藝術(shù)品檢測分析技術(shù)手冊-5
發(fā)布時(shí)間：2022-10-21 來源:北達(dá)燕園微構(gòu)分析測試中心
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戴維?瑟羅古德 (David Thurrowgoody
同生輻射x射線熒光 (synchrotron X-ray fluorescence， sXRF)成像是對平商上的元素進(jìn)行定性和定量測量的技術(shù)，用的是電磁項(xiàng)譜中的X射線，屬于非侵入式成像技術(shù)。不同于傳統(tǒng)的X射線照相，這種方法提供的不是重元素的密度分布圖而是通過對元素的精確鑒定，用波譜數(shù)據(jù)生成平面上的元素分布圖。×射線熒光（XPF)測量的是特定原子對高能光子照射的反應(yīng)方式。X射線光子發(fā)射到對象表面，引1發(fā)光子與待測元素間的相互作用。探測器通常與樣品表面成角度放置，以測量×射線與樣品中元素相互作用后性質(zhì)的變化。不同的元素對入射輻射的反應(yīng)不同，因此探測器接收到的輻射也會有專屬于每種元素的特性。根據(jù)對（微觀或宏觀）表面上各種元素的檢測結(jié)果，可繪出一套不同元素在樣品中的濃度分布圖?？蓪⑦@種分布圖當(dāng)作圖片來查看，但它是由樣品表面許多單個分析點(diǎn)位排列成的點(diǎn)陣。sXRF 只有在使用同步輻射源的情況下才能取得最佳效果，不過人們正在開發(fā)更為有效的實(shí)驗(yàn)室方法和便攜方法。XRF既可進(jìn)行宏觀水平的檢測，也可進(jìn)行微觀水平的檢測。光斑大小可從納米級到毫米級。這種靈活性意味著它既可以測量一個顏料層斷面上顏料顆粒的分布變化，也可以測量整幅畫面上的元素分布。這項(xiàng)技術(shù)主要適用于較重的金屬元素，不過在某些實(shí)驗(yàn)配置下也可檢測較輕的元素。XRF是針對繪畫作品在創(chuàng)作過程和復(fù)繪過程中所發(fā)生變化的最有效檢測工具之一，也可以有效地驗(yàn)證一件作品上是否存在與推定的藝術(shù)技法和創(chuàng)作時(shí)代相符的元素。此外，這種方法對痕量元素的檢測也非常有效。這種技術(shù)最近在處理采集數(shù)據(jù)的能力方面有了進(jìn)步，已可進(jìn)行數(shù)字解構(gòu)與重建，可對繪畫的分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行電腦著色，包括對底色層的色彩重建。這種技術(shù)在分析顏料層斷面時(shí)，可以提供顏料顆粒級的成分細(xì)節(jié)，包括氧化態(tài)信息，這些信息對藝術(shù)品的劣化機(jī)制評估和作者歸屬都有價(jià)值。sXRF 的測量通常需要幾天時(shí)間。宏觀 sXRF 成像的應(yīng)用已經(jīng)越來越便利，但同步輻射實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行全商業(yè)化運(yùn)作仍很復(fù)雜，也很昂貴。當(dāng)畫作帶有很厚或覆蓋性很強(qiáng)的復(fù)繪層，或存在多層圖像時(shí)，這種檢測可能會生成幾太字節(jié)（TB）的高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)，部分原因是底層元素的X射線英光會導(dǎo)致鄰近材料的二次激發(fā)。信號解析可能需要很高的技術(shù)水平和處理性能很高的計(jì)算機(jī)。街接性的含鉛底料層也可能給檢測帶來問題。研宄對象運(yùn)送至同生加速器所在地可能也有困難，旦實(shí)驗(yàn)還可能需要使用特殊的支架。一些研究報(bào)告指出，這種檢測存在造成有機(jī)成分破壞或誘導(dǎo)氧化態(tài)變化的潛在機(jī)制；另—些研究報(bào)告則稱，就算故意將樣品置于實(shí)際實(shí)驗(yàn)所需的數(shù)千倍輻射之下，也并末造成樣品損傷。這種方法還太新，這個問題暫且無法得到充分解答?？梢揽恳恍┗皤@得免費(fèi)使用同步加速器的機(jī)會，但這些基金都是競年性的。警示：若無訓(xùn)練有素的專業(yè)人員嚴(yán)格執(zhí)行安全措施，X射線輻射是極其有害甚至致命的。同步輻射是出色的和高度可控的手段，僅需毫秒曝光即可取得分析結(jié)果，所需的能量也只有傳統(tǒng)×射線照相術(shù)的幾分之一，但如果檢測對象含敏感材料，如毛發(fā)中的 DNA 物質(zhì)，就應(yīng)當(dāng)慎重使用這種方法。紅外照相術(shù)、紅外反射成像、紅外假彩色照相術(shù)以及X射線照相術(shù)。6. 技術(shù)規(guī)范與注意事項(xiàng)——約 12.6 keV 的2~5um X 射線束——可以2um 步距移動樣品的 ×-丫數(shù)控工作臺——數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，最好為動態(tài)可視化數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)——時(shí)間，高度依賴于實(shí)驗(yàn)裝置sSXRF 的出現(xiàn)，可以說是X射線照相術(shù)在藝術(shù)品研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要進(jìn)展。2008年，楊森斯 ( Janssens）用該技術(shù)取得了一項(xiàng)對凡 ?高畫作的實(shí)驗(yàn)研究成果，并在2013 年發(fā)表了關(guān)于這一技術(shù)的評論文章。2016年，瑟羅古德（ Thurrowgood）發(fā)表了一篇關(guān)于高分辦率打描加色彩重建的論文，展示了該技術(shù)的進(jìn)步。隨著技術(shù)的發(fā)展，這項(xiàng)應(yīng)用也會得到越來越成功的展現(xiàn)。[1] Thurrowgood D., D. Paterson, M. D. De Jonge, R. Kirkham, S. Thurrowgood, D. L Howard, ''A hidden portrait by Edgar Degas'', Scientific reports, 6, pp. 29594. (2016)[2] Jansens K., M. Alfeld, G. Van der Snickt, W. De Nolf, F. Vanmeert, M. Radepont, C. Miliani, The use of synchrotron radiation for the characterization of artists'' pigments and paintings'', Annual Review of Analytical Chemistry, 6, dd. 399-425. (2013)[3] Dik J., K. Jansens, G. Van Der Snickt, L. van der Loeff, K. Rickers, M. Cotte, Visualization of a lost painting by Vincent van Gogh using synchrotron radiation based X-ray fluorescence elemental mapping'', Analytical chemistry, 80 (16), pp. 6436-6442.（2008）光學(xué)相千層析術(shù) ( optical coherence tomography，OCT)是一種非侵入式成像技術(shù)。用于檢測內(nèi)部存在折射率差的二維或三維材料。用OCT進(jìn)行文物檢則分析時(shí)，可生成深度分辨率為 1~6um 的深度信息(最大深度為 1.5 mm），具體限度因?qū)嶒?yàn)設(shè)備和待檢材料而異。OCT 非常適用于光散射材料 （如顏料黏結(jié)劑、光油、生物材料和聚合物）成像。OCT 是一種光譜學(xué)成像技術(shù)，可探測樣品的表面信息和次表面信息。OCT 基于低相千層析成像技術(shù)，利用相干寬帶光在樣品內(nèi)部造成散射相互作用，形成干涉條紋，再進(jìn)行探測并生成基于材料光學(xué)特性（折射率）的圖像。材料的光學(xué)特性通常因成分（密度、結(jié)晶度等）而異，因此 OCT 是識別微觀結(jié)構(gòu)的理想技術(shù)。由于 OCT用的是寬帶近紅外光源，光波能穿透樣品并射出，因此這種技術(shù)可鑒別樣品表面和次表面材料的微觀結(jié)構(gòu)。OCT 可按工作模式分為時(shí)域OCT 和頻域OCT，既可使用掃描干涉儀實(shí)現(xiàn)成像（時(shí)域 OCT)，也可以通過對干涉圖形進(jìn)行傅里葉變換實(shí)現(xiàn)成像（頻域 OCT )。OCT設(shè)備最基礎(chǔ)的部件是寬帶低相千光源照明的邁克耳孫干涉儀。入射光可聚焦于對象表面或次表面，散射后再通過千涉儀傳回相機(jī)探測器。穿透深度和最高深度分辨率取決于所用光源的類型和掃描模式。盡管白光光源沒有激光光源的靈敏度高，但由于它具有寬帶波長，可提供最大的深度分辨率，因此 OCT 最初開發(fā)時(shí)使用了白光光源。采用寬帶激光光源雖可提高靈敏度，卻會降低分辨率。為了獲得最大的穿透深度，OCT 儀器最終在近紅外區(qū)域使用了超寬（＞100 nm）激光光源，以便提供最佳的穿透深度和深度分辦率。OCT 探測器有多種形式，因工作模式而異，不過最常見的是可以快速采集和響應(yīng)的 CCD 相機(jī)。OCT 有單點(diǎn)和全視場兩種主要實(shí)現(xiàn)模式。單點(diǎn) OCT 需要對樣品/ 物鏡進(jìn)行橫向掃描，并對參考鏡進(jìn)行軸向掃描，才能提供深度信息。全視場 OCT ( 叉稱平行OCT)是用光源對樣品作全視場照射，并通過擺動參考鏡來提供軸向信息的。單點(diǎn)OCT可生成人們熱知的“截面°國像，而全視場 OCT 更便于生成成像材料的3D圖像，在文化遠(yuǎn)產(chǎn)研究領(lǐng)域，OCT 已經(jīng)作為非侵入式成像用于多種材料（既包括文化遺產(chǎn)材料，也包括考古材料)的檢測分析。在這類研究中成就最突出的是染海達(dá)懂土。梁博士與她的團(tuán)隊(duì)出版了大量著作，分析了包括繪畫作品和考古樣品在內(nèi)的多種材料，展示了 OCT 在文化遺產(chǎn)研究領(lǐng)域的應(yīng)用。OCT的軸向（深度） 分辨率取決于參考鏡的物理運(yùn)動。因此，該技術(shù)的最佳深度分辨率目前僅能達(dá)到1 um 左右，不過近期在機(jī)械方面的改進(jìn)研究或許可以提高這項(xiàng)指標(biāo)。OCT測得的光譜須比照標(biāo)淮譜方可鑒定材料品種。和大多數(shù)光譜技術(shù)一樣，OCT對化學(xué)成分相似物質(zhì)（如不同種類的光油）的分辦能力受限于儀器設(shè)備的靈敏度。截至目前，OCT 已能夠明確區(qū)分材料的類別，但對化學(xué)成分的特異性鑒定仍不可靠。目前，OCT 對散射最弱的低密度材料可測總深度約為 1.5mm，這就意味著，就算樣品厚度超過 1.5mm，也只能得到深度范圍 1.5mm 內(nèi)的成像結(jié)果。而對于構(gòu)成材料高度混雜且（或）分層明顯的文化遺產(chǎn)材料，可測量的最大深度范圍還不到1.5mm。用古代大師技法作畫其顏料層很薄，因此用 OCT 幾乎可以為這類作品做出整個深度的成像。但對于用現(xiàn)代技法作畫的肌理豐富的厚涂顏料層，OCT可能連表層都無法穿透OCT結(jié)合X 射線熒光 (X-ray fluorescence， XRF)是無機(jī)質(zhì)文物材料初步分析的理想方法，因?yàn)?OCT 可提供非侵入性的深度信息，可以解答與對象相關(guān)的許多問題。如OCT分析結(jié)果指明進(jìn)一生分析的需要，可進(jìn)行微取樣，再用掃描電子顯微鏡法(scanning electron microscopy， SEM)識別樣品斷面內(nèi)的無機(jī)材料，并用二次離子質(zhì)譜法識別 OCT 成像所顯示的有機(jī)材料。6.技術(shù)規(guī)范與注意事項(xiàng)——光源類型和波長（有多種選擇，但一般為超寬 1064 nm)——附加光學(xué)元件（如準(zhǔn)直器、濾光片、光棚等）——探測用 CCD 相機(jī)的大小和型號 （像素密度和大?。?/span>——總有效測量深度內(nèi)的半高寬軸向分辨率，比照已知樣品——信號（靈敏度）隨深度變化的衰減度（單位：dB/mm）OCT 是20 世紀(jì)90 年代發(fā)展起來的一種生物材料非侵入式成像技術(shù)，最初應(yīng)用于眼科視網(wǎng)膜成像。這項(xiàng)技 術(shù)于 21世紀(jì)初首次應(yīng)用于文化選產(chǎn)研究。目前，OCT在文化遺產(chǎn)研究領(lǐng)域已經(jīng)有了若干種用途，而隨著設(shè)備性能的迅速發(fā)展，它的應(yīng)用范圍也在變得越來越廣[1] Gorczynska I., M. Wojtkowski, M. Szkulmowski, et al., Varnish thickness determination by spectral optical coherence tomography'', Proceedings of the 6''h International Congress on Lasers in the Conservation of Artworks (LACONA VI). (2005)[2] Liang H., M.G. Cid, R.G. Cucu, et al., ''En-face optical coherence tomography- -a novel application of non-invasive imaging to art conservation'', Optics Express 13(16), pp 6133-6144. (2005)[3] Szkulmowska A., M. Gora, M. Targowska, et al., The applicability of optical coherence tomography at 1.55 um to the examination of oil paintings'', Proceedings of the 6th International Congress on Lasers in the Conservation of Artworks (LACONA VI). (2005)[4] Tomlins P.H.,R.K. Wang, Theory, developments and applications of optical coherence tomography'', Applied Physics D 38 (15), pp. 2519-2535. (2005)[5] Liang H., R. Cucu, G.M. Dobre, D.A. Jackson, J. Pedro, C. Pannell, C. Saunders, A.G Podoleanu, ''Application of OCT to examination of easel paintings'', Proc. SPIE 5502, pp. 378-381. (2004)[6] Targowski P., B. Rouba, M. Wojtkowski, A. Kowalozyk, The application of optical coherence tomography to non-destructive examination of museum objects'', Studies in Conservation 49 (2), pp. 107-114. (2004)[7] Wojtkowski M., V.J. Srinivasan, T.H. Ko, J.G. Fujimoto, A. Kowalezyk,J.S. Duker, ''Ultrahigh-resolution, highspeed, Fourier domain optical coherence tomography and methods for dispersion compensation'', Optics Express 12 (11), pp. 2404- 2422. (2004)[8] Yang M.L., C.W. Lu, I.J. Hsu, C.C. Yang, ''The use of Optical Coherence Tomography formonitoring the subsurface morphologies of archaic jades'',Archaeometry 46(2)， pp. 171-182. (2004)[9] Leitgeb R., C.K. Hitzenberger, A.F. Fercher, Performance of Fourier domain vs. time domain optical coherence tomography'', Optics Express 11 (8), pp. 889-894. (2003)[10] Dresel T., G. Hausler, H. Venzke, Three-dimensional sensing of rough surfaces by coherence radar'', Applied Optics 31 (7), pp. 919-925. (1992)[11] Huang, D., E.A. Swanson, C.P. Lin, et al., ''Optical coherence tomography'', Science 254（5035），pp.1178-1181.(1991) ▲
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技術(shù)咨詢服務(wù)包括：北京高?？萍假Y源對接、危險(xiǎn)廢棄物梳理、環(huán)境影響評價(jià)、環(huán)保項(xiàng)目竣工驗(yàn)收、場地環(huán)境調(diào)查等多個領(lǐng)域。開展的分析測試服務(wù)包括：X射線衍射分析、土壤礦物檢測、水質(zhì)檢測、場地環(huán)境檢測、二噁英檢測、建材VOC檢測、固廢檢測、理化參數(shù)等檢測項(xiàng)目，已取得CMA檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定和ISO/IEC 17025檢測實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可資質(zhì)。科學(xué)儀器研發(fā)方面：具備國內(nèi)領(lǐng)先的 X 射線衍射 / 熒光分析儀器的研發(fā)生產(chǎn)能力，在 X 射線分析儀器的開發(fā)領(lǐng)域擁有多項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)。單位先后通過北京市級企業(yè)科技研究開發(fā)機(jī)構(gòu)、高新技術(shù)企業(yè)、中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)等認(rèn)證。 若您有任何咨詢問題，可聯(lián)系我們，我們會為您解答。服務(wù)熱線：400-0064-028 、010-62423361![]()
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