浅析分析化学在文物保护工作中的重要性

全洁

摘 要：本文主要阐述了化学这门学科对出土文物的保存、修复、除锈、质地的鉴定、封护、做旧、铅同位素分析法以及青铜器原料来源追踪等的重要性，从理论到实践上的应用进行了认真分析，随着化学这门科学向文物保护领域的渗入，构成了文物保护的技术革新，为文物工作提供更加宽广的发展空间。

关键词：分析化学文物保护；重要性

分析化学是化学学科中的分支，是以物质间的化学反应为基础的重要方法，是在现代文物保护和修复中的不可或缺的，而且还在矿物学、生物学、医药、考古学等诸多学科中得到了廣泛的应用。

中国古代物质文明和精神文明，造就了我国灿烂辉煌的悠久历史，很早就有学者开始研究在古遗址、古墓葬的考古发掘中出土文物的保护问题，但在我国把化学这门学科应用到文物保护中却是到20世纪80年代才逐渐被越来越多的考古工作者所重视。

文物是人类文明遗留下来的实物，是研究人类社会情况的凭证，具有极高的研究价值和鉴赏价值。由于文物年代的久远、出土后环境的改变，极有可能造成文物的腐烂、霉变、金属的锈蚀使文物材质外观的改变，给考古工作者在进行文物保护研究上带来一定的误区，因而可以通过分析化学这门学科对出土文物进行研究来得出精准的数据。

一、化学在出土青铜器保存上的应用

随着我国考古工作的深入开展，大量的青铜器被发掘出来，而一般学术上的青铜器是指铜、锡、铅的合金，而云南省个旧市锡文化历史悠久，锡矿业开采从汉代开始至今持续开采了两千多年，个旧卡房镇黑蚂井地区自古以来就是云南通往异国（越南）的重要通道，又是红河州的各少数民族与中原地区联系的必经之路，银铜业发达，是世界上最早生产锡金属的地区之一，城市因锡而生、因锡而兴，有“世界锡都”的美誉，锡产品享誉全球，锡业的繁荣促进了个旧地区的社会进步。

1989、1994、1995、2010年由云南省文物考古所、红河州文物管理所、个旧市文物管理所组成联合考古队对黑蚂井汉代青铜墓地进行了四次考古发掘，出土文物十分丰富，其中青铜器占的比例很大，这些青铜器从地下发掘出来后，随着存在的环境改变，在空气中受到了水、光、温度、酸、碱等的影响，造成了这些青铜器的表面发生了化学变化，外部极易产生“铜绿”这种碱式碳酸铜，俗称青铜器病，化学式为：Cu2（OH）2CO3 ，其中一个青铜器得病会传染给其它的青铜器，严重地影响出土青铜器的保存，为了让这些在地下沉睡千百年的文物更好地保存下来，使更多的子孙后代能了解我们的先祖们在锡文化历史的长河中创造出的青铜文明，个旧市文物管理所的文物工作者有义务来研究用化学的方法对其进行科学的保护。

从个旧市黑蚂井出土的两件出土青铜器可看出表面已经有很多“铜绿”样的物质存在，因而我们要用化学的手段来对此“铜绿”进行有害锈和无害锈的测试。

物理去锈法：采用刻刀将粉状锈粉末进行取样，浸泡在去离子水（俗称二次蒸馏水）中，一天后用试管取10毫升浸泡液看是否有氯离子析出，方法是：在浸泡液中滴入稀硝酸，用PH试纸测量其为酸化后，再滴入配制好的0.1个当量的硝酸银溶液（称取1.7克硝酸银配入100毫升去离子水中），如果有乳白色的悬浮物说明有有害锈存在急需要去除，如果没有乳白色的悬浮物说明此铜绿为无害锈。无害锈的去除遵循“最小干预”原则法，

也就是只清除铭文、 纹饰部位的锈蚀，无纹饰素面部位稳定的无害锈层应予保留，一是可以对器物起保护作用，二是年代久远的象征。

化学去锈法：青铜器有害“铜绿”的化学去锈法有很多种，传统的去锈法是用老陈醋贴敷在锈层上，保持一定的湿度将锈逐渐软化后用刻刀剔除。但此法有一定的局限性，对于锈蚀比较严重的器物，用此法不容易除彻底，效果不是很理想，这时候需要借助化学的方法来对其进行处理，通过我们的实际操作看这几种方法除锈效果很好，达到治理青铜病的要求。

（一）EDTA法（化学名称：乙二胺四乙酸二钠法，配制：乙二胺四乙酸二钠100克溶于650毫升去离子水中，再加入350毫升氨水）。此法是通过用乙二胺四乙酸二钠与氨水的络合作用来将锈化层软化后用刻刀等工具去除。

（二）六偏磷酸钠法：用棉花蘸取15%六偏磷酸钠去离子水溶液敷在青铜器上面，去除石灰石和坚硬的泥沙。

（三）稀硫酸法：用10%稀硫酸和10克重铬酸钾或者用10%的磷酸加3%的硝酸、5%的六次甲基四胺、5%的醋酸与去离子水溶液去除坚硬的铜锈层。

（四）酒石酸钾钠15g、氢氧化钠5g、去离 子水1000ml，再加5%过氧化氢。约40分钟 以上可以软化硬锈壳，去除硬锈层。

（五）10%硫酸稀释液加10g重铬酸钾去除氧化亚铜。10%碟酸稀释液，可以去除氧化亚铜，再加5%的六次甲基四胺溶液，3%硝酸、5%草酸或醋酸与去离子水稀释液均可去除质地坚硬的铜锈层。

（六）为了不被二次伤害，我们在处理青铜器时都非常谨慎，一般采用先用钢针、手术刀等工具小心地把锈蚀坑挖出所有的有害锈，用5%倍半碳酸钠溶液中冷热交替处理，再用滴定硝酸银法测定氯离子的存在情况，直到水质清澈无氯离子存在，用此方法清除有害锈比较安全，对文物本体无损害。

以上几种方法除完锈后均需用去离子水把器物彻底清洗干净，晾干，以免给出土文物造成不必要的二次伤害。

二、化学对出土文物锡器的保护处理上的应用

2010年个旧市卡房黑蚂井考古发掘出了大量的金属器皿，其中就有一些是锡制品。

锡器由于在地下埋藏了几百年，这些锡器或多或少也被氧化，变成粗粒状灰黯色的氧化亚锡，如果出土后不能很好地被保护，会继续腐蚀，变成粉末状的灰锡，已有的锡器长期与空气接触，表面生成一层氧化膜，这层氧化膜对锡器已经起到保护作用了，如果有松软的的氧化锡，遇到空气后被激活，构成对整器的感染破坏，可用三甲树脂、有机硅树脂减压浸渗加固处理。

腐蚀不严重的锡器，可用氢氧化钠水溶液作电解质，锌、铅或镁作阳极这种电解还原法处理。

三、化学对出土文物质地的鉴定

我国古代劳动人民有着高超的技术制造工艺，由于文物在地下埋藏时间久远，出土时很多器物外观已经发生改变，单凭肉眼观察是很难判断是什么工艺和质地的材料做的，而应用化学分析则可以非常准确地解决这个问题，湖北省楚墓出土的越王勾践剑就是应用光谱分析确定其剑身为铜锡为主的青铜合金，并經过含Cu2S·FeS等硫化处理，所以它的外观具有更加光滑、美观、耐腐蚀等特点，这就充分证明在我国春秋战国时期劳动人民就已经掌握了青铜器硫化处理工艺了。

2010年个旧卡房黑蚂井汉墓出土了一组金属，这组金属文物出土时由于埋藏的时间久远，在外观上呈灰白色，已看不出是什么质地的金属器物，有人说是金属锡的冶炼产品，也有人说像金属银，还有人讲像金属铅，一时间众说纷纭，大家都只能猜测，这时候用科学的方法来鉴定就很有必要了，在2010年4月份个旧市文物管理所对这组出土文物取样送往云南锡业集团公司云锡研究所分析室进行了光谱定性分析，从报告单上看出铅含量远远大于10%，充分说明此金属物是以铅为主的金属饼，所以化学学科在文物质地的鉴定领域是其他任何方法不能替代的。

四、铅同位素分析法在青铜器原料来源追踪上的应用

晚商时期的青铜器生产，已经达到鼎盛阶段。在河南殷墟等地发现的大型冶铸遗址和属于这一时期的巨型器物如司母戊大鼎等，显示了当时中原青铜铸造业的巨大规模。河南一带的锡矿根本满足不了需求。大量研究表明，这一时期的中原青铜主要是铜、锡、铅合金。从现代地质资料看，黄河中下游所谓中原地区仅有部分铜、铅矿产。因此，晚商中原这么大的青铜器生产矿料特别是锡的来源，这时我们就有了一个大胆的设想，中原河南殷墟大型冶铸遗址用是矿料是不是由云南省个旧市黑蚂井一带矿山供给，这引起了国内外学术界所关注。

而早在20世纪50年代，日本学者天野元之和台湾学者石璋如认为商代中原地区青铜器铸造业有可能采用中原本地开采的锡矿，但是由于证据不足很多学者对此说法持保留态度，直到今天都还没有任何证据能够证明在中原地区开采过锡矿，如果要证明在中原地区是否开采过锡矿就要考证是否存在锡矿的问题，建国以后有关部门曾经组织过中原地区地质矿产普查工作，结果表明没有锡矿的存在。

针对中原地区在商代青铜器非常巨大的铸造规模以及铸造矿料来源，1984年中国科技大学的金正跃教授就对商代河南殷墟妇好墓出土的青铜器进行铅同位素测定分析认为：妇好墓出土的青铜器矿物来源于云南。2008年金正跃教授率助手到云南省个旧市黑蚂井对大约50个出土青铜器进行铅同位素采样分析比对，认为2008年到云南个旧市黑蚂井对大约105个出土青铜器进行铅同位素采样分析后推测妇好墓出土的青铜器矿物来源极大的可能来源于云南个旧黑蚂井一带的矿山。

五、化学在文物做旧处理中的应用

应用不同的化学试剂配制不同的配方，可用做对出土青铜器地子皮做旧，可以做出褐红色、黑褐色、黑灰色、茶褐色等。比如氨水中加碱式碳酸铜，加少许硫氰酸钾浸泡铜质表面呈黑灰色。用氢氧化钠、过硫化钠、硝酸铜、氯化铵氯化钾等多种化工颜料按照不同的配比，将出土青铜器修复部位铜表面腐蚀生成一体的蓝绿色古铜锈斑，使修复后的青铜器更真实，更具有整体性。

六、化学方法在青铜文物封护中的应用

封护涂层化学保护法是青铜文物保护过程中的最后步骤，目前国内外在青铜文物保护处理过程中所使用的方法是将器物浸泡在温度为60度、5%的苯并三氮唑的乙醇溶液中8小时。但是现在金属器物的封护采用最多的是3%的B72丙酮溶液来进行封护处理。

2014年，云南省红河州博物馆从收藏的青铜器中挑选了15件急待修复和保护的青铜器请个旧市博物馆进行修复、封护处理，这批青铜器存在着残缺、断裂、锈蚀、裂隙等多项病害，个旧市博物馆修复工作人员接手这批青铜器后，科学地制定了修复方案，修复完成后就是使用3%的B72丙酮溶液来进行封护处理的。

通过以上几个有关化学在文物保护方面的探讨，我们可以清楚的看到化学与文物保护有着十分密切的关系，随着科学的不断进步，化学可应用到文物质地的分析鉴定、文物保护、文物考证、文物修复等多个方面，化学向文物保护领域的渗入，构成了文物保护技术的革新，为文物工作提供更加宽广的发展空间，反过来也为化学工作者提供了更多的科研课题来为文物保护工作服务。

参考文献：

[1]王武钰等：文物出版社《首都博物馆文物养护工作手册》23—25页.

[2]刘树林等：中国书店出版《金石杂项类文物修复》76-78页.

[3]金正跃《晚商中原青铜器的矿料来源研究》中国科技大学1984年硕士论文.

[4]刘树林等：中国书店出版《历代文物艺术品收藏保养手册》20-23页.