发笺纸的现代仪器分析——以《天经或问》为例

张艳霞 吕淑贤

（北京大学图书馆，北京，100871）

发笺纸又名侧理纸、苔纸，因表面黑色细丝形似婴童毛发而得名，从晋代开始就有文献记载其使用情况，历经隋、唐、宋至元代一直为文人墨客追崇，在我国造纸史上占据重要地位。发笺纸的生产技术也曾流传于世界各地，明清以后李朝和东洋都有仿制发笺纸的记载[1]。

由于发笺纸的制造工艺早已失传，目前存世数量较少，发笺纸的造纸原料和表面黑色细丝的成分只能依据历史文献资料加以考证。在不同历史时期和地区，发笺纸的生产可能使用不同的材料。一般认为，发笺纸是以麻、韧皮等为主要原料，加入少量黑色纤维为填料，经浇纸而成。其中黑色纤维的成分在学界一直存在争议，一部分学者认为黑色纤维就是人类头发，如刘仁庆[2]在《简明中国手工纸（书画纸）及书画常识辞典》中认为发笺纸在抄纸过程中会投入部分发丝；蒋玄佁[3]在《中国绘画材料史》中记载：“原料与高丽纸同，幅面较小，亦有大如高丽纸者，表面浮有人发若干，以防破裂”。另有部分学者认为此说法是误传，其实际成分为海苔菜等植物纤维，如吴山[4]在《中国工艺美术大辞典》中认为发笺纸的添加物常用绿色的水苔或黑色的发菜之类；潘吉星[5]在《中国造纸技术史稿》中介绍“起源于西晋的发笺，以麻类、韧皮类等传统原料制浆，再掺以少量水苔、发菜等作填料”。

北京大学图书馆在古文献修复过程中发现馆藏和刻本《天经或问》的书衣中间层是发笺纸，纸张呈青灰色，质地较硬，无帘纹，表面粗糙，黑色细丝分散于表面。《天经或问》为明末清初天文历算家游艺编著，被收入《四库全书》，传入日本后经多次翻印发行，对日本天文学影响颇深[6]。北京大学图书馆藏为享保庚戌（1730年）九月西川正休训点版本。

本课题利用光学显微镜、纤维测量仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换显微红外光谱仪对发笺纸残片进行研究，鉴别纸张纤维的原料，分析黑色细丝的成分，以《天经或问》一书为例，利用现代仪器分析手段为发笺纸的历史考证提供科学依据，也为发笺纸制作工艺的传承和恢复提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

实验用材料为《天经或问》书衣中间层的发笺纸残片。图1为《天经或问》书衣中间层发笺纸的局部图。从图1可以看出，长短不一的黑色细丝分散于纸张表面。用镊子从破损残片上提取微量纸张纤维和黑色细丝，分别用于实验分析。

图1 发笺纸图片

1.2 实验仪器和方法

1.2.1 显微镜观察

实验仪器：德国ZEISS公司生产的Scope.A1型光学显微镜。

（1）取少量纸张纤维放置于干净的载玻片上，滴2 滴赫兹伯格（Herzberg）染色剂，用解剖针分散纤维，盖上盖玻片后，在透射模式下观察纤维形貌，在偏光模式下观察草酸钙晶体。

（2）取少量黑色细丝放置于干净的载玻片上，盖上盖玻片，在透射模式下观察黑色细丝形貌。

1.2.2 纤维测量

实验仪器：北京伦华科技有限公司生产的XWYVIII型智能纤维测量仪。

利用纤维测量仪的图像处理软件对纤维长度和纤维宽度进行测量，选择半自动测试方法。

1.2.3 显微红外光谱分析

实验仪器：美国Thermo Fisher 公司生产的Nicolet iN10型傅里叶变换显微红外光谱仪。

取少量黑色细丝在金刚石片上压薄。液氮冷却MCT检测器，透射模式采集，波数范围4000～500 cm-1，分辨率8 cm-1，扫描次数64次。

1.2.4 扫描电子显微镜分析

实验仪器：德国ZEISS 公司生产的Merlin Compact型场发射扫描电子显微镜。

取少量黑色细丝，用导电胶固定在样品台上，经喷金处理后在扫描电子显微镜下观察形貌。

2 结果与讨论

2.1 发笺纸纤维成分分析

发笺纸纤维样品的光学显微镜图如图2 所示。从图2可以看出，发笺纸纤维呈棕红色到紫红色，细长柔韧，端头尖细（图2(a)），部分纤维的外壁包裹有胶衣（图2(b)），可见明显横节纹（图2(c)）和少量菱形的草酸钙晶体（图2(d)）。分析判断发笺纸纤维原料为楮（构）皮。经测量纤维平均长度为3.53 mm，平均宽度为18.59 μm。楮皮是日本手工纸常用的四种原料之一[7]，与构皮同为最古老的优良造纸原料，一般统称为楮皮或构皮，没有详细区分[8]。这一结论也与历史文献中发笺纸使用传统原料制浆的记载一致。

2.2 黑色细丝成分分析

2.2.1 显微红外光谱分析

根据史料记载，发笺纸中黑色细丝的成分主要有人类头发和植物纤维两种观点。黄种人头发的基本成分是角蛋白、黑色素和痕量金属元素，性质非常稳定[9]，角蛋白也是哺乳动物毛发的主要成分。水苔或发菜属于植物纤维，主要化学组成是纤维素、半纤维素和木质素，易受外部环境影响发生老化。人类头发和植物纤维的化学结构不同，红外光谱特征吸收峰的峰位和强度也不同。人类头发的主要红外光谱特征吸收峰如表1 所示[10-11]，其中～1635 cm-1的酰胺Ⅰ谱带和～1540 cm-1的酰胺Ⅱ谱带是强吸收峰。纤维素的主要红外光谱特征吸收峰如表2 所示[12-13]，其中～3400 cm-1的O-H 伸缩振动和～1060 cm-1的C-O 缩振动是强吸收峰。不同植物纤维的红外光谱图大体相似[12]，仅个别特征峰存在细微差别。

图3 是发笺纸黑色细丝的显微红外光谱图。从图3 可以看出，3280 cm-1归属于N-H 伸缩振动，2955 cm-1和2930 cm-1归属于甲基的C-H 伸缩振动，1655 cm-1、1525 cm-1和1235 cm-1分别归属于酰胺Ⅰ谱带、酰胺Ⅱ谱带和酰胺Ⅲ谱带，主要特征吸收峰的峰位和强度都与人类头发的特征峰吻合，由此判断该黑色细丝的主要成分可能是人类头发或哺乳动物的毛发，而不是植物纤维。

图2 发笺纸的纤维光学显微镜图

表1 人类头发的红外光谱特征吸收峰

表2 纤维素纤维的红外光谱特征吸收峰

2.2.2 扫描电子显微镜分析

图3 黑色细丝的显微红外光谱图

人类头发和哺乳动物毛发的横切面结构类似，可分为3层：毛小皮、皮质层和髓质层，最外层为毛小皮。毛小皮根据形态和排列方式可分为指状、芽状、波状和鳞状4种不同的结构，常见哺乳动物中猪和马尾毛的毛小皮结构与人类头发相似，都属于鳞状结构[14]。图4 为黑色细丝在扫描电子显微镜下的形貌图。从图4可见，毛小皮形态呈完整鳞状结构，边缘有轻微翘起，因年代久远已发生老化。

2.2.3 光学显微镜分析

Deedrick等人[15]通过比较毛小皮、髓质层、皮质层和色素颗粒等方面的差别来区分人类头发和动物毛发。在人类的头发中，髓质层没有规则的形态，一般呈现为断续型、点续型或连续型；在动物的毛发中，髓质层通常非常规则而且轮廓分明，呈现为连续型。图5为黑色细丝的光学显微镜图。从图5可以看出，点续型的髓质层清晰可见，与人类头发髓质层的形态相吻合。因此可以确定，发笺纸中黑色细丝的主要成分是人类头发。

图4 黑色细丝的扫描电子显微镜图

图5 黑色细丝的光学显微镜图

3 结论

本研究利用光学显微镜、纤维测量仪、扫描电子纤维镜和傅里叶变换显微红外光谱仪对和刻本《天经或问》书衣中间层的发笺纸进行无损和微损分析。

3.1 结果发现，发笺纸纤维在显微镜下的形态特征与楮皮纤维相符合。经测量，纤维平均长度为3.53 mm，平均宽度为18.59 μm；黑色细丝的红外光谱特征吸收峰、扫描电子显微镜下毛小皮的结构以及光学显微镜下髓质层的形态都与人类头发的特征相符合。

3.2 研究证明，在古代日本存在使用楮皮纤维和人类头发制造发笺纸的工艺。该结果为发笺纸的历史考证和传承恢复提供科学支持，同时也为现代仪器分析方法在古籍研究中更广泛的应用提供参考。