艺术品检测分析技术手册-5
发布时间：2022-10-21 来源:北达燕园微构分析测试中心
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戴维•瑟罗古德 (David Thurrowgoody
同生辐射x射线荧光 (synchrotron X-ray fluorescence， sXRF)成像是对平商上的元素进行定性和定量测量的技术，用的是电磁项谱中的X射线，属于非侵入式成像技术。不同于传统的X射线照相，这种方法提供的不是重元素的密度分布图而是通过对元素的精确鉴定，用波谱数据生成平面上的元素分布图。×射线荧光（XPF)测量的是特定原子对高能光子照射的反应方式。X射线光子发射到对象表面，引1发光子与待测元素间的相互作用。探测器通常与样品表面成角度放置，以测量×射线与样品中元素相互作用后性质的变化。不同的元素对入射辐射的反应不同，因此探测器接收到的辐射也会有专属于每种元素的特性。根据对（微观或宏观）表面上各种元素的检测结果，可绘出一套不同元素在样品中的浓度分布图。可将这种分布图当作图片来查看，但它是由样品表面许多单个分析点位排列成的点阵。sXRF 只有在使用同步辐射源的情况下才能取得最佳效果，不过人们正在开发更为有效的实验室方法和便携方法。XRF既可进行宏观水平的检测，也可进行微观水平的检测。光斑大小可从纳米级到毫米级。这种灵活性意味着它既可以测量一个颜料层断面上颜料颗粒的分布变化，也可以测量整幅画面上的元素分布。这项技术主要适用于较重的金属元素，不过在某些实验配置下也可检测较轻的元素。XRF是针对绘画作品在创作过程和复绘过程中所发生变化的最有效检测工具之一，也可以有效地验证一件作品上是否存在与推定的艺术技法和创作时代相符的元素。此外，这种方法对痕量元素的检测也非常有效。这种技术最近在处理采集数据的能力方面有了进步，已可进行数字解构与重建，可对绘画的分层结构进行电脑着色，包括对底色层的色彩重建。这种技术在分析颜料层断面时，可以提供颜料颗粒级的成分细节，包括氧化态信息，这些信息对艺术品的劣化机制评估和作者归属都有价值。sXRF 的测量通常需要几天时间。宏观 sXRF 成像的应用已经越来越便利，但同步辐射实验要进行全商业化运作仍很复杂，也很昂贵。当画作带有很厚或覆盖性很强的复绘层，或存在多层图像时，这种检测可能会生成几太字节（TB）的高度复杂的数据，部分原因是底层元素的X射线英光会导致邻近材料的二次激发。信号解析可能需要很高的技术水平和处理性能很高的计算机。街接性的含铅底料层也可能给检测带来问题。研宄对象运送至同生加速器所在地可能也有困难，旦实验还可能需要使用特殊的支架。一些研究报告指出，这种检测存在造成有机成分破坏或诱导氧化态变化的潜在机制；另—些研究报告则称，就算故意将样品置于实际实验所需的数千倍辐射之下，也并末造成样品损伤。这种方法还太新，这个问题暂且无法得到充分解答。可依靠一些基金获得免费使用同步加速器的机会，但这些基金都是竞年性的。警示：若无训练有素的专业人员严格执行安全措施，X射线辐射是极其有害甚至致命的。同步辐射是出色的和高度可控的手段，仅需毫秒曝光即可取得分析结果，所需的能量也只有传统×射线照相术的几分之一，但如果检测对象含敏感材料，如毛发中的 DNA 物质，就应当慎重使用这种方法。红外照相术、红外反射成像、红外假彩色照相术以及X射线照相术。——约 12.6 keV 的2~5um X 射线束sSXRF 的出现，可以说是X射线照相术在艺术品研究领域的一项重要进展。2008年，杨森斯 ( Janssens）用该技术取得了一项对凡 •高画作的实验研究成果，并在2013 年发表了关于这一技术的评论文章。2016年，瑟罗古德（ Thurrowgood）发表了一篇关于高分辦率打描加色彩重建的论文，展示了该技术的进步。随着技术的发展，这项应用也会得到越来越成功的展现。[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）光学相千层析术 ( optical coherence tomography，OCT)是一种非侵入式成像技术。用于检测内部存在折射率差的二维或三维材料。用OCT进行文物检则分析时，可生成深度分辨率为 1~6um 的深度信息(最大深度为 1.5 mm），具体限度因实验设备和待检材料而异。OCT 非常适用于光散射材料 （如颜料黏结剂、光油、生物材料和聚合物）成像。OCT 是一种光谱学成像技术，可探测样品的表面信息和次表面信息。OCT 基于低相千层析成像技术，利用相干宽带光在样品内部造成散射相互作用，形成干涉条纹，再进行探测并生成基于材料光学特性（折射率）的图像。材料的光学特性通常因成分（密度、结晶度等）而异，因此 OCT 是识别微观结构的理想技术。由于 OCT用的是宽带近红外光源，光波能穿透样品并射出，因此这种技术可鉴别样品表面和次表面材料的微观结构。OCT 可按工作模式分为时域OCT 和频域OCT，既可使用扫描干涉仪实现成像（时域 OCT)，也可以通过对干涉图形进行傅里叶变换实现成像（频域 OCT )。OCT设备最基础的部件是宽带低相千光源照明的迈克耳孙干涉仪。入射光可聚焦于对象表面或次表面，散射后再通过千涉仪传回相机探测器。穿透深度和最高深度分辨率取决于所用光源的类型和扫描模式。尽管白光光源没有激光光源的灵敏度高，但由于它具有宽带波长，可提供最大的深度分辨率，因此 OCT 最初开发时使用了白光光源。采用宽带激光光源虽可提高灵敏度，却会降低分辨率。为了获得最大的穿透深度，OCT 仪器最终在近红外区域使用了超宽（＞100 nm）激光光源，以便提供最佳的穿透深度和深度分辦率。OCT 探测器有多种形式，因工作模式而异，不过最常见的是可以快速采集和响应的 CCD 相机。OCT 有单点和全视场两种主要实现模式。单点 OCT 需要对样品/ 物镜进行横向扫描，并对参考镜进行轴向扫描，才能提供深度信息。全视场 OCT ( 叉称平行OCT)是用光源对样品作全视场照射，并通过摆动参考镜来提供轴向信息的。单点OCT可生成人们熱知的“截面°国像，而全视场 OCT 更便于生成成像材料的3D图像，在文化遠产研究领域，OCT 已经作为非侵入式成像用于多种材料（既包括文化遗产材料，也包括考古材料)的检测分析。在这类研究中成就最突出的是染海达懂土。梁博士与她的团队出版了大量著作，分析了包括绘画作品和考古样品在内的多种材料，展示了 OCT 在文化遗产研究领域的应用。OCT的轴向（深度） 分辨率取決于参考镜的物理运动。因此，该技术的最佳深度分辨率目前仅能达到1 um 左右，不过近期在机械方面的改进研究或许可以提高这项指标。OCT测得的光谱须比照标淮谱方可鉴定材料品种。和大多数光谱技术一样，OCT对化学成分相似物质（如不同种类的光油）的分辦能力受限于仪器设备的灵敏度。截至目前，OCT 已能够明确区分材料的类别，但对化学成分的特异性鉴定仍不可靠。目前，OCT 对散射最弱的低密度材料可测总深度约为 1.5mm，这就意味着，就算样品厚度超过 1.5mm，也只能得到深度范围 1.5mm 内的成像结果。而对于构成材料高度混杂且（或）分层明显的文化遗产材料，可测量的最大深度范围还不到1.5mm。用古代大师技法作画其颜料层很薄，因此用 OCT 几乎可以为这类作品做出整个深度的成像。但对于用现代技法作画的肌理丰富的厚涂颜料层，OCT可能连表层都无法穿透OCT结合X 射线荧光 (X-ray fluorescence， XRF)是无机质文物材料初步分析的理想方法，因为 OCT 可提供非侵入性的深度信息，可以解答与对象相关的许多问题。如OCT分析结果指明进一生分析的需要，可进行微取样，再用扫描电子显微镜法(scanning electron microscopy， SEM)识别样品断面内的无机材料，并用二次离子质谱法识别 OCT 成像所显示的有机材料。——光源类型和波长（有多种选择，但一般为超宽 1064 nm)——探测用 CCD 相机的大小和型号 （像素密度和大小）——总有效测量深度内的半高宽轴向分辨率，比照已知样品——信号（灵敏度）随深度变化的衰减度（单位：dB/mm）OCT 是20 世纪90 年代发展起来的一种生物材料非侵入式成像技术，最初应用于眼科视网膜成像。这项技 术于 21世纪初首次应用于文化选产研究。目前，OCT在文化遗产研究领域已经有了若干种用途，而随着设备性能的迅速发展，它的应用范围也在变得越来越广[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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技术咨询服务包括：北京高校科技资源对接、危险废弃物梳理、环境影响评价、环保项目竣工验收、场地环境调查等多个领域。开展的分析测试服务包括：X射线衍射分析、土壤矿物检测、水质检测、场地环境检测、二噁英检测、建材VOC检测、固废检测、理化参数等检测项目，已取得CMA检验检测机构资质认定和ISO/IEC 17025检测实验室认可资质。科学仪器研发方面：具备国内领先的 X 射线衍射 / 荧光分析仪器的研发生产能力，在 X 射线分析仪器的开发领域拥有多项自主知识产权。单位先后通过北京市级企业科技研究开发机构、高新技术企业、中关村高新技术企业等认证。 服务热线：400-0064-028 、010-62423361![]()
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