CN113686910A - 一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法，包括以下步骤：(1)根据待测彩画的类型进行检测点的选取；确定检测点前，首先现场调查待测彩画样本的类型、颜色组成和颜色叠加关系，再选取检测点；(2)对待测彩画内检测点的不同病害进行预处理；(3)根据检测点的年代信息和颜色判断出检测点的显色元素，并对对应检测点的数据进行处理；元素浓度值小于等于0.1％时，忽略对应元素浓度；对于相同颜色的不同位置的3个检测点的数据，选取显色元素浓度值为最大值的那一组数据作为该颜色对应检测点的最终数据；(4)根据检测点完整和不完整两种情况对显色元素的来源做出解释，并推断出颜料种类。
Description
技术领域
本发明涉及文物考古技术领域，具体为一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法。
背景技术
当前文物保护工作应遵循“不改变实物原状”的原则，因此，在对古建筑彩画进行修复前需要对原彩画的形制、颜色及颜料种类等要素做调研。另外，彩画颜料的种类是进行彩画断代的一种重要依据，并最终服务于古建筑营修史和建筑史学的研究。颜料种类的检测就成为了一个重要的研究话题。当前，检测颜料种类的方法主要是实验室方法，例如：扫描电镜能谱法(SEM-EDX)，激光拉曼光谱法，X-射线衍射分析法(XRD)和X-射线荧光分析法(XRF) 等。传统的实验室方法需要将彩画取样并带回实验室进行检测，是有损或微损的方法，并且价格昂贵且复杂。对于现存的古建筑彩画颜料检测来说，实验室的检测方法过于繁琐，且无法用于原位检测，对于大量的彩画样本的检测来说是不适用的。尤其对于年代久远的珍贵彩画来说，有损或微损的检测方法也是无法适用的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种原位无损、便携式的检测方法，可以简单、快速、准确地测取元素信息，并根据显色元素的信息判断出颜料种类。填补彩画无机颜料原位无损检测科学性应用领域的空白。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法，，包括以下步骤：
(1)根据待测彩画的类型进行检测点的选取；确定检测点前，首先现场调查待测彩画样本的类型、颜色组成和颜色叠加关系，再选取检测点；
(2)对待测彩画内检测点的不同病害进行预处理；
(3)根据检测点的年代信息和颜色判断出检测点的显色元素，并对对应检测点的数据进行处理；元素浓度值小于等于0.1％时，忽略对应元素浓度；对于相同颜色的不同位置的3个检测点的数据，选取显色元素浓度值为最大值的那一组数据作为该颜色对应检测点的最终数据；
(4)根据检测点完整和不完整两种情况对显色元素的来源做出解释，并推断出颜料种类。
进一步的，步骤(1)现场调查待测彩画样本的类型的具体方法为：
a、对于和玺彩画；先检测底色，枋心和找头部分底色为青绿色交替绘制，则需在枋心和找头部分的青绿色中各选取不同位置的3个检测点；盒子和箍头处底色均需选取不同位置的 3个检测点；再检测小色，以上彩画中各部分若存在小色与晕色，应对各小色与晕色均检测不同位置的3个点，若点位不满足3个点的要求，则检测1个点；要求检测面积最小边长在 8mm以上，且避免各检测点检测到沥粉线；
b、对于旋子彩画；底色、小色和晕色的选取同和玺彩画一致，找头部分旋花处青绿色各选取不同位置的3个检测点；
c、对于苏式彩画，苏式彩画分为：包袱式苏画、枋心式苏画和海墁式苏画；
(c1)对于包袱式苏画；包袱、找头和箍头的底色检测同和玺彩画一致，包袱式苏画内每种颜色均检测至少1点，并记录颜色叠加关系；
(c2)对于枋心式苏画；枋心、找头、箍头和盒子部分底色同和玺彩画一致，枋心内图案或绘画应保证每一种颜色取不同位置的三点；
(c3)对于海墁式苏画；底色检测选取不同位置的3个检测点，底色上图案应做到每种颜色均检测至少1点。
进一步的，步骤(2)彩画的病害有积尘、油烟污染、粉化、褪变色、龟裂、结垢、颜料剥落、裂隙；不同的病害对检测数据的影响程度不一，因此检测方式不同：
a、积尘：当检测点表面有灰尘覆盖时，通过气吹方式清除该点表面灰尘后再进行检测，若彩画表面颜料易脱落而不易进行表面处理时，则直接检测；
b、油烟污染：无须预处理直接检测；
c、粉化：粉化程度分类如下
(a)保存完好，颜料没有任何粉化；
(b)轻度粉化，颜料少量掉落；
(c)重度粉化，颜料多数掉落，暴露出地仗层；
以上(a)和(b)情况下正常检测，显色元素峰值明显；(c)情况需要进一步分析进而对颜料种类做出判断，具体见步骤(4)；
d、褪变色：彩画褪变色检测数据没有影响；
e、龟裂：具体见步骤(4)；
f、结垢：彩画结垢会覆盖住原彩画层，导致数据不准确，选取检测点时应避开结垢处；
g、颜料剥落：现场检测验证颜料剥落的情况检测不到颜料显色元素的数据，原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法不适用此种情况；
h、裂隙：当检测点无法满足仪器的检测半径时，原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法不适用此种情况。
进一步的，步骤(3)的显色元素的定义为：通过对各无机颜料的检测，各颜料的主要元素组成与峰值保持一致,将峰值元素称为显色元素，即根据显色元素的浓度值，能够判断出颜料种类；根据待测彩画的无机颜料元素组成与仪器实测时的特性，将元素检测数据结果规定为12个元素：As、Pb、Cu、Fe、Cr、V、Ti、Ca、AI、Si、CI、S,上述12个元素即代表待测彩画无机颜料和地仗层的元素特征。
进一步的，步骤(4)中检测点完整与不完整两种情况具体如下：
a、检测点表面完整无龟裂；判断检测结果的元素浓度来自于颜料层；
b、检测点表面不完整，存在龟裂和粉化现象；此情况下，检测结果的元素浓度来自于颜料层和地仗层；先对地仗层数据进行分析，找出与其他颜料可能重复的元素，并把地仗中重复的显色元素浓度与检测浓度值对比，对显色元素真实来源做出判断，并推断出颜料种类。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明填补了原位无损科学性检测彩画无机颜料的空白。本发明便捷、准确，可以快速定性地判断出彩画无机颜料的种类，并且对彩画没有损伤，是可以大力推广的一种检测方法。该方法可以适应各种检测环境，得到的准确数据，最终利用大数据将检测结果服务于彩画断代。
2.检测点的不同病害会对检测结果产生较大差异；因此对待测彩画内检测点的不同病害进行预处理，实行区别处理，确保检测的精度。
3.因使用HH-XRF检测时X射线具有穿透性，彩画的结构层由内而外包括木基层、地仗层和彩画层三层，并且彩画层存在多层颜料绘制的情况，因此本发明检测得到的数据为混合数据，本发明实行分情况讨论并对各个数据的来源做出合理的解释。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所要解决的技术问题是提供一种原位无损、便携式的检测方法，可以简单、快速、准确地测取元素信息，通过手持式荧光光谱分析仪(HH-XRF)准确检测出各色颜料的元素组成，并根据显色元素的信息判断出颜料种类。
如图1所示，本发明的一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法主要包括以下步骤：
(1)根据待测彩画的类型进行检测点的选取。具体方法为：确定检测点前，先现场调查待测彩画样本的类型、颜色组成和颜色叠加关系，再选取检测点。检测点的选取包括彩画颜料层的检测点和地仗层的检测点(检测点表面不完整时检测)。如位于内外檐檩、垫、枋的清代彩画分为和玺彩画、旋子彩画、苏式彩画等类型；颜色为青、绿、红、黄、白、黑、金(黑、金两种颜色无法检测)及其晕色。检测点选取原则如下：
a、对于和玺彩画。先检测底色，枋心和找头部分底色为青绿色交替绘制，则需在枋心和找头部分的青绿色中各选取不同位置的3个检测点；盒子和箍头处底色均需选取不同位置的 3个检测点。再检测小色，以上彩画中各部分若存在小色与晕色，应对各小色与晕色均检测不同位置的3个点，若点位不满足3个点的要求，则检测1个点。要求检测面积最小边长不小于8mm，且各检测点要避免检测到沥粉线。
b、对于旋子彩画。底色、小色和晕色的选取同和玺彩画一致，找头部分旋花处青绿色各选取不同位置的3个检测点。
c、对于苏式彩画，苏式彩画绘画题材丰富，用色复杂，检测点选取需灵活。苏式彩画又分为：包袱式苏画、枋心式苏画和海墁式苏画。
(c1)对于包袱式苏画。包袱、找头和箍头的底色检测同和玺彩画一致，因包袱内题材丰富，用色复杂，应做到每种颜色均检测至少1点，并记录颜色叠加关系。
(c2)对于枋心式苏画。枋心、找头、箍头和盒子部分底色同和玺彩画一致，枋心内图案或绘画应保证每一种颜色取不同位置的三点。
(c3)对于海墁式苏画。底色检测选取不同位置的3个检测点，底色上图案应做到每种颜色均检测至少1点。
若检测彩画不属于以上三种，应根据具体情况选取检测点，并按照以上检测思路进行。
(2)根据检测点不同病害进行预处理。彩画的病害有积尘、油烟污染、粉化、褪变色、龟裂、结垢、颜料剥落、裂隙等类型。不同的病害对检测数据的影响程度不一，因此需要分别讨论。
a、积尘：实验验证积尘对彩画数据中显色元素的影响不大，因此当检测点表面有灰尘覆盖时，建议应先用气吹清除该点表面灰尘后再进行检测，若彩画表面颜料易脱落而不易进行表面处理时，则可直接检测。
b、油烟污染：实验验证油烟污染对于彩画数据的检测结果影响不大，可不需要预处理直接检测。
c、粉化：
粉化程度分类如下
(a)：保存完好，颜料没有任何粉化；
(b)：轻度粉化，颜料少量掉落；
(c)：重度粉化，颜料多数掉落，暴露出地仗层。
以上(a)和(b)情况下正常检测即可，显色元素峰值明显；(c)种情况为大多现存彩画的保存现状，常与龟裂病害一同出现，此种情况下地仗层露出，检测结果中含有颜料和地仗的组合数据，显色元素峰值不明显，需要进一步分析进而对颜料种类做出判断，详见步骤(4)。
d、褪变色：彩画褪变色会使得肉眼识别不出彩画的原色，但对于检测数据没有影响。
e、龟裂：龟裂常常同颜料粉化一同出现，导致检测结果包含颜料和地仗的组合数据，详见步骤(4)。
f、结垢：彩画结垢会覆盖住原彩画层，导致数据不准确，选取检测点时应避开结垢处。
g、颜料剥落：现场检测验证颜料剥落的情况检测不到颜料显色元素的数据，本发明检测方法对此种情况不适用。
h、裂隙：导致彩画裂隙的原因一般是结构性损伤，如木基层的开裂导致裂隙较大，而手持式荧光光谱分析仪(HH-XRF)检测直径为8mm的圆形口，当检测点无法满足仪器的检测半径时，本发明检测方法对此种情况不适用。
(3)根据检测点的年代信息和颜色判断出检测点的显色元素，并对该检测点的数据进行处理；通过对各无机颜料的检测，各颜料的主要元素组成与峰值保持一致,将峰值元素称为显色元素，即根据显色元素的浓度值，可判断出颜料种类。通过实验，总结出青、绿、红、黄、白5种颜色12种颜料的显色元素，具体参见下表1。
表1
根据待测彩画的无机颜料元素组成与仪器实测时的特性，将元素检测数据结果规定为12 个元素：As、Pb、Cu、Fe、Cr、V、Ti、Ca、AI、Si、CI、S,该12个元素即可代表待测彩画无机颜料和地仗层的元素特征。元素浓度值小于等于0.1％时，认为该元素浓度可以忽略。对于相同颜色的不同位置的3个检测点的数据，应选取显色元素浓度值为最大值的那一组数据作为该检测点的最终数据。
(4)根据检测点完整和不完整两种情况对显色元素的来源做出解释，并推断出颜料种类。结合步骤(1)-(3)测得检测点的元素浓度时，因使用HH-XRF检测时X射线具有穿透性，彩画的结构层由内而外包括木基层、地仗层和彩画层三层，并且彩画层存在多层颜料绘制的情况，因此检测得到的数据为混合数据，需要分情况讨论并对数据的来源做出合理的解释。
a、检测点表面完整无龟裂。通过实验，得知此种情况下地仗的元素数据对颜料层元素浓度影响很小，即检测结果的元素浓度基本来自于颜料层。当检测点数据中显色元素峰值明显且与颜料的颜色一致时，即可根据表1判断出颜料种类。
b、检测点表面不完整，存在龟裂和粉化现象。此情况下，检测结果的元素浓度来自于颜料层和地仗层。先对地仗层数据进行分析，实验中地仗层的元素Fe、Pb、Ti可能会对含有 Fe的氧化铁红、含有Pb的章丹或铅白和含有Ti的钛白颜料的判断产生影响，因此需要先记录地仗中Fe、Pb、Ti的元素浓度，当检测点同时出现多种显色元素时，可以对每种显色元素的来源做出判断，以本实验为例，结论见下表2。
表2
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据待测彩画的类型进行检测点的选取；确定检测点前，首先现场调查待测彩画样本的类型、颜色组成和颜色叠加关系，再选取检测点；
(2)对待测彩画内检测点的不同病害进行预处理；
(3)根据检测点的年代信息和颜色判断出检测点的显色元素，并对对应检测点的数据进行处理；元素浓度值小于等于0.1％时，忽略对应元素浓度；对于相同颜色的不同位置的3个检测点的数据，选取显色元素浓度值为最大值的那一组数据作为该颜色对应检测点的最终数据；
(4)根据检测点完整和不完整两种情况对显色元素的来源做出解释，并推断出颜料种类。
2.根据权利要求1所述的一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法，其特征在于，步骤(1)现场调查待测彩画样本的类型的具体方法为：
a、对于和玺彩画；先检测底色，枋心和找头部分底色为青绿色交替绘制，则需在枋心和找头部分的青绿色中各选取不同位置的3个检测点；盒子和箍头处底色均需选取不同位置的3个检测点；再检测小色，以上彩画中各部分若存在小色与晕色，应对各小色与晕色均检测不同位置的3个点，若点位不满足3个点的要求，则检测1个点；要求检测面积最小边长在8mm以上，且避免各检测点检测到沥粉线；
b、对于旋子彩画；底色、小色和晕色的选取同和玺彩画一致，找头部分旋花处青绿色各选取不同位置的3个检测点；
c、对于苏式彩画，苏式彩画分为：包袱式苏画、枋心式苏画和海墁式苏画；
(c1)对于包袱式苏画；包袱、找头和箍头的底色检测同和玺彩画一致，包袱式苏画内每种颜色均检测至少1点，并记录颜色叠加关系；
(c2)对于枋心式苏画；枋心、找头、箍头和盒子部分底色同和玺彩画一致，枋心内图案或绘画应保证每一种颜色取不同位置的三点；
(c3)对于海墁式苏画；底色检测选取不同位置的3个检测点，底色上图案应做到每种颜色均检测至少1点。
3.根据权利要求1所述的一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法，其特征在于，步骤(2)彩画的病害有积尘、油烟污染、粉化、褪变色、龟裂、结垢、颜料剥落、裂隙；不同的病害对检测数据的影响程度不一，因此检测方式不同：
a、积尘：当检测点表面有灰尘覆盖时，通过气吹方式清除该点表面灰尘后再进行检测，若彩画表面颜料易脱落而不易进行表面处理时，则直接检测；
b、油烟污染：无须预处理直接检测；
c、粉化：粉化程度分类如下
(a)保存完好，颜料没有任何粉化；
(b)轻度粉化，颜料少量掉落；
(c)重度粉化，颜料多数掉落，暴露出地仗层；
以上(a)和(b)情况下正常检测，显色元素峰值明显；(c)情况需要进一步分析进而对颜料种类做出判断，具体见步骤(4)；
d、褪变色：彩画褪变色检测数据没有影响；
e、龟裂：具体见步骤(4)；
f、结垢：彩画结垢会覆盖住原彩画层，导致数据不准确，选取检测点时应避开结垢处；
g、颜料剥落：现场检测验证颜料剥落的情况检测不到颜料显色元素的数据，原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法不适用此种情况；
h、裂隙：当检测点无法满足仪器的检测半径时，原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法不适用此种情况。
4.根据权利要求1所述的一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法，其特征在于，步骤(3)的显色元素的定义为：通过对各无机颜料的检测，各颜料的主要元素组成与峰值保持一致,将峰值元素称为显色元素，即根据显色元素的浓度值，能够判断出颜料种类；根据待测彩画的无机颜料元素组成与仪器实测时的特性，将元素检测数据结果规定为12个元素：As、Pb、Cu、Fe、Cr、V、Ti、Ca、AI、Si、CI、S,上述12个元素即代表待测彩画无机颜料和地仗层的元素特征。
5.根据权利要求1所述的一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法，其特征在于，步骤(4)中检测点完整与不完整两种情况具体如下：
a、检测点表面完整无龟裂；判断检测结果的元素浓度来自于颜料层；
b、检测点表面不完整，存在龟裂和粉化现象；此情况下，检测结果的元素浓度来自于颜料层和地仗层；先对地仗层数据进行分析，找出与其他颜料可能重复的元素，并把地仗中重复的显色元素浓度与检测浓度值对比，对显色元素真实来源做出判断，并推断出颜料种类。
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| CN202110736954.9A CN113686910A (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种原位无损、便携式的古建筑彩画无机颜料检测方法 |
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- 2021-06-30 CN CN202110736954.9A patent/CN113686910A/zh active Pending
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