當拉曼光譜走入博物館 個性化需求凸顯——訪上海博物館文物保護...

　　折戟沉沙鐵未銷，自將磨洗認前朝。在很長的歷史時間裡，考古更多的是人文情懷方面的文化發掘，一直推崇的是眼學和經驗。不過隨著科技的進步，科技考古學已然興起，掃描電子顯微鏡、高光譜儀、微區X射線螢光光譜儀、紅外光譜儀、顯微雷射拉曼光譜分析儀等越來越多的科學手段應用到考古和文物研究中。

　　在這裡值得一提的是，顯微雷射拉曼光譜分析儀雖然進入文物研究領域時間不是很久，卻贏得了越來越多文物科研工作者的青睞，目前國內故宮博物院、國家博物館、上海博物館、秦始皇帝陵博物院/兵馬俑博物館等都已經配備了相關的產品。

　　為了更深入的了解拉曼光譜儀在文物研究領域的應用情況，儀器信息網編輯日前特別拜訪了上海博物館文物保護科技中心，並採訪到了該中心的副研究館員周浩。

上海博物館文物保護科技中心副研究館員 周浩

　　1991年7月畢業後，周浩被分配到上海博物館文物保護與考古科學實驗室工作，至今已經從業二十餘年。期間，參與了國家科技部及國家文物局多項文物保護技術課題的科學研究工作，發表研究論文三十餘篇。其中，「出土鐵器文物脫鹽緩蝕保護處理研究」、「銀器文物抗變色處理的研究」兩項課題分別獲得1996年度國家科技進步三等獎和2005年度國家文物局文物保護技術創新二等獎。近年來，周浩還主持並承擔了國家自然科學基金、國家文物局、上海市科委等多項文物保護技術課題科研工作。工作期間，綜合保護處理館藏青銅器、鐵器、銀器文物約1000多件。

　　科技考古大勢所趨 儀器檢測或用於文物綜合定性

　　古玩鑑定憑眼力還是靠儀器，一直以來都是大家熱議的話題。作為從業二十多年的文物研究工作者，周浩說，「考古在人文領域，一直是眼學霸天下，即便是現階段也是，儀器檢測只是佐證眼睛的判斷。」

　　不過，周浩也指出，「未來，科技考古是必經之路。」據介紹，不管是從資金投入還是人員配備方面來看，當前國家對文物保護和研究越來越重視。現在基本上每個省都建有相應的文保實驗室，而且越來越多的博物館已經接受科技考古的理念，包括故宮、國博等都相繼引進了很多儀器，可以說當前科技考古的呼聲越來越高。

　　這一次我們拜訪的上海博物館就是我國最早開展文物保護科學和技術研究工作的單位之一，1952年建館，1958年和1960年先後設立文物修復工場和文物保護科學實驗室，2016年9月上博文保科技中心改擴建工程竣工並投入使用，專職從事文物修復、書畫裝裱、保護技術、科學鑑別和仿古複製等文物科技研究工作。據介紹，在國家財政部、國家文物局、上海市科委、上海市財政局的多方支持下，自2007年以來，已經連續投入近4000萬元添置了環境掃描電鏡能譜儀、450KV X-CT、高光譜儀、微區X射線螢光光譜儀、紅外光譜顯微鏡、雷射拉曼光譜儀、氣相色譜/質聯用儀、離子色譜儀等一批50萬元以上大型科學儀器設備和多件5萬元以下文物保護修復專用設備。

　　周浩特別指出，「目前文物科學研究領域對於一些先進分析儀器的需求還是比較多的，尤其一些無損分析儀器是博物館文物科學分析研究應用的首選。雖然，現階段，我國文物領域還在持續『眼學為主，科技為輔』的態勢，但是科技手段的分量會越來越重。將來，不僅僅是科技輔助鑑定，更重要的是，我們可以利用儀器對文物進行綜合定性，進而實現對其價值的判定等。」

　　無損分析是博物館未來最倚重的測試手段之一

　　獲知文物的組成及成份結構是文物研究、文物保護工作的基礎，成份結構分析對於輔助判定文物的產地、年代、分析文物的製作工藝以及文物病害等有十分重大的意義。不過，測試化學成分常需要取樣分析，而文物是不可再生資源，因此無損分析技術是博物館未來最倚重的測試技術手段之一。

　　據介紹，當前掃描電鏡、X射線衍射等技術已經被廣泛應用於古代珍貴文物的分析測試研究中，但是制樣過程對文物有一定的破壞性, 而且測試費時、複雜;XRF目前主要用在瓷器的研究中，所測樣品有限制;LIBS是一個不錯的技術，最大的問題是有時候會燒樣品。

　　「基於對各類儀器原理、結構、分析操作方法的研究和比較，我們認為顯微拉曼光譜分析法，以其自身的優點越來越在文物分析中體現出重要價值。顯微拉曼光譜技術具有無損、空間解析度高、抗幹擾強、使用方便、光斑小等優點。其採用低功率雷射器、先進的濾光技術及高效CCD技術, 克服了傳統譜儀所需較大功率雷射器、靈敏度低等不足, 因而具有檢測靈敏度高、時間短、無須樣品製備,且可對被測樣品進行非接觸性、非破壞性測試。因此，從文物保護角度來看，採用顯微拉曼光譜技術分析古代珍貴文物的成分和結構具有極大現實應用意義。」

　　針對筆者提出的雷射能量損傷的問題，周浩解釋到，「準確的來說，拉曼光譜儀應該是『微損』。不過我們配備了532nm、633nm、785nm三種雷射器，可以通過更換雷射器，或者從低到高的調節雷射能量以達到無損的要求，同時保證相對最好的信號強度。」

　　鑑於以上多方面的考慮，2015年9月，上海博物館文物保護科技中心從英國雷尼紹公司購置了一臺inVia-Reflex顯微共焦雷射拉曼光譜儀，主要用於館藏青銅、陶瓷、雕塑、玉器、字畫等文物樣品的成分測試與分析，特別是青銅器、彩瓷(粉彩、琺瑯彩)、字畫等樣品局部微小部位的測量分析，這些在國際、國內都是屬於前沿性的研究領域。

inVia-Reflex顯微共焦雷射拉曼光譜儀

左：785nm FOP;右：532nm FOP

　　在上海博物館文物保護研究中心，我們也看到了該中心的「新寵」——inVia-Reflex顯微共焦雷射拉曼光譜儀，這臺儀器獨享一個「辦公室」，為各位「慕名」而來的科研工作者提供服務。

　　拉曼光譜在文物研究中的應用：個性化、定製化需求明顯

　　在各大實驗室及展會上，大家一定見過很多不同品牌的拉曼光譜儀，只是這臺儀器與我們之前見到的有所不同。由圖我們可以看到，該套系統在原有顯微系統的基礎上，增加了另外一套針對大樣品的顯微平臺，而且定製了相對應的樣品支架及保護措施。此外還配有兩個光纖探頭。據悉，該實驗室還即將安裝用於字畫測試的三維掃描平臺。

　　給筆者介紹完這套系統，周浩特別強調，「從儀器需求角度來說，個性化、定製化是文物研究領域非常重要的特點。能測試超大樣品的豎直取樣自由空間顯微鏡，以及XYZ三軸自動移動的光纖探頭，並能在大氣環境下直接無損測試大型文物樣品(包括文物完整器)，同時具有微區共焦檢測功能，能夠對非常小區域進行高靈敏度化學組成分析，這樣能解決分析樣品不能取樣、不規則、成分分布不均勻以及紋飾複雜帶來的測量問題，這些都是博物館珍貴文物無損分析科學研究的緊迫需要，也是我們選擇這款儀器的原因。」

　　據筆者了解，對廠商來說，配兩個顯微鏡系統並不是很難的事情，但是用戶的需求卻不容易發掘，這就需要廠商和用戶保持良好的溝通。不過，一旦開發契合需求的儀器系統，也必將會開啟，甚至會推動相對應的應用需求。據悉，這是用於文物系統的第一臺如此定製化的儀器，之後故宮博物院、廣東省博物館也購置了相同的系統。

　　也許正是因為契合需求的設計，目前這套拉曼系統在該中心得到了越來越多的青睞和關注。據悉，每周至少開機4天，除了負責人周浩之外，研究中心還有3-4個人可以操作這臺儀器。

左：對考古出土文物殘片進行分析; 右：對考古出土水晶串珠(珠子)進行結構分析

左：自動平移對焦光纖測量系統分析考古出土銀函表面鏽蝕產物;

右：自動平移對焦光纖測量系統分析館藏青銅文物表面鏽蝕產物

　　從2016年開始，上海博物館文保中心就開展了《顯微雷射拉曼光譜原位分析技術在青銅文物鏽蝕產物辨識測試中的應用研究》課題的研究工作。

　　具體來說，採用顯微共聚焦拉曼光譜對中國古代青銅文物各類鏽蝕產物的標準化合物樣品和考古實際出土青銅文物表面的鏽蝕成分和結構進行分析測試對比，並探索最佳實驗條件，進行拉曼光譜青銅文物鏽蝕產物分析方法學研究;建立起中國古代青銅文物鏽蝕產物原位分析的拉曼光譜資料庫及標準分析方法，並應用於青銅質文物的分析研究中：一方面確定樣品的成分和結構，另一方面更深層次的發掘文物的保存狀況、製作年代、製作工藝和當時的製作水平等相關考古和文物保護信息;此外，利用大樣品拉曼原位檢測分析手段，還在青銅文物表面原位表徵測定各種鏽蝕產物，並對鏽蝕種類進行評估，為文物保護處理方法的選擇提供科學依據。

　　拉曼光譜在文物領域應用突破點：承重平臺、資料庫、聯用

　　雖然拉曼光譜的無損、原位分析在文物研究領域優勢明顯，但是就目前的應用情況來說還比較「新」，還有不少問題需要解決。對於目前阻礙拉曼光譜在文物研究中應用的因素，周浩分析到，「從儀器方面來說，三維掃描移動平臺承重不夠，只能放較小的文物樣品進行分析檢測，對於較重的文物會受到測試條件的限制，不能進行原位分析檢測。我們希望能將三維掃描移動平臺與光纖探頭測試聯用，這樣在文物原位分析表徵測試應用方面將會更簡潔和方便。這方面希望廠家能進行深度的開發利用。」

　　另外，周浩特別提出，資料庫是一個亟待解決的問題。據其介紹，鑑於文物領域的特殊性，再加上研究積累不是很好，資料庫缺失是目前面臨的一個難點，也是阻礙當前應用發展的一個關鍵問題。周浩舉例道，青銅文物上的很多鏽蝕物，包括文物上的顏料等，大部分都沒有相對應的譜圖，必須買到純的或者定向委託合成純的化合物做成標樣，進而進行資料庫的建設。其特別強調，「這個領域要發展，就要建資料庫，而且需要一定的時間來積累，青銅、鐵器、陶瓷、書畫等每類文物都需要有自己的資料庫。而且可以肯定的是，在這個領域，誰先建庫，誰就為王」

　　鑑於上述現狀，文保中心正在進行中國古代青銅文物鏽蝕產物原位分析的拉曼光譜資料庫建設及標準分析方法的研究工作。「我們已經配備了做器物檢測的大樣品平臺，還有即將安裝做書畫檢測的掃描平臺，相信兩三年之後，資料庫會得到一定的改觀，同時也會有一些有價值的文章發布。」周浩介紹到。

　　此外，談到未來拓展應用的方向，周浩對拉曼光譜儀的聯用技術非常感興趣。其談到，拉曼檢測分析技術在文物分析檢測中應用已經有較多的案例，未來對於文物的分析檢測可能會更注重多臺先進儀器設備的聯用，以獲取更多的文物內涵信息，比如拉曼-原子力顯微鏡聯用技術，拉曼-掃描電鏡聯用技術等。不過同時，他也提到，聯用還有不少問題，只有聯接好才會錦上添花。據悉，文保中心也期待拉曼可以和其他儀器，特別是電化學儀器的聯用，以採集到更多的信息。

　　後記：

　　近五年，我國拉曼光譜市場取得了長足的發展，不僅是用戶數量持續攀升，而且涵蓋的領域/行業也越來越廣泛。從用戶單位類型分析，除卻大專院校、科研機構以及政府檢測部門之外，「其他」單位類型的用戶也在逐年提高，其中以公安(刑偵)、地質、文物(博物館) 等單位居多。

　　此次採訪中我們了解到，全國有不少規模以上的博物館文保研究中心都已經配備了相應的拉曼光譜儀，有的甚至還不止一臺。只是，鑑於應用基礎還不夠深厚，要想在短時間內得到快速的應用拓展還有不少問題需要解決。其中，滿足文物研究需求的個性化、定製化儀器是一個非常重要的方面，這就需要企業和用戶更緊密的溝通和互動。

　　此外，在故宮博物院、國家博物館、上海博物館等業界領頭單位的帶領和示範作用下，以及越來越多中堅青年投身文物科研工作，未來拉曼光譜在文物研究領域的應用會更加深入，市場也會更容易打開。就如同周浩說的，再過5年，拉曼光譜在文物領域的影響力就顯現出來了!

採訪編輯：葉建