工业CT扫描文物的伪影与校正

工业计算机断层成像(computed tomography,CT)可以无损获得被检器物的结构组成、材质分布和密度变化等内部信息,是文物结构特征和材质分布无损分析的常用方法之一。由于文物的材料种类繁多、厚度不一、器形复杂,其工业CT扫描结果会伴随一定的伪影——伪影会严重降低图像质量,甚至导致无法准确判断文物的内部结构。因此,需要寻找避免或减弱CT伪影的方法。CT成像的伪影源于多种因素:物理因素导致的伪影和CT投影数据采集过程有关;样品因素导致的伪影和样品的摆放、结构和材料有关;CT算法伪影和CT设备所使用的软件及重建算法有关。其中有些伪影可以通过软件校准减少,但在许多情况下,通过样品的合理摆放和选择合适的CT扫描参数是避免CT伪影的最佳手段之一。本文列举CT检测文物中所遇到的一些常见伪影,并解析这类伪影的消除或减弱的方法,以期为今后CT检测文物提供一定的借鉴作用。     

古代彩塑和壁画中植物纤维种类鉴别

针对古代彩塑泥层和壁画地仗中植物纤维种类鉴定技术欠缺的现状,开发出一套以纤维横截面细胞形貌识别为基础的植物纤维种类鉴别方法。从秸秆类植物的化学脱胶技术、提取单根纤维、纤维横截面切片,以及纤维截面细胞形貌对比等开展了系列研究。将该方法应用于彩塑泥层和壁画地仗中常见的9种植物纤维：麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸、黄麻、亚麻、苎麻、剑麻和棉花,并以宁夏须弥山石窟以及甘肃麦积山石窟的彩塑文物样品中取出的纤维标本为例进行了鉴定。结果表明：须弥山石窟彩塑粗泥层中的植物纤维为小麦与黄麻,细泥层中的为苎麻,彩塑佛像手指中的为棉花;麦积山彩塑泥层中含有麦秸秆。研究结果证明本方法可以应用于文物样品中植物纤维种类鉴别。     

文物CT图像伪影校正方法研究

计算机断层成像(CT)技术具有不受工件材质限制、分辨率高等优点,可以在不损坏物体的前提下获取其三维数字化信息,因此在文物数字化领域具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。然而在CT扫描与图像重建过程中存在系统几何参数偏差与射线硬化等问题,会导致扫描图像质量下降、文物数字化模型的精度受限。本研究针对上述问题,提出了基于扫描数据的参数校准以及硬化校正算法,并对两件文物仿制品进行了CT扫描实验。实验结果表明,经过本研究方法处理后,扫描图像质量明显提升,重影和伪影现象得到了有效抑制,重建得到的数字化模型能清晰完整地还原文物形貌。该方法可被广泛应用于文物CT数字化工作中,有利于文物的复制、保护、展示以及文化的交流传播,具有较强的科学意义和社会经济意义。     

云冈石窟石质文物表面污染物清洗效果检测技术实验

云冈石窟长年暴露于自然界风化环境中,以及近些年来,周围煤矿的开采带来的环境污染,极大地影响及危害云冈石窟石雕艺术品的价值及保存,影响云冈石雕文物的有效寿命.为此,通过对云冈石窟三种典型的污染物、粉尘、烟熏及表面结垢进行清洗实验,并采用色差仪、显微视频成像仪及三维形貌仪对清洗效果进行检测,特别的是三维形貌对加固样品和空白样品的形貌变化比较分析,得出样品的显微形态及表面粗糙度数据,对文物的“最少人为干预”和“不改变文物原状”原则的评价给予了支持,为石质文物清洗效果评估提供了新的方法.     

田螺山遗址灵芝遗存的三维重构及鉴定

灵芝在中国古代被誉为仙药,是当代中医药考古研究的重要线索。随着考古遗址陆续发现疑似灵芝遗存,其鉴定工作也成为当前的研究热点。传统灵芝的鉴定依靠子实体外观鉴别和孢子观察,但古代灵芝遗存很难完整保存下来,孢子观察方法需要大量标准样品对比,工作量非常大。为了更加高效地鉴别出灵芝遗存,在前人研究基础上,本研究利用显微CT成像,以田螺山遗址出土的疑似灵芝为例,对残留遗存进行了三维重构,并与当代标样进行了对比。结果表明该方法可以有效鉴别出灵芝子实体,为古代灵芝遗存的鉴别提供了新方法。与传统形貌对比方法不同,三维重构的方法不仅快捷、方便,且不受遗存外观的影响。该方法也可为其他具有特征性结构的古代植株的鉴别提供借鉴。     

显微技术在纸张纤维鉴别中的应用

在对纸本文物进行保护和修复的过程中,运用显微技术进行纸张纤维的观察是必不可少的部分,通过对纤维种类及纸张加工中引入材料的鉴别,进而可以推论出古纸的年代、制作工艺等信息,进一步可辅助获取以纸张为载体的书画古籍等纸本文物的历史背景、版本信息、真伪信息等,也可为纸质文物修复用纸的选择提供科学依据。     

古代文物表面常见天然有机物的显微共聚焦拉曼光谱研究

为了鉴别文物表面常见的天然有机物,采用显微共聚焦拉曼光谱技术采集了古代常用的蛋白类、多糖类、脂肪酸类、树脂类4类6种有代表性的天然有机物的拉曼光谱。通过对皮胶、桃胶、蜂蜡、棕榈蜡、达玛树脂和琥珀标准样品的拉曼光谱分析,发现蛋白类的特征振动峰位于1657cm-1、1305~1252cm-1、1033cm-1及1003cm-1附近;多糖类的特征振动峰位于1463cm-1、1328cm-1、1258cm-1、1088cm-1、977cm-1等;蜡类的特征振动峰位于1470~1350cm-1区间,1659cm-1、1303cm-1、1636 cm-1及1610cm-1;树脂类的特征振动峰位于1660~1650cm-1区间和1460~1440cm-1区间。在对6种天然有机物光谱特征分析的基础上,得出了使用拉曼光谱法可实现古代文物表面常见天然有机物种类鉴别的结论。     

显微红外光谱透射法快速鉴别“粉状锈”

为保护好馆藏或出土青铜文物,必须检查并去除青铜器的"粉状锈"。"粉状锈"主要由氯铜矿和副氯铜矿组成,此两种物质的红外光谱特征明显,因此,可以利用傅里叶变换显微红外光谱透射法进行鉴别。与传统红外光谱压片法相比,这种透射红外光谱法无需压片、快速、灵敏、消耗样品量少。本研究以江苏扬州曹庄隋炀帝萧后冠实验室考古与保护项目中的青铜文物为例,用傅里叶变换显微红外光谱透射法对其青铜锈蚀进行鉴别,结果表明该方法能够简单、高效和准确地鉴别"粉状锈"。     

应用热辅助甲基化—热裂解气相色谱技术(THM-Py-GC/MS)对壁画中蛋白质类胶结材料的分析鉴定

彩绘类文物一直是文物保护的重点之一,而胶结材料更是彩绘类文物的重要组成部分,对其病害及保存状况会产生重要影响。热辅助甲基化一裂解气相色谱质谱技术(THM-Py-GC/MS)具有灵敏度高、样品用量少,并且样品前处理简单的优点。应用该方法对古代常用蛋白质类胶结材料的现代标准样品进行分析研究,可以找出其特征热裂解化合物,区分文物中所含的具体胶结材料种类。并在相同条件下分析采集的西藏邦纳寺、唐加寺和大昭寺的壁画文物样品,根据其所出的特征热裂解化合物,判断其中含有蛋白质类胶结材料,为文物保护提供科学信息。     

红外光谱在文物保护中的应用介绍

文物信息的提取与研究对于揭示古代遗物包涵的人类社会、文化等历史信息有着举足轻重的作用:一方面可以了解古代的工艺技术特征,探寻文物制作技术起源及其发展历程;另一方面可以进行病害调查分析,为保护文物提供有价值的信息。本工作以红外光谱技术为出发点,细致梳理了目前红外光谱在文物保护中的应用,包括无机质文物中青铜器、土壤、颜料、珠宝玉石,有机质文物中纸张、丝织品、彩绘胶料、有机残留物,以及保护材料。提出该技术具备应用范围广、特征性强、无损或微损样品、不受样品物态限制等优势,但同时不适合分析含水样品、定量分析时误差大、解析图谱时依靠经验等局限性。揭示显微红外光谱技术在无损分析文物方面的广大前景,为文物保护研究与实践提供参考和借鉴意义。     

草酸钙晶体形态在中国传统手工纸纤维鉴别中的应用

纤维鉴别是纸质文物、古籍与档案保护中必要的基础工作,对于修复方案的制定、修复材料的选择等具有重要的指导意义。草酸钙晶体是植物中普遍存在的一种后含物,其形态与植物种群具有密切关系。本工作以具有代表性的传统手工纸为研究样品,综合使用衰减全反射傅里叶变换红外光谱法、X射线衍射法、扫描电子显微镜、光学显微镜和偏光显微镜观察等多种仪器分析手段,系统研究各类纸纤维中草酸钙晶体的形态特征,进而探讨草酸钙晶体形态在中国传统手工纸纤维鉴别中的应用价值,以进一步完善现有纤维鉴别方法体系。     

辽宁义县奉国寺主殿壁画彩绘胶料的气相色谱质谱联用分析研究

奉国寺又名七佛寺、大佛寺,作为"辽代木构建筑"的重要组成部分,是我国第一批全国重点文物保护单位。奉国寺主殿山墙内壁绘有大幅通顶元代壁画,画面内容为须弥山座佛像。该壁画规模宏大、艺术水准高,是研究元代绘画艺术的珍贵实物资料,具有极高的艺术价值和历史价值。胶料是壁画彩绘层的重要组成部分,对壁画的安全保存起着至关重要的作用,同时胶料种类的鉴别也是壁画保护修复的基础。对奉国寺壁画彩绘的已有研究主要集中于颜料分析,对其胶料种类的研究至今尚未见报道。本研究以奉国寺元代彩绘壁画作为研究对象,采用气相色谱质谱联用技术(GC-MS)法,利用该方法的高分离效率、高灵敏度、低检出限的特性分析了编号为FGS-1、FGS-2和FGS-3的壁画彩绘层样品胶料的氨基酸组成,并结合因子分析法对分析获得的多维数据矩阵进行降维处理,进而实现了奉国寺壁画颜料层胶料种类的鉴别。研究发现,古代常用的三种蛋白类胶料的氨基酸组成特征分别为:动物胶具有特殊的氨基酸——羟脯氨酸,同时含有较多的甘氨酸;牛奶的谷氨酸含量较高,且丙氨酸含量较低;鸡蛋中天冬氨酸含量较高,且脯氨酸含量较低。将文物样品的分析结果与上述特征比较,发现3件文物样品的氨基酸组成接近动物胶特征,即均含有羟脯氨酸(Hyp),且甘氨酸(Gly)含量较高。通过因子分析发现,文物样品的因子得分散点虽落在了动物胶区域,但处于边缘,甚至有脱离动物胶类别的趋势。借助因子载荷矩阵发现,造成这一现象的原因是文物样品中Hyp含量远小于动物胶参考样品。Hyp易因老化而减少,其老化方式之一是脱羟基变为脯氨酸(Pro);Hyp还会在特定酶和氧气的作用下转化为羟谷氨酸,进而脱羟基变为谷氨酸(Glu)。FGS-2中Pro的高含量可能是其Hyp脱羟基老化的结果。而FGS-1和FGS-3中Glu的较高含量可能是发生了 Hyp酶促氧化反应的结果。基于文物样品的氨基酸分析结果,结合相关氨基酸的老化模式,得出了 3件文物样品的胶料种类为动物胶,且发生明显老化,其中FGS-1和FGS-3很可能曾经滋生过某种微生物的结论。研究结果为深入了解奉国寺元代壁画制作工艺提供了重要资料,同时为该类文物保护修复材料的选择提供了依据。     

现代显微技术在纸质文物鉴定与修复中应用

现代显微技术在纸质文物的研究和修复中,是不可或缺的研究手段,因此应用显微镜对几件纸质文物进行了显微观察和分析。结果获得了纤维表面形态、纸张工艺和纤维特性等信息,同时获取了表面图像、分散纤维图像,纤维长、宽、配比等数据。所获信息对文物鉴定与修复工作有明显的参考意义,说明现代显微技术可以对纸质文物进行分析、鉴别,并为选配修复用纸和断代等提供参考依据。     

明代播州杨氏墓出土冠饰上的蓝宝石矿料来源研究

目前国内出土了大量不同种类的明代彩色宝石文物,但绝大多数彩色宝石并不产自中国。为探讨播州杨氏墓出土的七凤三龙金冠上镶嵌的蓝宝石的矿料来源,本研究采用微量元素与内部包裹体特征相结合的方法对样品进行分析。通过激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)分析样品的微量元素特征,发现样品的Fe、Ga含量较低、Mg含量较高以及Ga/Mg比值较低,以此得出样品为变质成因的蓝宝石,排除其产自岩浆成因矿床。观察样品的内部包裹体特征,并与不同变质成因蓝宝石产地样品的内部包裹体特征进行对比分析,得出该样品内部包裹体特征更类似于缅甸、马达加斯加蓝宝石。最后结合不同地区蓝宝石矿床发现、开采历史记载,综合研究分析得出,该件蓝宝石文物的矿料最可能来自于缅甸矿区。此项研究可为探索我国古代以蓝宝石为代表的彩色宝石类文物的产地研究提供一定科学依据。     

中华民国三十四年中央银行纸币印刷颜料无损研究

法币在中国货币史特别是近代货币史上有着重要地位。1935年11月至1948年8月间,先后发行了15种从"壹分"到"壹萬圆"不同面额的法币,由中外十六家不同印刷公司承印,版别多达百余种。本研究利用超景深三维视频显微镜、激光显微共聚焦拉曼光谱仪和便携式X射线荧光光谱仪,对11枚1945年(中华民国三十四年)中央银行发行的壹仟圆法币的印刷颜料进行了无损研究。结果表明,红色部分(印章、冠字号、纹饰等)普遍使用了有机合成染料系列颜料红PR,而蓝色、绿色、棕色部分普遍使用了普鲁士蓝、铅铬黄和炭黑等颜料进行调配呈色。这些信息能够为纸币类文物的鉴别、保护修复以及相关研究提供依据。     

纸质文物的热裂解气相色谱-质谱应用研究

对纸质文物的科学认知是保护这类珍贵文化遗产的关键。本研究将热裂解气相色谱-质谱(Py-GC/MS)技术应用到中国传统的四类典型手工纸(竹纸、麻纸、桑皮纸和构皮纸)的分析中,结果表明竹纸中苯酚类物质含量较高,桑皮纸和构皮纸中含有大分子三萜类特征物(如β-香树脂醇、α-香树脂醇和豆甾-3,5-二烯等物质),而麻纸中则无此类特征物——利用这些特征化合物可以区分竹纸、麻纸和桑皮/构皮纸。将这一成果应用到一副清代蜡笺纸对联的分析中：确定了该书法用纸为皮纸(桑皮纸或构皮纸);检测出长链脂肪酸和醇类物质,表明蜡笺纸的制作使用了蜂蜡;检测出吡咯及其衍生物,表明该书法蜡笺纸装裱时所用的胶结材料为动物胶;另外检测到了生物碱类物质,表明该蜡笺纸使用了植物染料。综合以上研究表明,Py-GC/MS方法不仅能够确定中国传统纸质文物的纤维来源,同时可以确定纸质文物上蜡、胶结物及染料等信息;结合传统的赫兹伯格(Herzberg)染色法,进一步确定了皮纸的具体种类。蜡笺纸文物材料信息的检测识别可为文物保护与修复工作提供科学依据,此研究方法为纸质文物的科学认知提供新思路。     

宁波“小白礁Ⅰ号”清代沉船部分构件木材树种的补充鉴定

为丰富和完善浙江宁波出水的清代"小白礁Ⅰ号"沉船船体所用木材的资料,通过与国内外类似案例的比较,分析"小白礁Ⅰ号"沉船的用材特点,利用植物解剖和光学显微技术,对后续出水的"小白礁Ⅰ号"沉船木材种类进行了补充鉴定。结果显示,除了前期调查发现的木材种类外,该船的构件中还有榄仁(Terminalia sp.)和五瓣子楝树(Decaspermum parviflorum)两种木材。这两种木材在国内同类文物的鉴定中尚未发现过,因此对这两种树木的分布和种属问题做了简要的说明。     

“小白礁Ⅰ号”沉船部分木质文物微生物病害观察与损伤评估

为掌握宁波"小白礁Ⅰ号"古沉船船体结构的状况,以及为该沉船的后续保护提供科学依据,本研究利用光学显微镜和电子显微镜技术,在显微和亚显微水平上观察了该沉船部分木质文物的组织和细胞结构。观察分析发现,对该沉船木质文物有较大影响的微生物主要是侵蚀细菌(Erosion bacteria,EB)和钻管细菌(Tunneling bacteria,TB);借助文献提供的标准,评估了该沉船不同部位木质文物的结构现状及不同备检样品中的细菌的侵蚀程度。评价结果表明沉船木质文物的侵蚀情况从轻度到完全损坏程度不同。本研究也分析了导致木质文物损伤程度差异的原因,并根据分析结果就该沉船木质文物保护涉及的生物学问题提出了建议。     

真丝文物霉变菌株的分离、鉴定及防霉药剂筛选

中国的桑蚕丝织业延绵千年,真丝文物记载了中国作为丝绸古国的辉煌历史,对中国古文化及古工业的研究都具有重要意义。而真丝文物在出土及保藏过程中极易遭受霉菌污染,严重影响文物的研究展示和文化价值的传承,成为各大博物馆和研究所的困扰。通过对真丝文物霉变菌株的分离及鉴定,可以了解真丝文物霉菌污染现状,为真丝文物的防霉控制提供靶标菌株。筛选真丝文物防霉处理剂可为探索真丝文物防霉控制方法提供新的思路,促进真丝文物防霉新技术的开发。本研究从苏州丝绸博物馆霉变真丝文物中分离纯化得到4株霉菌,分别编号为A、D、H、K。采用点植法培养真丝霉变菌株单菌落,观察其菌落特征和培养特性,通过显微观察法记录分生孢子形态、大小等显微结构,结合分子生物学方法构建系统发育树,对真丝文物霉变菌株进行鉴定。同时采用牛津杯法测试3-碘-2丙炔基-N-正丁基氨基甲酸酯(IPBC)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)、苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)、聚六亚甲基单胍磷酸盐(PHMG)4种防霉剂对4株真丝霉变菌株的抑菌活性。结果表明：4株霉菌分别属于半知菌类丛梗孢目的3个属：曲霉属(Aspergillus),节孢霉属(Arthri...     

Introduction and utilization of X-CT systems for cultural properties in Japan

在日本,对文物的科学研究原则上是在不破坏样品的情况下使用光学方法进行的。为此,以国立博物馆为首引入了许多X射线计算机断层扫描(X-CT)系统。本文介绍了日本引进CT系统的历史及其使用范例。