CN105300917B - 一种基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及文物保护技术领域，公开了一种基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，包括：1）、在红外光谱仪的检测台上放置反射薄片，将待测纺织品文物平铺于反射薄片上。2）、调整近红外光谱仪的检测探头，将检测探头与纺织品文物的距离控制在0.2‑1mm，进行近红外光谱信息采集，得到纺织品文物的近红外光谱图。3）、将近红外谱图进行S.Golay平滑滤波，然后进行二阶导数谱图处理。4）、将处理后的近红外谱图与纺织品近红外标准谱图进行对比，鉴别出纺织品文物的材质。本发明方法在不对样品进行破坏、施压的前提下，可提高样品的近红外光反射率，结合独特的数据处理方法，能够快速无损的鉴别纺织品文物的材质。
Description
技术领域
本发明涉及文物保护技术领域，尤其涉及一种鉴别纺织品文物材质的方法。
背景技术
纺织品文物材质多属于天然动植物纤维，由于埋藏环境和保存环境的影响，材质已发生不同程度的老化与降解，使得材质分子基团发生结构改变，通过红外光谱检测组成材质的结构基团，红外光谱结果可以显示发生不同程度的红外吸收减弱和特征吸收改变等，所以通过近红外光谱检测方法鉴定纺织品文物材质，能够较好的区别古代纺织品文物材质。
红外光谱检测纺织品文物的检测方法与数据处理方法较多，包括中远红外与近红外光谱，但是目前尚无能够快速无损地检测纺织品文物的方法，目前的红外检测技术中大多需要进行取样分析，但对于极其珍贵的文物而言，采样会破坏其完整性，不能做采样分析检测，也不宜进行表面受力分析，所以需要一种无损无受力的材质检测方法。
现有近红外光谱检测纺织品纤维的数据处理方法主要通过微分和多元光散射校正算法消除噪声和基线漂移对光谱数据的影响，从而提高数据信噪比，而对于纺织品文物而言，在利用红外光谱检测时，由于无损无压力检测要求，现有手段未能提高其红外反射率，尤其织物纤维数量较少的情况下，红外反射信号会明显削弱，从而影响材质红外光谱的准确性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法。本发明方法在不对样品进行破坏、施压的前提下，可提高样品的近红外光反射率，结合独特的数据处理方法，能够快速无损的鉴别纺织品文物的材质。
本发明的具体技术方案为：一种基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，包括如下步骤：
1）、在红外光谱仪的检测台上放置一片平整的反射薄片，将待测纺织品文物平铺于所述反射薄片上。
由于纺织品文物的珍贵性，在进行红外检测前不能对纺织品文物进行取样、镀金以及覆膜等，因此在纺织品文物下方垫有一片具有高红外反射的反射薄片，能够提高纺织品文物的红外反射率以及准确性。
2）、调整近红外光谱仪的检测探头，将所述检测探头与所述纺织品文物的距离控制在0.2-1mm的范围内，然后进行近红外光谱信息采集，得到纺织品文物的近红外光谱图。
由于有的纺织品文物由于年代久远，较为脆弱，一碰即碎，不能受压，因此在进行红外检测时检测探头不能与纺织品文物接触，距离控制在0.2-1mm范围内时，配合步骤1）中的反射薄片，能够进一步提高纺织品文物的红外反射率以及准确性。
3）、将所得的近红外谱图进行S.Golay平滑滤波，平滑度为1-3，然后通过NicoletOmnic 红外光谱处理软件进行二阶导数谱图处理，多项式项数为3-6。
对得到的近红外谱图进行处理，能够便于将其与纺织品近红外标准谱图进行对比。
4）、将上述处理后的近红外谱图与纺织品近红外标准谱图进行对比，鉴别出所述纺织品文物的材质。
本发明方法在不破坏纺织品文物，使纺织品文物不受压的情况下，对其进行红外检测，并且纺织品文物的红外反射率高，整个材质鉴别过程快速准确。
作为优选，所述反射薄片为表面镀有金、银、氧化铝、二氧化硅中一种或多种材料的镀层的薄片。
作为优选， 所述反射薄片上镀层的厚度为0.6-0.8mm。当镀层厚度在以上范围内时，纺织品文物的红外发射率较高。
作为优选，在步骤2)中进行近红外光谱信息采集时，环境温度控制在20-25℃，环境相对湿度控制在50-60%。
在以上条件的环境中对纺织品文物进行红外检测，不仅能够保护文物，而且纺织品文物的红外发射率较高。
作为优选，在步骤1）中，所述纺织品文物在平铺前经过预处理，具体方法如下：用毛刷蘸取乙醇对纺织品文物上待检测部位进行润湿、清洗，接着用毛刷蘸取丙酮对纺织品文物上已润湿的部位继续进行润湿，然后将纺织品文物在温度为25-30℃，相对湿度为30-40%的环境下干燥15-30min。
一般正常环境中纺织品文物的含水率在8-10%左右，本发明人经过研究发现，当纺织品文物的含水率控制在6-9%时，其红外反射率较高，因此需要在检测前将纺织品文物的含水率降低。一般降低纤维含水率的方法是高温干燥，但是纺织品文物的特殊性，高温处理会加速其老化，导致强度降低，有损害文物的风险。本发明选用有机溶剂置换法将纺织品文物的含水率降低。先用丙酮对纺织品文物进行润湿、清洗，不仅能够去除纺织品文物表面的杂质，排除干扰，还能使乙醇渗透进入纤维内部，将纤维内部的水分置换出来，接着用丙酮继续对纺织品文物进行润湿，进一步置换出水分。先后采用乙醇和丙酮分步式降低纤维含水率，更加温和，使纤维逐步脱水，纺织品文物不会由于瞬间失水而降低强度。且乙醇、丙酮的沸点逐步降低，能够快速挥发，且在挥发过程中携带走部分水分。
在温度为25-30℃，相对湿度为30-40%的环境下进行干燥，由于相对湿度较低，可以加速降低纤维含水率，也能防止纤维回潮
作为优选，所述乙醇的用量为1-2mL/cm3，所述丙酮的用量为1.5-2.5mL/cm3。以上用量的乙醇和丙酮最为适宜，过高则无法快速挥发，过低则无法充分润湿纤维。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明方法在不对样品进行破坏、施压的前提下，可提高样品的近红外光反射率，结合独特的数据处理方法，能够快速无损的鉴别纺织品文物的材质。
附图说明
图1为实施例1中纺织品文物近红外谱图与纺织品近红外标准谱图的对比图；
图2为实施例2中纺织品文物近红外谱图与纺织品近红外标准谱图的对比图；
图3为实施例3中纺织品文物近红外谱图与纺织品近红外标准谱图的对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
以下实施例所用设备为：近红外光谱仪（microPHAZIR，美国热电Nicolet公司）。
实施例1
一种基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，包括如下步骤：
1）、在红外光谱仪的检测台上放置一片平整的反射薄片，将待测纺织品文物平铺于所述反射薄片上。所述反射薄片的表面镀有金，所述反射薄片上镀层的厚度为0.7mm。
2）、调整近红外光谱仪的检测探头，将所述检测探头与所述纺织品文物的距离控制在0.6mm，其中环境温度控制在22℃，环境相对湿度控制在55%，然后进行近红外光谱信息采集，得到纺织品文物的近红外光谱图。
3）、将所得的近红外谱图通过microPHAZIR软件进行S.Golay平滑滤波，平滑度为1，然后通过Nicolet Omnic 红外光谱处理软件进行二阶导数谱图处理，多项式项数为3。
4）、将上述处理后的近红外谱图与纺织品近红外标准谱图进行对比，鉴别出所述纺织品文物的材质。其中纺织品近红外标准谱图采集于不同时期的纺织品纤维样品，包括现代样品和古代样品。
最终实施例1的纺织品文物的鉴别结果如图1所示，该纺织品文物与丝的谱图最为接近（在上的谱图为丝的近红外标准谱图，在下的为实施例1的近红外谱图），因此推断为丝材质。
实施例2
一种基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，包括如下步骤：
1）、用毛刷蘸取乙醇对纺织品文物上待检测部位进行润湿、清洗，接着用毛刷蘸取丙酮对纺织品文物上已润湿的部位继续进行润湿，然后将纺织品文物在温度为25℃，相对湿度为30%的环境下干燥30min。其中，所述乙醇的用量为1mL/cm3，所述丙酮的用量为1.5mL/cm3。
在红外光谱仪的检测台上放置一片平整的反射薄片，将待测纺织品文物平铺于所述反射薄片上。所述反射薄片的表面镀有氧化铝。所述反射薄片上镀层的厚度为0.6mm。
2）、调整近红外光谱仪的检测探头，将所述检测探头与所述纺织品文物的距离控制在0.2mm，其中环境温度控制在20℃，环境相对湿度控制在50%，然后进行近红外光谱信息采集，得到纺织品文物的近红外光谱图。
3）、将所得的近红外谱图通过microPHAZIR软件进行S.Golay平滑滤波，平滑度为2，然后通过Nicolet Omnic 红外光谱处理软件进行二阶导数谱图处理，多项式项数为6。
4）、将上述处理后的近红外谱图与纺织品近红外标准谱图进行对比，鉴别出所述纺织品文物的材质。其中纺织品近红外标准谱图采集于不同时期的纺织品纤维样品，包括现代样品和古代样品。
最终实施例2的纺织品文物的鉴别结果如图2所示，该纺织品文物与毛的谱图最为接近（在下的谱图为毛的近红外标准谱图，在上的为实施例2的近红外谱图），因此推断为毛材质。
实施例3
一种基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，包括如下步骤：
1）、用毛刷蘸取乙醇对纺织品文物上待检测部位进行润湿、清洗，接着用毛刷蘸取丙酮对纺织品文物上已润湿的部位继续进行润湿，然后将纺织品文物在温度为30℃，相对湿度为40%的环境下干燥15min。其中，所述乙醇的用量为2mL/cm3，所述丙酮的用量为2.5mL/cm3。
在红外光谱仪的检测台上放置一片平整的反射薄片，将待测纺织品文物平铺于所述反射薄片上。所述反射薄片的表面镀有二氧化硅。所述反射薄片上镀层的厚度为0.8mm。
2）、调整近红外光谱仪的检测探头，将所述检测探头与所述纺织品文物的距离控制在1mm，其中环境温度控制在25℃，环境相对湿度控制在60%，然后进行近红外光谱信息采集，得到纺织品文物的近红外光谱图。
3）、将所得的近红外谱图通过microPHAZIR软件进行S.Golay平滑滤波，平滑度为3，然后通过Nicolet Omnic 红外光谱处理软件进行二阶导数谱图处理，多项式项数为5。
4）、将上述处理后的近红外谱图与纺织品近红外标准谱图进行对比，鉴别出所述纺织品文物的材质。其中纺织品近红外标准谱图采集于不同时期的纺织品纤维样品，包括现代样品和古代样品。
最终实施例3的纺织品文物的鉴别结果如图3所示，该纺织品文物与棉的谱图最为接近（在上的谱图为棉的近红外标准谱图，在下的为实施例3的近红外谱图），因此推断为棉材质。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）、在红外光谱仪的检测台上放置一片平整的反射薄片，将待测纺织品文物平铺于所述反射薄片上；其中，所述纺织品文物在平铺前经过预处理，具体方法如下：用毛刷蘸取乙醇对纺织品文物上待检测部位进行润湿、清洗，接着用毛刷蘸取丙酮对纺织品文物上已润湿的部位继续进行润湿，然后将纺织品文物在温度为25-30℃，相对湿度为30-40%的环境下干燥15-30min；其中，乙醇的用量为1-2mL/cm3，丙酮的用量为1.5-2.5mL/cm3；
2）、调整近红外光谱仪的检测探头，将所述检测探头与所述纺织品文物的距离控制在0.2-1mm的范围内，然后进行近红外光谱信息采集，得到纺织品文物的近红外光谱图；
3）、将所得的近红外谱图进行S.Golay平滑滤波，平滑度为1-3，然后通过NicoletOmnic 红外光谱处理软件进行二阶导数谱图处理，多项式项数为3-6；
4）、将上述处理后的近红外谱图与纺织品近红外标准谱图进行对比，鉴别出所述纺织品文物的材质。
2.如权利要求1所述的基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，其特征在于，所述反射薄片为表面镀有金、银、氧化铝、二氧化硅中一种或多种材料的镀层的薄片。
3.如权利要求2所述的基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，其特征在于，所述反射薄片上镀层的厚度为0.6-0.8mm。
4.如权利要求1所述的基于红外光谱无损无压力鉴别纺织品文物材质的方法，其特征在于，在步骤2)中进行近红外光谱信息采集时，环境温度控制在20-25℃，环境相对湿度控制在50-60%。
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