元素週期/中國古墨與現代墨元素成分研究
關鍵字 中國古墨 現代墨 元素成分
中華民族歷史悠久，文化遺產極為豐富，大量的古代字畫是其中的一個重要部分。可惜其中不乏後人(或現代人)模仿的贗品。到目前為止，對真跡與贗品的鑒定都是由專家憑經驗來進行的，即通過字畫的外形(稱為"望氣")來加以判斷;採用科技手段來判別古畫的真偽在國內還很少見到。採用核技術方法有可能研究和辨別古代書畫的真偽，而且這些方法是無損的。
如美國加州大學Davis分校採用高能質子的x螢光法研究了世界上第一部活字印刷的聖經，研究其中是否有些章節已被人篡改過。這項工作得到了有意義的結果。在復旦大學自然科學基金、國家自然科學基金資助下，復旦大學與上海博物館合作，採用核技術對中國古墨進行了研究，即採用螢光分析法或質子x螢光分析法測定中國古墨、現代墨的常量與微量元素種類和含量，以期得到系統的規律性，進而來判定古畫的創作年代。
1 實驗方法
1·1 實驗樣品
古墨樣品為上海博物館部分藏品，共12種，(見表1)。現代墨為目前市場上可以買到的產品，主要是上海墨廠(原曹素功制墨廠)和安徽墨廠(原胡開文墨廠)的產品。
表1
編 號 古墨樣品說明 編 號 古墨種類說明
A1宣統甲寅(1914)九月，徽州老胡開文廣白氏制 B1 漢 墨
A2大清乾隆年制御用墨 B2 清嘉慶肖阮元款
A3光緒丙子(1876)春 B3 嘉 慶
A4清胡開文雲華氏 B4 明天啟元年(1621)程天約藏
A5清曹素功制 B5 清乾隆三十年(1765)汪節庵選
B6 清同治乙丑(1865)和甫選煙，
承志堂藏墨
B7清程君房墨
1·2實驗方法
採用盧瑟福背散射技術定量測定墨申常量元素C、N、O的含量，用質子激發X螢光分析定量測定微量元素種類及其含量。實驗是在復旦大學串列加速器9SDH2上進行的，背散射分析採用2.0MeV的4He+離子束作分析束，散射離子用金矽面壘探測器測量。質子X螢光分析採用能量為2.5MeV的質子作為分析束，實驗時，取樣約lmg，在高頻灰化爐中經灰化處理，並加入元素Y作為定量分析的"內標"，經處理後的樣品均勻滴在襯底Mylar薄膜上。樣品產生的X螢光用Si(Li )探測器測量，探測系統對5.9KeVX射線的能量解析度為162eV。
2實驗結果和討論
用背散射測定了現代幾種墨的主要元素成分，也測定了從上海墨廠得到的制墨主要原料油煙灰粒(桐油煙灰)和膠(牛皮膠)的主要成分，作為防腐(臭)作用而加入的中藥添加劑則因未得到樣品而沒有測量。典型的墨的背散射能譜如圖1所示，每種元素均用箭號標出。元素含量在表2中給出，由表2可知油煙粒的主要成分是碳，而牛皮膠中的主要成分是C、N、O，這與蛋白質的結構相符合，它們所含的其他次要元素成分在表中也給出，其詳細數值將在質子螢光分析結果中列出。在表2的測量資料中，上海墨廠的"101油煙"與徽墨相比，N的成分明顯減少，反映了上海墨廠的墨用膠較徽墨為輕。實際書寫時過重的膠濃度，將產生書法家所說的"滯筆";但墨中用膠太少，則在書寫大楷時，毛筆會儲墨汁過少而感不便。在上述墨塊中C、N、O的測量時，曾研究了不同部位元素成分的均勻性，對C而言，均勻性很好，其變化量在3%以內;而N、O的變化稍大，在墨中的上、中、下各部，其變化範圍可在士20%左右。
表2用背散射測得的現代墨的主要元素含量，wt%
Table2
樣品 C N O 總量 其他元素
油煙灰 97·46 0·51 1·95 99·90 Si，S，Ca，Fe
牛皮膠 66·37 22·10 7·58 99·06 Si，S，Ca，Fe，Zn
101油煙 上海墨廠 89·70 5·70 3·30 98·80 Sj，S，Ca，Fe，Zn
安徽胡開文 龍翔鳳舞 86·64 7·65 4·28 98·64 Si，S，Cl，K，Ca，Fe，Zn
安徽胡開文 茶墨 81·67 9·33 6·08 97·10 Si，S，Cl，K，Ca，Fe，Zn
安徽胡開文 一生知己 66·67 I0·94 10·84 88·40 Si，Na，P，S，K，Ca，Fe，Zn
用PIXE法測量古墨和某些現代墨中痕量元素的濃度，典型的墨的PIXE能譜如圖2所示，圖2中元素Y是作為"內標"而引入樣品中的，原來的墨樣均不含元素Y，表3列出了加10個微量元素的結果，除此之外，每種樣品都有不同濃度的Si、S、P、Cl等元素，但實驗發現，濃度值不夠穩定，因而實際應用中較難用作分析標準，故末在表中列出。由表3可以看出，所有古墨中的K、Ca濃度都很高，約為現代墨的10倍;另外，元素Sr的濃度也大於現代墨，這些元素的濃度的不同可以作為辨認古代墨與現代墨的一個判據。上海墨廠生產的墨與安徽胡開文產品在元素Au的含量上也有很大的差別；上海墨廠為了提高字跡的反光效果，特意在墨中摻入了金(用金膜混人墨料中)，因而在分析上海墨的墨蹟中都測得了相當含量的Au;但安徽墨則很少採用這一方法，墨中很少有元素Au出現。如果要分析古代字畫，需要解決紙張本身的元素對墨蹟的影響，因為紙張都用纖維素製成，都有元素Si、K、CA、Fe等，即需要將墨蹟中的元素資訊分離出來，通常的紙不會含有Au、Pb元素，而Au、Pb等元素在不同的墨樣中的含量變化較大，因此用它們來進行判別是比較理想的。
3 結論
用背散射和PIXE方法定量測定了某些古墨與現代墨的主要元素與痕量元素成分與含量，實驗結果表明古墨與現代墨的某些元素(如K、Ca)含量有很大的差異;徽墨與上海墨在某些元素含量上(N、Au)也有明顯的差別。這些結果對於鑒別字畫的年代將有一定的價值。
致謝:感謝上海墨廠在提供某些墨樣及材料上的熱心幫助。