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内容摘要：本文在多光谱成像调查成果的基础上，利用反射式光谱仪、数字显微镜等非介入式的光学调查仪器，结合实验室模拟试验和洞窟调查，对莫高窟第285窟南壁的无机颜料和有机染料进行了初步研究。
关键词：敦煌；壁画；多光谱调查；无损分析
中图分类号：K854.3；K879.41 文献标识码：A 文章编号：1000-4106(2007)05-0049-05
一 前言
敦煌研究院与国内外的众多机构合作，对敦煌壁画的制作技术、壁画颜料的变色和褪色、保存与修复方法进行过深入研究，基本解明了敦煌壁画中使用的矿物颜料和胶结材料以及壁画颜料变色的机理和影响因素。
上世纪初，Norman首先利用可见光分光光度计，对当时已知颜料的反射光谱进行了分析。其后，朽津信明等利用便携式的分光光度计，对常见的纯颜料进行了研究，认为矿物颜料的反射光谱基本上由其晶体结构决定。而颜料的粒度和含水率等因素对反射光谱没有大的影响，因而利用便携式的分光光度计，可以对壁画颜料方便地进行现场调查，粗略地估计颜料的种类，为大面积地调查壁画制作技术提供了新的途径。目前随着分析技术和仪器的进步，壁画的无损多光谱分析和调查技术有了实际的应用，特别是应用在褪色、变色图案和文字的识别，以及壁画制作材料和绘制技法的无损调查等方面。因此采用敦煌壁画的制作技术，制作模拟试块，对该研究方法在敦煌壁画中的应用做了调查；并在室内模拟实验的基础上，结合中日合作保护莫高窟研究项目，在莫高窟第285窟南壁进行了初步调查。
二 仪器和样品制备
1、室内模拟试块的分析
仪器及分析条件：岛津(UV-2201)分光光度计，360nm-800nm波长范围扫描，波长间隔1.0nm。
模拟试块的制作：根据敦煌壁画的制作技术，用动物胶(骨胶)混合敦煌壁画中使用的颜料，在中性卡纸上涂抹混合动物胶的各色颜料，制作标准试样。所用的颜料均用X射线衍射分析验证。
2、洞窟调查仪器
仪器：现场观察用UV灯(UVP Compact UV Lamp UVGL-25，365nm and 254nm)；数码显微镜(Keyence VM-5000 X150-800)；反射式分光光度计(SpectraScan PR-650，Photo Research产)，钨灯光源，测定范围约1cmφ，带一个附加微距镜头；袖珍放大镜：分别为25X、50X、100X，可以细微地观察壁画。
实验步骤：
a、用数字显微镜观测南壁东侧上部一排飞天处，以及中下部壁画。同时用便携式紫外灯以及袖珍放大镜对南壁做详细的观察，并对照壁画的紫外线激发可见光荧光图像照片，以及红外照片，对不同颜色和不同信号的部位做详细记录。
b、对选定的部位用反射式分光光度计进行测定。
三 实验结果
1、室内模拟实验结果
蓝色颜料：图1所示的是从头青到五青五种不同粒径石青和青金石的反射光谱图，可以依靠特征反射、主吸收带及峰形的不同，区别这两种颜料。同时五种不同粒径石青的反射光谱图的峰形和特征反射、主吸收带基本一致。石青：450-470nm特征反射和640nm主吸收带；青金石：444nm和大于650nm特征反射及600nm主吸收带。
红色颜料(图2)：朱砂大于640nm特征反射和550nm附近的主吸收带；土红750 nm和450nm的特征反射及480hm附近的主吸收带。
黄色颜料(图3)：
铅黄：大于650nm特征反射和410nm主吸收带；雌黄：大于580nm特征反射和440nm主吸收带。
绿色(表1)：选用的四种绿色颜料为：孔雀石，氯铜矿，斜氯铜矿和水胆矾。根据四种绿色颜料的反射光谱资料、主吸收带和峰形很相似，所以很难用反射光谱来区别这四种颜料。
白色：铅白、白垩、滑石、石膏、高岭土、文石等白色样品的反射光谱图也没有明显的差别，仅仅用可见光范围的反射光谱分析无法鉴别。
根据混合动物胶后的壁画颜料样品光谱分析的结果，证明该方法可以用来简便、快速地区别蓝色的青金石和石青、红色的朱砂和土红、黄色的雌黄和铅黄，但无法区别莫高窟壁画中各种绿色和白色颜料。
2、洞窟调查结果
(1)地仗层和粉层
通过对壁画破损部位的观察，了解壁画的结构。确认地仗有两层，其中粗泥层混合有植物秸秆，细泥层混合有非常细的植物纤维；并确认整铺壁面有白色颜料涂抹的粉层。
(2)颜料层
底稿线：观察到用橙红色颜料制作的草图的线条。
颜料：通过仪器分析和显微镜调查，确认有4种红色，1种土红色，1种绿色，2种蓝色，1种肉色，1种白色，1种黑色和1种黑褐色。根据李最雄的研究结果，可以确认其中红色主要使用了土红，蓝色为青金石，绿色为氯铜矿，棕黑色为铅丹变色后的黑铅矿，白色主要是滑石矿物。这些不同颜色颜料的光谱调查结果分别陈述如下：
红色：不同红色颜料的观察结果见表2和图版7。
红色1-3颜料的反射光谱比较近似，仅依靠反射光谱无法区分1-3这3种红色颜料，红色4的反射光谱和前者不同，见图4。
对红色4颜料部位的显微镜观察，确认不存在明显的颜料颗粒，可能是有机染料。
通过紫外线照射观察，红色2部位表面可能有表面涂层。
土红色：对动物和龛入口处的土红色进行显微镜观察。观察到很多大颗粒的土红色颗粒。反射光谱见图5。
绿色：通过对山、服装和建筑物等绿色部位的紫外线观察，没有发现荧光信号。而红外线照片则信号比较强。显微镜观察到绿色颜料颗粒中含有蓝色和红褐色的颗粒。各部位反射光谱比较近似，只在短波长峰的位置有一些差别(图6)。
蓝色1：山、草木、上部飞天的飘带和下部龛入口的装饰图案等有鲜艳的蓝色1。在短波长紫外线照射时有黄绿色的荧光信号。红外线照片上信号不强。紫外线荧光照片上确认了蓝色部位有发青白色荧光信号的部位，和没有青白色荧光信号的部位。推测青白荧光是蓝色颜料外层颜料发出的信号。显微镜观察到深蓝色和无色颜料颗粒混合在一起。颜料的反射光谱和青金石颜料的特征类似(图7)。
蓝色2：通过紫外线照射飞天的飘带、草木、水池等部位(图版8)，观察到黄绿色的荧光信号。显微镜观察到细小的深蓝色颗粒(图版9中的暗蓝色色斑)。反射光谱的特征和靛蓝一致(图7)。
肉色：南壁的人物(佛、飞天)肌肤变为灰色，但在西侧有白色的肌肤。紫外线下无荧光。显微镜下观察到细小的灰色颗粒，照片中表面附着有黄褐色的晶体。反射光谱在反射率比较低的部位测定，形状较平(图8)。
黑色：黑色颜料主要用在人体的轮廓和衣物的线条处。
白色：白色主要用在草木和龛入口处的图案处。
黑褐色部位：人物的衣服和山等很多部位有黑褐色，部分为红褐色。紫外线照射黑褐色部位，既有发黄色荧光的部位，也有无荧光信号的部位。推测荧光信号也来源于黑褐色颜料表面涂抹的材料。红外线照片信号强。显微镜观察到黑色颗粒下有红褐色颗粒存在(图版10)。黑褐色部位的反射光谱见图8，推测为使用铅丹颜料后变黑的部位。
黄褐色和黑褐色颜料涂抹的部位：在榜题部位涂抹有黄褐色和黑褐色颜料(没有发现有文字)。佛的脸部、飞天的装饰品、龛入口处的装饰图案等也涂抹有黄褐色和黑褐色颜料。该颜料在紫外线下有黄绿色的荧光信号。
四 结论
在室内模拟实验的基础上，综合使用反射式光谱仪、中短波紫外线灯、数码显微镜和光学放大镜等仪器进行无损分析和调查，初步了解了莫高窟第285窟南壁使用的颜料，分析了壁画绘制的工艺和技法，为深入研究第285窟壁画绘制技法和其所用的材料作了初步的探索。
责任编辑：梁 红
关键词：敦煌；壁画；多光谱调查；无损分析
中图分类号：K854.3；K879.41 文献标识码：A 文章编号：1000-4106(2007)05-0049-05
一 前言
敦煌研究院与国内外的众多机构合作，对敦煌壁画的制作技术、壁画颜料的变色和褪色、保存与修复方法进行过深入研究，基本解明了敦煌壁画中使用的矿物颜料和胶结材料以及壁画颜料变色的机理和影响因素。
上世纪初，Norman首先利用可见光分光光度计，对当时已知颜料的反射光谱进行了分析。其后，朽津信明等利用便携式的分光光度计，对常见的纯颜料进行了研究，认为矿物颜料的反射光谱基本上由其晶体结构决定。而颜料的粒度和含水率等因素对反射光谱没有大的影响，因而利用便携式的分光光度计，可以对壁画颜料方便地进行现场调查，粗略地估计颜料的种类，为大面积地调查壁画制作技术提供了新的途径。目前随着分析技术和仪器的进步，壁画的无损多光谱分析和调查技术有了实际的应用，特别是应用在褪色、变色图案和文字的识别，以及壁画制作材料和绘制技法的无损调查等方面。因此采用敦煌壁画的制作技术，制作模拟试块，对该研究方法在敦煌壁画中的应用做了调查；并在室内模拟实验的基础上，结合中日合作保护莫高窟研究项目，在莫高窟第285窟南壁进行了初步调查。
二 仪器和样品制备
1、室内模拟试块的分析
仪器及分析条件：岛津(UV-2201)分光光度计，360nm-800nm波长范围扫描，波长间隔1.0nm。
模拟试块的制作：根据敦煌壁画的制作技术，用动物胶(骨胶)混合敦煌壁画中使用的颜料，在中性卡纸上涂抹混合动物胶的各色颜料，制作标准试样。所用的颜料均用X射线衍射分析验证。
2、洞窟调查仪器
仪器：现场观察用UV灯(UVP Compact UV Lamp UVGL-25，365nm and 254nm)；数码显微镜(Keyence VM-5000 X150-800)；反射式分光光度计(SpectraScan PR-650，Photo Research产)，钨灯光源，测定范围约1cmφ，带一个附加微距镜头；袖珍放大镜：分别为25X、50X、100X，可以细微地观察壁画。
实验步骤：
a、用数字显微镜观测南壁东侧上部一排飞天处，以及中下部壁画。同时用便携式紫外灯以及袖珍放大镜对南壁做详细的观察，并对照壁画的紫外线激发可见光荧光图像照片，以及红外照片，对不同颜色和不同信号的部位做详细记录。
b、对选定的部位用反射式分光光度计进行测定。
三 实验结果
1、室内模拟实验结果
蓝色颜料：图1所示的是从头青到五青五种不同粒径石青和青金石的反射光谱图，可以依靠特征反射、主吸收带及峰形的不同，区别这两种颜料。同时五种不同粒径石青的反射光谱图的峰形和特征反射、主吸收带基本一致。石青：450-470nm特征反射和640nm主吸收带；青金石：444nm和大于650nm特征反射及600nm主吸收带。
红色颜料(图2)：朱砂大于640nm特征反射和550nm附近的主吸收带；土红750 nm和450nm的特征反射及480hm附近的主吸收带。
黄色颜料(图3)：
铅黄：大于650nm特征反射和410nm主吸收带；雌黄：大于580nm特征反射和440nm主吸收带。
绿色(表1)：选用的四种绿色颜料为：孔雀石，氯铜矿，斜氯铜矿和水胆矾。根据四种绿色颜料的反射光谱资料、主吸收带和峰形很相似，所以很难用反射光谱来区别这四种颜料。
白色：铅白、白垩、滑石、石膏、高岭土、文石等白色样品的反射光谱图也没有明显的差别，仅仅用可见光范围的反射光谱分析无法鉴别。
根据混合动物胶后的壁画颜料样品光谱分析的结果，证明该方法可以用来简便、快速地区别蓝色的青金石和石青、红色的朱砂和土红、黄色的雌黄和铅黄，但无法区别莫高窟壁画中各种绿色和白色颜料。
2、洞窟调查结果
(1)地仗层和粉层
通过对壁画破损部位的观察，了解壁画的结构。确认地仗有两层，其中粗泥层混合有植物秸秆，细泥层混合有非常细的植物纤维；并确认整铺壁面有白色颜料涂抹的粉层。
(2)颜料层
底稿线：观察到用橙红色颜料制作的草图的线条。
颜料：通过仪器分析和显微镜调查，确认有4种红色，1种土红色，1种绿色，2种蓝色，1种肉色，1种白色，1种黑色和1种黑褐色。根据李最雄的研究结果，可以确认其中红色主要使用了土红，蓝色为青金石，绿色为氯铜矿，棕黑色为铅丹变色后的黑铅矿，白色主要是滑石矿物。这些不同颜色颜料的光谱调查结果分别陈述如下：
红色：不同红色颜料的观察结果见表2和图版7。
红色1-3颜料的反射光谱比较近似，仅依靠反射光谱无法区分1-3这3种红色颜料，红色4的反射光谱和前者不同，见图4。
对红色4颜料部位的显微镜观察，确认不存在明显的颜料颗粒，可能是有机染料。
通过紫外线照射观察，红色2部位表面可能有表面涂层。
土红色：对动物和龛入口处的土红色进行显微镜观察。观察到很多大颗粒的土红色颗粒。反射光谱见图5。
绿色：通过对山、服装和建筑物等绿色部位的紫外线观察，没有发现荧光信号。而红外线照片则信号比较强。显微镜观察到绿色颜料颗粒中含有蓝色和红褐色的颗粒。各部位反射光谱比较近似，只在短波长峰的位置有一些差别(图6)。
蓝色1：山、草木、上部飞天的飘带和下部龛入口的装饰图案等有鲜艳的蓝色1。在短波长紫外线照射时有黄绿色的荧光信号。红外线照片上信号不强。紫外线荧光照片上确认了蓝色部位有发青白色荧光信号的部位，和没有青白色荧光信号的部位。推测青白荧光是蓝色颜料外层颜料发出的信号。显微镜观察到深蓝色和无色颜料颗粒混合在一起。颜料的反射光谱和青金石颜料的特征类似(图7)。
蓝色2：通过紫外线照射飞天的飘带、草木、水池等部位(图版8)，观察到黄绿色的荧光信号。显微镜观察到细小的深蓝色颗粒(图版9中的暗蓝色色斑)。反射光谱的特征和靛蓝一致(图7)。
肉色：南壁的人物(佛、飞天)肌肤变为灰色，但在西侧有白色的肌肤。紫外线下无荧光。显微镜下观察到细小的灰色颗粒，照片中表面附着有黄褐色的晶体。反射光谱在反射率比较低的部位测定，形状较平(图8)。
黑色：黑色颜料主要用在人体的轮廓和衣物的线条处。
白色：白色主要用在草木和龛入口处的图案处。
黑褐色部位：人物的衣服和山等很多部位有黑褐色，部分为红褐色。紫外线照射黑褐色部位，既有发黄色荧光的部位，也有无荧光信号的部位。推测荧光信号也来源于黑褐色颜料表面涂抹的材料。红外线照片信号强。显微镜观察到黑色颗粒下有红褐色颗粒存在(图版10)。黑褐色部位的反射光谱见图8，推测为使用铅丹颜料后变黑的部位。
黄褐色和黑褐色颜料涂抹的部位：在榜题部位涂抹有黄褐色和黑褐色颜料(没有发现有文字)。佛的脸部、飞天的装饰品、龛入口处的装饰图案等也涂抹有黄褐色和黑褐色颜料。该颜料在紫外线下有黄绿色的荧光信号。
四 结论
在室内模拟实验的基础上，综合使用反射式光谱仪、中短波紫外线灯、数码显微镜和光学放大镜等仪器进行无损分析和调查，初步了解了莫高窟第285窟南壁使用的颜料，分析了壁画绘制的工艺和技法，为深入研究第285窟壁画绘制技法和其所用的材料作了初步的探索。
责任编辑：梁 红