淺析分析化學(xué)在文物保護(hù)工作中的重要性

全潔

摘 要：本文主要闡述了化學(xué)這門學(xué)科對(duì)出土文物的保存、修復(fù)、除銹、質(zhì)地的鑒定、封護(hù)、做舊、鉛同位素分析法以及青銅器原料來源追蹤等的重要性，從理論到實(shí)踐上的應(yīng)用進(jìn)行了認(rèn)真分析，隨著化學(xué)這門科學(xué)向文物保護(hù)領(lǐng)域的滲入，構(gòu)成了文物保護(hù)的技術(shù)革新，為文物工作提供更加寬廣的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：分析化學(xué)文物保護(hù)；重要性

分析化學(xué)是化學(xué)學(xué)科中的分支，是以物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的重要方法，是在現(xiàn)代文物保護(hù)和修復(fù)中的不可或缺的，而且還在礦物學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥、考古學(xué)等諸多學(xué)科中得到了廣泛的應(yīng)用。

中國古代物質(zhì)文明和精神文明，造就了我國燦爛輝煌的悠久歷史，很早就有學(xué)者開始研究在古遺址、古墓葬的考古發(fā)掘中出土文物的保護(hù)問題，但在我國把化學(xué)這門學(xué)科應(yīng)用到文物保護(hù)中卻是到20世紀(jì)80年代才逐漸被越來越多的考古工作者所重視。

文物是人類文明遺留下來的實(shí)物，是研究人類社會(huì)情況的憑證，具有極高的研究價(jià)值和鑒賞價(jià)值。由于文物年代的久遠(yuǎn)、出土后環(huán)境的改變，極有可能造成文物的腐爛、霉變、金屬的銹蝕使文物材質(zhì)外觀的改變，給考古工作者在進(jìn)行文物保護(hù)研究上帶來一定的誤區(qū)，因而可以通過分析化學(xué)這門學(xué)科對(duì)出土文物進(jìn)行研究來得出精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

一、化學(xué)在出土青銅器保存上的應(yīng)用

隨著我國考古工作的深入開展，大量的青銅器被發(fā)掘出來，而一般學(xué)術(shù)上的青銅器是指銅、錫、鉛的合金，而云南省個(gè)舊市錫文化歷史悠久，錫礦業(yè)開采從漢代開始至今持續(xù)開采了兩千多年，個(gè)舊卡房鎮(zhèn)黑螞井地區(qū)自古以來就是云南通往異國（越南）的重要通道，又是紅河州的各少數(shù)民族與中原地區(qū)聯(lián)系的必經(jīng)之路，銀銅業(yè)發(fā)達(dá)，是世界上最早生產(chǎn)錫金屬的地區(qū)之一，城市因錫而生、因錫而興，有“世界錫都”的美譽(yù)，錫產(chǎn)品享譽(yù)全球，錫業(yè)的繁榮促進(jìn)了個(gè)舊地區(qū)的社會(huì)進(jìn)步。

1989、1994、1995、2010年由云南省文物考古所、紅河州文物管理所、個(gè)舊市文物管理所組成聯(lián)合考古隊(duì)對(duì)黑螞井漢代青銅墓地進(jìn)行了四次考古發(fā)掘，出土文物十分豐富，其中青銅器占的比例很大，這些青銅器從地下發(fā)掘出來后，隨著存在的環(huán)境改變，在空氣中受到了水、光、溫度、酸、堿等的影響，造成了這些青銅器的表面發(fā)生了化學(xué)變化，外部極易產(chǎn)生“銅綠”這種堿式碳酸銅，俗稱青銅器病，化學(xué)式為：Cu2（OH）2CO3 ，其中一個(gè)青銅器得病會(huì)傳染給其它的青銅器，嚴(yán)重地影響出土青銅器的保存，為了讓這些在地下沉睡千百年的文物更好地保存下來，使更多的子孫后代能了解我們的先祖?zhèn)冊(cè)阱a文化歷史的長河中創(chuàng)造出的青銅文明，個(gè)舊市文物管理所的文物工作者有義務(wù)來研究用化學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的保護(hù)。

從個(gè)舊市黑螞井出土的兩件出土青銅器可看出表面已經(jīng)有很多“銅綠”樣的物質(zhì)存在，因而我們要用化學(xué)的手段來對(duì)此“銅綠”進(jìn)行有害銹和無害銹的測(cè)試。

物理去銹法：采用刻刀將粉狀銹粉末進(jìn)行取樣，浸泡在去離子水（俗稱二次蒸餾水）中，一天后用試管取10毫升浸泡液看是否有氯離子析出，方法是：在浸泡液中滴入稀硝酸，用PH試紙測(cè)量其為酸化后，再滴入配制好的0.1個(gè)當(dāng)量的硝酸銀溶液（稱取1.7克硝酸銀配入100毫升去離子水中），如果有乳白色的懸浮物說明有有害銹存在急需要去除，如果沒有乳白色的懸浮物說明此銅綠為無害銹。無害銹的去除遵循“最小干預(yù)”原則法，

也就是只清除銘文、 紋飾部位的銹蝕，無紋飾素面部位穩(wěn)定的無害銹層應(yīng)予保留，一是可以對(duì)器物起保護(hù)作用，二是年代久遠(yuǎn)的象征。

化學(xué)去銹法：青銅器有害“銅綠”的化學(xué)去銹法有很多種，傳統(tǒng)的去銹法是用老陳醋貼敷在銹層上，保持一定的濕度將銹逐漸軟化后用刻刀剔除。但此法有一定的局限性，對(duì)于銹蝕比較嚴(yán)重的器物，用此法不容易除徹底，效果不是很理想，這時(shí)候需要借助化學(xué)的方法來對(duì)其進(jìn)行處理，通過我們的實(shí)際操作看這幾種方法除銹效果很好，達(dá)到治理青銅病的要求。

（一）EDTA法（化學(xué)名稱：乙二胺四乙酸二鈉法，配制：乙二胺四乙酸二鈉100克溶于650毫升去離子水中，再加入350毫升氨水）。此法是通過用乙二胺四乙酸二鈉與氨水的絡(luò)合作用來將銹化層軟化后用刻刀等工具去除。

（二）六偏磷酸鈉法：用棉花蘸取15%六偏磷酸鈉去離子水溶液敷在青銅器上面，去除石灰石和堅(jiān)硬的泥沙。

（三）稀硫酸法：用10%稀硫酸和10克重鉻酸鉀或者用10%的磷酸加3%的硝酸、5%的六次甲基四胺、5%的醋酸與去離子水溶液去除堅(jiān)硬的銅銹層。

（四）酒石酸鉀鈉15g、氫氧化鈉5g、去離 子水1000ml，再加5%過氧化氫。約40分鐘 以上可以軟化硬銹殼，去除硬銹層。

（五）10%硫酸稀釋液加10g重鉻酸鉀去除氧化亞銅。10%碟酸稀釋液，可以去除氧化亞銅，再加5%的六次甲基四胺溶液，3%硝酸、5%草酸或醋酸與去離子水稀釋液均可去除質(zhì)地堅(jiān)硬的銅銹層。

（六）為了不被二次傷害，我們?cè)谔幚砬嚆~器時(shí)都非常謹(jǐn)慎，一般采用先用鋼針、手術(shù)刀等工具小心地把銹蝕坑挖出所有的有害銹，用5%倍半碳酸鈉溶液中冷熱交替處理，再用滴定硝酸銀法測(cè)定氯離子的存在情況，直到水質(zhì)清澈無氯離子存在，用此方法清除有害銹比較安全，對(duì)文物本體無損害。

以上幾種方法除完銹后均需用去離子水把器物徹底清洗干凈，晾干，以免給出土文物造成不必要的二次傷害。

二、化學(xué)對(duì)出土文物錫器的保護(hù)處理上的應(yīng)用

2010年個(gè)舊市卡房黑螞井考古發(fā)掘出了大量的金屬器皿，其中就有一些是錫制品。

錫器由于在地下埋藏了幾百年，這些錫器或多或少也被氧化，變成粗粒狀灰黯色的氧化亞錫，如果出土后不能很好地被保護(hù)，會(huì)繼續(xù)腐蝕，變成粉末狀的灰錫，已有的錫器長期與空氣接觸，表面生成一層氧化膜，這層氧化膜對(duì)錫器已經(jīng)起到保護(hù)作用了，如果有松軟的的氧化錫，遇到空氣后被激活，構(gòu)成對(duì)整器的感染破壞，可用三甲樹脂、有機(jī)硅樹脂減壓浸滲加固處理。

腐蝕不嚴(yán)重的錫器，可用氫氧化鈉水溶液作電解質(zhì)，鋅、鉛或鎂作陽極這種電解還原法處理。

三、化學(xué)對(duì)出土文物質(zhì)地的鑒定

我國古代勞動(dòng)人民有著高超的技術(shù)制造工藝，由于文物在地下埋藏時(shí)間久遠(yuǎn)，出土?xí)r很多器物外觀已經(jīng)發(fā)生改變，單憑肉眼觀察是很難判斷是什么工藝和質(zhì)地的材料做的，而應(yīng)用化學(xué)分析則可以非常準(zhǔn)確地解決這個(gè)問題，湖北省楚墓出土的越王勾踐劍就是應(yīng)用光譜分析確定其劍身為銅錫為主的青銅合金，并經(jīng)過含Cu2S·FeS等硫化處理，所以它的外觀具有更加光滑、美觀、耐腐蝕等特點(diǎn)，這就充分證明在我國春秋戰(zhàn)國時(shí)期勞動(dòng)人民就已經(jīng)掌握了青銅器硫化處理工藝了。

2010年個(gè)舊卡房黑螞井漢墓出土了一組金屬，這組金屬文物出土?xí)r由于埋藏的時(shí)間久遠(yuǎn)，在外觀上呈灰白色，已看不出是什么質(zhì)地的金屬器物，有人說是金屬錫的冶煉產(chǎn)品，也有人說像金屬銀，還有人講像金屬鉛，一時(shí)間眾說紛紜，大家都只能猜測(cè)，這時(shí)候用科學(xué)的方法來鑒定就很有必要了，在2010年4月份個(gè)舊市文物管理所對(duì)這組出土文物取樣送往云南錫業(yè)集團(tuán)公司云錫研究所分析室進(jìn)行了光譜定性分析，從報(bào)告單上看出鉛含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10%，充分說明此金屬物是以鉛為主的金屬餅，所以化學(xué)學(xué)科在文物質(zhì)地的鑒定領(lǐng)域是其他任何方法不能替代的。

四、鉛同位素分析法在青銅器原料來源追蹤上的應(yīng)用

晚商時(shí)期的青銅器生產(chǎn)，已經(jīng)達(dá)到鼎盛階段。在河南殷墟等地發(fā)現(xiàn)的大型冶鑄遺址和屬于這一時(shí)期的巨型器物如司母戊大鼎等，顯示了當(dāng)時(shí)中原青銅鑄造業(yè)的巨大規(guī)模。河南一帶的錫礦根本滿足不了需求。大量研究表明，這一時(shí)期的中原青銅主要是銅、錫、鉛合金。從現(xiàn)代地質(zhì)資料看，黃河中下游所謂中原地區(qū)僅有部分銅、鉛礦產(chǎn)。因此，晚商中原這么大的青銅器生產(chǎn)礦料特別是錫的來源，這時(shí)我們就有了一個(gè)大膽的設(shè)想，中原河南殷墟大型冶鑄遺址用是礦料是不是由云南省個(gè)舊市黑螞井一帶礦山供給，這引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界所關(guān)注。

而早在20世紀(jì)50年代，日本學(xué)者天野元之和臺(tái)灣學(xué)者石璋如認(rèn)為商代中原地區(qū)青銅器鑄造業(yè)有可能采用中原本地開采的錫礦，但是由于證據(jù)不足很多學(xué)者對(duì)此說法持保留態(tài)度，直到今天都還沒有任何證據(jù)能夠證明在中原地區(qū)開采過錫礦，如果要證明在中原地區(qū)是否開采過錫礦就要考證是否存在錫礦的問題，建國以后有關(guān)部門曾經(jīng)組織過中原地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)普查工作，結(jié)果表明沒有錫礦的存在。

針對(duì)中原地區(qū)在商代青銅器非常巨大的鑄造規(guī)模以及鑄造礦料來源，1984年中國科技大學(xué)的金正躍教授就對(duì)商代河南殷墟婦好墓出土的青銅器進(jìn)行鉛同位素測(cè)定分析認(rèn)為：婦好墓出土的青銅器礦物來源于云南。2008年金正躍教授率助手到云南省個(gè)舊市黑螞井對(duì)大約50個(gè)出土青銅器進(jìn)行鉛同位素采樣分析比對(duì)，認(rèn)為2008年到云南個(gè)舊市黑螞井對(duì)大約105個(gè)出土青銅器進(jìn)行鉛同位素采樣分析后推測(cè)婦好墓出土的青銅器礦物來源極大的可能來源于云南個(gè)舊黑螞井一帶的礦山。

五、化學(xué)在文物做舊處理中的應(yīng)用

應(yīng)用不同的化學(xué)試劑配制不同的配方，可用做對(duì)出土青銅器地子皮做舊，可以做出褐紅色、黑褐色、黑灰色、茶褐色等。比如氨水中加堿式碳酸銅，加少許硫氰酸鉀浸泡銅質(zhì)表面呈黑灰色。用氫氧化鈉、過硫化鈉、硝酸銅、氯化銨氯化鉀等多種化工顏料按照不同的配比，將出土青銅器修復(fù)部位銅表面腐蝕生成一體的藍(lán)綠色古銅銹斑，使修復(fù)后的青銅器更真實(shí)，更具有整體性。

六、化學(xué)方法在青銅文物封護(hù)中的應(yīng)用

封護(hù)涂層化學(xué)保護(hù)法是青銅文物保護(hù)過程中的最后步驟，目前國內(nèi)外在青銅文物保護(hù)處理過程中所使用的方法是將器物浸泡在溫度為60度、5%的苯并三氮唑的乙醇溶液中8小時(shí)。但是現(xiàn)在金屬器物的封護(hù)采用最多的是3%的B72丙酮溶液來進(jìn)行封護(hù)處理。

2014年，云南省紅河州博物館從收藏的青銅器中挑選了15件急待修復(fù)和保護(hù)的青銅器請(qǐng)個(gè)舊市博物館進(jìn)行修復(fù)、封護(hù)處理，這批青銅器存在著殘缺、斷裂、銹蝕、裂隙等多項(xiàng)病害，個(gè)舊市博物館修復(fù)工作人員接手這批青銅器后，科學(xué)地制定了修復(fù)方案，修復(fù)完成后就是使用3%的B72丙酮溶液來進(jìn)行封護(hù)處理的。

通過以上幾個(gè)有關(guān)化學(xué)在文物保護(hù)方面的探討，我們可以清楚的看到化學(xué)與文物保護(hù)有著十分密切的關(guān)系，隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，化學(xué)可應(yīng)用到文物質(zhì)地的分析鑒定、文物保護(hù)、文物考證、文物修復(fù)等多個(gè)方面，化學(xué)向文物保護(hù)領(lǐng)域的滲入，構(gòu)成了文物保護(hù)技術(shù)的革新，為文物工作提供更加寬廣的發(fā)展空間，反過來也為化學(xué)工作者提供了更多的科研課題來為文物保護(hù)工作服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王武鈺等：文物出版社《首都博物館文物養(yǎng)護(hù)工作手冊(cè)》23—25頁.

[2]劉樹林等：中國書店出版《金石雜項(xiàng)類文物修復(fù)》76-78頁.

[3]金正躍《晚商中原青銅器的礦料來源研究》中國科技大學(xué)1984年碩士論文.

[4]劉樹林等：中國書店出版《歷代文物藝術(shù)品收藏保養(yǎng)手冊(cè)》20-23頁.