSR-FTIR）在微区有机成分分布分析中具有很大的优势，能获得丰富的材料组成分布信息。本项目拟将同步辐射显微红外光谱技术应用到彩绘文物研究中，建立彩绘文物的红外多光谱数据测试、处理及分析方法，利用该方法研究故宫不同时代建筑彩绘剖面有机成分组成和分布信息所蕴含的工艺技术史，科学评价古建筑油饰彩画保护材料及保护技术的选择，为文化遗产保护研究提供新的思路与方法。

针对彩绘文物现有分析方法有机成分的原位表征能力不足的问题，本项目依托国内的第三代同步辐射光源—上海光源，在BL01B红外线站建立了基于同步辐射显微红外光谱技术的彩绘文物分析研究新方法。选取了故宫博物院不同历史时期具有典型性、代表性的建筑彩绘样品，摸索出一套适用于彩绘文物的样品制备、同步辐射显微红外光谱测试以及分析的方法。利用同步辐射显微红外光谱技术的微米空间分辨和化学成像能力，准确获得故宫东华门清代天花彩绘的有机组分面分布信息，结果显示：不同时期的天花使用了不同的材料和制作工艺，清代早期天花使用的材料和工艺与中国卷轴画相似，清代晚期天花由预备层代替了蚕丝层。同步辐射显微红外光谱的测试结果有效的弥补了传统材质分析方法的不足，相关成果为故宫东华门清代天花彩绘的保护和修复工作提供科学依据和指导。此外，本项目还在上海光源BL01B红外线站发展了光声光谱的测量方法，解决了传统光谱法对弱吸收、强散射、不透明等样品检测的难题。完成了中国传统颜料和胶结材料的同步辐射红外光谱和光声光谱测试，建立了彩绘文物各有机、无机成分的振动光谱图库，对于彩绘文物的振动光谱分析很有帮助。