顯微技術(shù)在紙張纖維鑒別中的應(yīng)用

涂京紅

（上海視覺(jué)藝術(shù)學(xué)院，上海 201620）

在對(duì)紙張進(jìn)行分析鑒定過(guò)程中，顯微技術(shù)的運(yùn)用有助于識(shí)別人肉眼無(wú)法觀察到的信息。通常，在實(shí)際的顯微觀測(cè)中，常用到的顯微鏡包括光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡。光學(xué)顯微鏡最大放大倍數(shù)約為2000，如纖維測(cè)量?jī)x（放大倍數(shù)幾十倍到幾百倍）以及結(jié)合數(shù)字式的超景深顯微鏡（幾倍到2000倍左右）；電子顯微鏡放大倍數(shù)可從幾十倍到幾十萬(wàn)倍，如掃描電子顯微鏡。利用顯微鏡對(duì)紙張的分析包括很多，如紙張纖維，紙張上的字跡、鈐印、顏料等。針對(duì)顯微鏡在紙張纖維鑒別中的應(yīng)用，筆者將其分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。直接應(yīng)用即通過(guò)顯微鏡直接觀察和提取到的信息；間接應(yīng)用為從直接觀測(cè)到的信息結(jié)合其他理論依據(jù)推論出的信息。

1 直接應(yīng)用

1.1 纖維種類(lèi)的鑒別

顯微技術(shù)對(duì)于纖維的觀測(cè)包括纖維顏色、纖維形態(tài)特征、纖維的長(zhǎng)度及寬度、不同種纖維間的配比等。若借助普通光學(xué)顯微鏡，尤其是透射光下，通常需要采取少量紙樣，制成玻璃試片，再結(jié)合圖像處理系統(tǒng)方可進(jìn)行觀察。通常試樣的制作方法如下：用鑷子從待測(cè)古紙邊緣或不影響紙上信息的破碎處取少量紙樣，用蒸餾水潤(rùn)濕后，放置在潔凈的載玻片上，滴2～3滴染色劑，并用解剖針?lè)稚⒗w維，蓋上載玻片，用吸水紙吸去多余的染液即制備完成。對(duì)于部分強(qiáng)度韌性較好、較易分散的紙張，一些學(xué)者在制樣時(shí)直接將紙樣取下放置在載玻片上，滴1～2滴蒸餾水后再滴染色劑。而有些脆化嚴(yán)重的紙樣，如使用膠礬水修復(fù)過(guò)的民國(guó)時(shí)期書(shū)畫(huà)，提取紙樣時(shí)很容易脆裂，且直接置于載玻片分散纖維時(shí)，容易碎裂成渣，無(wú)法充分分散纖維，在顯微鏡下觀察會(huì)是一團(tuán)，致使觀察困難，因此在置于載玻片之前先使用熱水浸泡有助于去除紙表膠黏劑等成分促使纖維分散。若借助偏光顯微鏡，利用偏正光角度制造纖維的色反差，則無(wú)需使用染色劑，還可營(yíng)造出較好的纖維立體感。

在纖維的觀測(cè)中纖維顏色是區(qū)分不同造紙?jiān)系闹匾绞街?。?guó)家標(biāo)準(zhǔn)《紙、紙板和紙漿纖維組成的分析（GB/T 4688—2020）》中明確了染色劑的種類(lèi)和制作方法，包括Hersberg染色劑、Graff“C”染色劑和Lofton-Merritt染色劑。由于Hersberg染色劑（碘氯化鋅溶液）顯色反應(yīng)差異性明顯，因此常用于紙張纖維的染色。其制作方法如下：①將氯化鋅加入約100ml溫水中直至剩余溶質(zhì)不再溶解，待冷卻至室溫，并有氯化鋅晶體析出，保存至棕色試劑瓶備用，完成飽和氯化鋅溶液的制備；②混合2.1g的碘化鉀和0.1g碘，用移液管逐滴加入5ml水，制作碘溶液；③將15ml氯化鋅溶液與②中碘溶液混合，靜置6h以上，待沉淀物下沉后倒出上層清液至棕色滴瓶中，并加入一小片碘暗處保存，即制備好Hersberg染色劑。需要注意的是，Hersberg染色劑需每?jī)蓚€(gè)月重新制備一次。不同造紙?jiān)蠈?duì)Hersberg染色劑顯色反應(yīng)的不同，主要是因?yàn)槔w維中的木質(zhì)素與鹽類(lèi)和堿類(lèi)染料具有親和力，以及半纖維素對(duì)碘具有親和力，木質(zhì)素、半纖維素以及纖維素含量的不同導(dǎo)致了顯色的差異。王菊華先生簡(jiǎn)要列舉了各類(lèi)造紙?jiān)蠈?duì)Hersberg染色劑的顯色反應(yīng)：針葉木化學(xué)漿經(jīng)著色呈藍(lán)紫色，闊葉木化學(xué)漿呈深藍(lán)紫色，生料竹漿呈黃色，熟料竹漿呈藍(lán)紫色，草漿為藍(lán)紫色，麻漿及棉漿呈酒紅色，樹(shù)皮纖維呈暗酒紅色（圖1），葉脈漿為藍(lán)灰色，機(jī)械木漿呈黃色，半化學(xué)機(jī)械木漿為棕黃色，人造絲（粘膠纖維）呈紫紅色，合成纖維通常不顯色，動(dòng)物纖維為淡黃色。根據(jù)顯色反應(yīng)的特異性，為鑒別纖維種類(lèi)提供較好的判別依據(jù)。

圖1 山東曲阜桑皮紙纖維（×100）

纖維形態(tài)特征是顯微觀測(cè)的主要內(nèi)容，它包括纖維整體形態(tài)、中段形態(tài)、端部形態(tài)、橫節(jié)紋、有無(wú)膠衣、是否含雜細(xì)胞、雜細(xì)胞的形態(tài)等。例如，麻纖維的細(xì)胞壁上有縱向條紋和橫節(jié)紋，節(jié)之間的間距較大；桑皮或構(gòu)皮纖維壁上膠衣明顯，漿中有草酸鈣晶體（圖2）；三椏皮（結(jié)香皮）纖維橫節(jié)紋密集，中段加寬明顯，端部呈魚(yú)頭狀（圖3）；竹纖維形態(tài)較直挺，含有較多的薄壁細(xì)胞及較大的網(wǎng)紋導(dǎo)管（圖4）。此外，纖維的長(zhǎng)度及寬度也是輔助辨別纖維的手段，通常情況下，麻料纖維的長(zhǎng)度最大，其次是皮料纖維，竹料纖維再次之。因此，綜合纖維的染色反應(yīng)、纖維形態(tài)特征、纖維的長(zhǎng)度及寬度，共同辨別纖維的種類(lèi)。在很多情況下，造紙所用的原料并不是單一的，如宣紙則是青檀皮和沙田稻草的混料紙，根據(jù)不同的配比比例對(duì)應(yīng)相應(yīng)的宣紙種類(lèi)，即特凈皮（80%青檀皮、20%沙田稻草）、凈皮（60%青檀皮、40%沙田稻草）和棉料（60%青檀皮、40%沙田稻草與50%青檀皮、50%沙田稻草之間）。添加不同種類(lèi)的原料，對(duì)改善紙張的性能有重大意義。因此，通過(guò)觀察纖維配比有助于分析紙張?jiān)系某毂壤图垙埿阅堋１本┐髮W(xué)圖書(shū)館張艷霞等人對(duì)館藏刻本《天經(jīng)或問(wèn)》書(shū)衣中間層的發(fā)箋紙進(jìn)行了研究，通過(guò)光學(xué)顯微鏡及智能纖維測(cè)量?jī)x對(duì)紙張本體纖維進(jìn)行了形態(tài)、長(zhǎng)度和寬度的觀測(cè)，借助光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡進(jìn)行黑絲形貌的觀察，最后運(yùn)用顯微紅外光譜對(duì)黑絲進(jìn)行成分分析，研究表明該發(fā)箋紙的紙張纖維為楮皮，其上的黑絲為人類(lèi)頭發(fā)。

圖2 云南鶴慶古法手抄構(gòu)皮紙纖維（×200）

圖3 三椏皮（結(jié)香皮）纖維（×200）

圖4 竹紙（小山竹）纖維（×200）

1.2 紙張抄造工藝的鑒別

紙張的制作過(guò)程通常經(jīng)過(guò)砍條、浸料、腌料、蒸料、漂白、打漿、抄紙、壓榨、烘紙等步驟。在此過(guò)程中，由于腌料可能使用石灰水而引入氫氧化鈣；由于抄紙使用紙簾會(huì)在紙張成紙后留下簾紋，而不同的造紙廠(chǎng)及不同的年代，簾紋的間隔大小是不同的，比如10世紀(jì)末到11世紀(jì)初敦煌出土的紙樣豎簾紋間距相同，橫簾紋每厘米3～6道，黑水城西夏紙樣的橫簾紋通常是每厘米7～8道。除此之外，紙張后期可能還會(huì)進(jìn)一步加工，包括染色、施膠、涂布、加蠟、灑金銀等。例如，生宣變熟宣的過(guò)程即是在表面上膠礬；粉箋的制作則需在紙張表面涂覆混有膠黏劑或淀粉糊的白色礦物顆粒，這些白色礦物顆粒（涂布料）可能是燒石膏、高嶺土、滑石粉或白堊等細(xì)粉。郭文林等人將調(diào)和漿糊的土粉子涂刷后，在以川蠟或硬脂酸涂刷的方式成功復(fù)原了清宮蠟箋紙。李曉岑對(duì)甘肅漢代懸泉置遺址不同土層出土的古紙進(jìn)行過(guò)檢測(cè)，其中東漢層出土的紙張經(jīng)顯微透射光鑒別為苧麻，經(jīng)反射光顯微觀察到紙張正反兩面均有填料，經(jīng)偏光顯微鏡發(fā)現(xiàn)纖維間有大量淀粉顆粒；西漢晚期層出土的紙張為大麻，雙面加有填料，淀粉施膠。通過(guò)對(duì)漢紙的顯微觀察，證明了在紙張發(fā)明的初期，采用淀粉進(jìn)行漿內(nèi)施膠，尚未出現(xiàn)使用動(dòng)物膠進(jìn)行表面施膠。因此，通過(guò)對(duì)造紙過(guò)程中引入的成分及工藝痕跡進(jìn)行顯微觀察，可以推測(cè)古紙的制作工序。

1.3 紙張保存狀況的鑒別

對(duì)于保存狀況較差的紙張，部分可以直接通過(guò)肉眼觀察看到紙表結(jié)構(gòu)疏松、斷裂明顯、破碎嚴(yán)重，部分紙張無(wú)法直接通過(guò)肉眼判斷的，可借助顯微鏡觀察。觀察內(nèi)容包括兩個(gè)部分：一是纖維形態(tài)，保存較好的纖維整根形態(tài)完整，如麻纖維完整的圓柱形形態(tài)，可看到纖維末端呈現(xiàn)完整的尖頭狀；而保存較差的纖維可看到結(jié)構(gòu)性的破碎，在整根纖維上可看到斷裂或部分將斷未斷的形態(tài)。二是看纖維斷裂口，一般來(lái)說(shuō)，若植物原料在造紙過(guò)程中是被切斷的，在顯微鏡下，纖維斷裂的部分呈現(xiàn)分絲現(xiàn)象（圖5），而因?yàn)樽匀焕匣４孑^差的紙張，纖維斷裂的部分則是齊頭斷裂（圖6），與切斷的纖維斷裂處的形態(tài)是不同的。通過(guò)纖維整體形態(tài)和斷裂口的特征，可以輔助判斷紙張的強(qiáng)度及保存狀況。

圖5 云南鶴慶古法手抄構(gòu)皮紙纖維（×200）

圖6 老化宣紙纖維（×200）

2 間接應(yīng)用

2.1 紙張年代與古紙名稱(chēng)的分析與鑒別

隨著時(shí)代變遷和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紙張具有特定的發(fā)展規(guī)律。如在清代才開(kāi)始使用的木材纖維，在唐宋才使用的竹纖維，在西漢是絕不可能使用的。有學(xué)者根據(jù)紙張的發(fā)展規(guī)律研究了纖維種類(lèi)與紙齡的相關(guān)性。劉暢梳理了我國(guó)造紙?jiān)习l(fā)展表，羅列了我國(guó)從漢代，歷經(jīng)魏晉南北朝、隋唐五代、宋元明清直至近現(xiàn)代的原料種類(lèi)，并整理出部分纖維原料（竹子、麥草、稻草、針葉木、闊葉木、龍須草、蔗渣）用于紙張生產(chǎn)的確切年代。李濤從已公開(kāi)發(fā)表的研究中收集了公元前202年到1911年期間的493例紙樣，梳理了兩漢到明清時(shí)期紙張纖維原料的歷時(shí)性變化過(guò)程。這些研究無(wú)疑是為紙張年代的分析提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。實(shí)際上，紙張年代的界定任重而道遠(yuǎn)，需要大量的實(shí)物與文獻(xiàn)記載相互佐證。有些古紙即便是有明確紀(jì)年的考古出土，但由于土層的擾亂，也為古紙真實(shí)年代的鑒別造成一定的難度，有時(shí)也需要借助其他手段協(xié)同分析。例如，紙張上的字跡可從書(shū)法角度、字體的演變規(guī)律鑒別。甘肅漢代懸泉置出土的一張?jiān)窘缍槲鳚h時(shí)期的古紙，因其上有字跡，經(jīng)書(shū)法家辨認(rèn)其字體應(yīng)為東漢末至魏晉南北朝時(shí)期，故重新修改了該古紙的年代。

國(guó)家圖書(shū)館易曉輝等人對(duì)四種清宮內(nèi)府刻書(shū)所用的“開(kāi)化紙”和一種“開(kāi)化榜紙”進(jìn)行了纖維的顯微觀察，研究表明，這五種紙均為純青檀皮，應(yīng)出自安徽涇縣，并非出自浙江開(kāi)化。由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)紙張纖維的顯微觀察，可對(duì)古紙名稱(chēng)的來(lái)源有確切的認(rèn)知，揭開(kāi)其背后的歷史信息。

2.2 書(shū)畫(huà)真?zhèn)渭肮偶姹拘畔⒌蔫b別

通過(guò)纖維種類(lèi)的鑒別，從而判斷紙張的年代、古紙名稱(chēng)的來(lái)源等信息。而紙張作為書(shū)畫(huà)、古籍等紙本文物的載體，可輔助辨別書(shū)畫(huà)作品的年代信息、作者信息，推測(cè)古籍的版本信息等。故宮博物院收藏的《王羲之行草書(shū)雨后帖頁(yè)（宋摹本）》，之所以定為宋摹本，除鈐印、書(shū)法、書(shū)寫(xiě)工具行筆效果的依據(jù)之外，還依據(jù)該畫(huà)作的紙本信息，經(jīng)纖維觀察檢測(cè)為竹纖維，在晉代竹紙還未出現(xiàn)，綜合多方依據(jù)斷定為宋摹本。侯妍妍對(duì)山東省圖書(shū)館館藏兩冊(cè)刻本《莫愁湖志》進(jìn)行了纖維顯微分析，發(fā)現(xiàn)兩冊(cè)所用紙本原料并不相同，并結(jié)合開(kāi)本尺寸認(rèn)為這兩冊(cè)書(shū)并非同一時(shí)期印刷。通常來(lái)說(shuō)，要確定書(shū)畫(huà)真?zhèn)位蚬偶姹拘畔?，單憑紙本纖維分析是不夠的，有時(shí)也可能出現(xiàn)誤判，需結(jié)合其他方法或從其他角度共同分析。

2.3 為紙質(zhì)文物修復(fù)用紙的選擇提供依據(jù)

在古籍修復(fù)中，盡可能要求配紙與原紙質(zhì)地、厚薄、紋理、顏色等相統(tǒng)一，因此通過(guò)纖維觀察斷定纖維種類(lèi)，可為配紙的選擇提供依據(jù)。山東省圖書(shū)館在修復(fù)館藏宋刻本《文選》時(shí)，對(duì)不同種類(lèi)的配紙進(jìn)行了顯微觀察，再結(jié)合酸堿度、強(qiáng)度等系列指標(biāo)最終確定了最佳的配紙。劉鵬等人在修復(fù)五代北宋間手抄本《金光明經(jīng)》殘卷時(shí)，通過(guò)對(duì)修復(fù)配紙進(jìn)行緊度、抗張強(qiáng)度、撕裂度等機(jī)械性能測(cè)試外，還運(yùn)用掃描電子顯微鏡觀察干熱老化前后的修復(fù)用紙及殘卷修復(fù)前后的纖維變化，以此說(shuō)明修復(fù)配紙對(duì)古籍修復(fù)的影響，對(duì)選擇和評(píng)估修復(fù)配紙起到一定的輔助作用。

3 結(jié)論

顯微技術(shù)在紙張纖維鑒別中的應(yīng)用根據(jù)是否為直接觀察得知分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。直接應(yīng)用包括獲取紙張纖維種類(lèi)和抄造工藝的鑒別。間接應(yīng)用為結(jié)合其他輔助手段、經(jīng)驗(yàn)或文獻(xiàn)資料進(jìn)行推論而得知的信息，包括紙張年代信息、古紙名稱(chēng)來(lái)源信息、書(shū)畫(huà)真?zhèn)涡畔?、古籍版本、為紙本修?fù)用紙?zhí)峁┻x擇依據(jù)。所使用的顯微鏡依據(jù)觀察目的而有所不同，如利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行透射光、反射光、偏光觀察。透射光適用于獲取紙張內(nèi)部纖維種類(lèi)、原料配比等信息；反射光適用于觀察紙本表面填料和施膠等信息；偏光下可用于觀察纖維間的礦物晶體顆粒和淀粉顆粒，也可利用其偏正光角度制造纖維的色反差觀察纖維形態(tài)。還可使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行更大倍數(shù)的觀察，更為細(xì)致地辨別纖維種類(lèi)以及評(píng)估修復(fù)用紙修復(fù)效果。總的來(lái)說(shuō)，顯微技術(shù)的應(yīng)用無(wú)疑是幫助文物保護(hù)與修復(fù)人員更好地獲取紙質(zhì)文物蘊(yùn)藏的信息，但若要獲取更為全面精確的信息，可結(jié)合紅外光譜、拉曼光譜等儀器分析，以及從書(shū)法、繪畫(huà)、篆刻等其他角度綜合判斷更為有效。

注釋

①?gòu)堉行l(wèi).多種顯微鏡介紹[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2009，21（3）：19-28.

②蔡夢(mèng)玲.偏振光顯微鏡在木斯塘檔案紙張纖維檢測(cè)中的運(yùn)用[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2021，33（2）：52-60.

③劉暢.中國(guó)傳統(tǒng)手工紙圖像分析研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2015.

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