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一、 紫外线概述
(一)紫外线的概念
紫外线,是一种光波(电磁波),其英文全称为“Ultraviolet”,简称“UV”,“紫外辐射”“紫外光”是它的另外两种统称。紫外线的波长范围在40~390 nm,如果依据电磁波谱进行区分和论述,那么,其主要处于紫光和伦琴射线之间。
UV按波长大小可分为UVA、UVB和UVC等。UVA波长在320~390 nm,它有很强的穿透力,可以穿透大部分透明的玻璃和塑料。波长在300~420 nm的UVA紫外线可以透过完全屏蔽可见光的特殊着色玻璃灯管,其辐射出的是近紫外光,波长主要在365 nm左右,该波长范围内的UVA紫外线常应用于验钞、矿石鉴定、舞台装饰等。280~320 nm波长的紫外线为UVB紫外线,具有中等穿透力,其波长较短的部分会被透明玻璃吸收。280 nm以下波长的紫外线被统称为“UVC紫外线”或者“短波灭菌紫外线”,其穿透能力不强,多数透明玻璃和塑料都无法穿透。人体皮肤若受到 UVC短波紫外线照射,短时间内就可能被灼伤,如果长时间或者高强度接受UVC短波紫外线的照射,皮肤还会出现病变,甚至诱发皮肤癌。生活中应用的紫外线杀菌灯,其照射出的光线就是UVC短波紫外线。
(二)紫外线的荧光效应
对于某些物质,一旦射入高能量、短波长光射线,物质中的电子就会吸收射入光线的能量,从基础状态迅速跃升到高能级状态,然而,物质中电子所处的高能级状态稳定性差,其又会从高能级状态迅速降至低能级状态,随着电子能量的有效释放,物质能够发生荧光反应,人们将这种反应称为“荧光效应”。荧光物质在接受紫外线的照射后会出现3种状态,紫外线的一部分会发生反射反应,一部分会被荧光物质吸收,其余部分紫外线会被投射出去。在这3种紫外线中,为荧光反应提供发光作用的只有被荧光物质吸收的部分。荧光物质的内部分子在吸收了紫外线的能量后,能量状态就会发生变化,能够实现不同能级的升降跃迁,荧光就此产生并释放出来,该现象就是紫外线的荧光效应。对于某些物质,当紫外线射入时,它们会对射入的紫外线进行选择性吸收,吸收后就会有不同波长和不同强度的可见光被发射出来;当紫外线不再射入时,荧光反应就会随之消失。
紫外线与可见光一样,都是一种光波(电磁波),具备了被物质吸收、散射、透过、反射、折射等特征,但是,与可见光相比,两者在对不同物质的吸收、发射、透过程度上存在很大差异。将相似物质在可见光下进行比较,肉眼看不出差异,但是,在紫外线的照射下,可以看出有显著的区别。有些物质可以大量反射紫外线,有些物质则出现荧光反应,视觉反差被随之放大,可以及时发现可见光下难以发现的痕迹,使物质呈现出与平常不同的现象。
利用这种特性,紫外线检测手段被广泛应用于医疗、农业、卫生、刑侦和文博等行业。比如,人们利用紫外线的荧光效应辨别真钞和伪钞,进行钻石鉴定,将紫外反射照相和紫外荧光照相用于刑侦工作,拍摄足迹、灰尘等痕迹,显现被涂改、遮盖或消退的字迹等。
二、紫外线在文博行业中的应用
(一)紫外线在玉石珠宝中的应用
部分钻石在紫外线下会发出较白、较黄或较蓝的荧光,是否有荧光效应一般在钻石的鉴定书上都有注明。这只用于鉴别钻石的一种特性,并不是衡量钻石质素的指标。在长波紫外线光线的照射下,我国依照发光的强弱对钻石进行了4个级别的划分,即:强、中、弱、无。国外对钻石的划分主要为6个级别,即:negligible,none,inert,faint,blue,strong blue。
翡翠有“A货”“B货”“C货”三种等级。“A货”是指没有经过任何人工加工处理、填充、着色的天然翡翠玉件;“B货”是指人为进行填充处理的天然翡翠玉件,其颜色是天然的,但是充填胶后,翡翠的光泽度、颜色鲜艳度以及透明度都会随着时间的流逝而发生改变;“C货”是指人为进行加色处理的天然翡翠玉件。如果一个玉件同时存在加色和填充,就被称为“B+C货”。翡翠的等级可以通过翡翠的紫外线荧光效应进行有效的鉴别。“A货”天然翡翠通常是不存在荧光反应的,个别有浅黄色荧光,而“B、C、B+C货”翡翠都是经过人工处理的,是经强酸侵蚀、充蜡或者有机胶填充处理后形成的,因此,使用紫外荧光灯对“B、C、B+C货”翡翠进行照射时,其会发生显著的紫外荧光反应,整个翡翠都会呈现出均匀的紫外荧光,这些被称为“加工翡翠”。天然翡翠在紫外荧光灯照射下,是不会出现紫外荧光反应的。
封蜡处理是天然翡翠被雕刻成毛坯后,在抛光前进行的一般步骤。封蜡可以有效填补翡翠抛光过程中表面出现的细微裂纹和凹坑,使翡翠成品更加圆润,其亮度和光泽度也得到极大提升,同时,还能有效避免油渍的侵入。其实,封蜡最主要的目的是掩盖翡翠成品的裂纹。在紫外荧光灯的照射下,翡翠表面会出现显著的紫外荧光。
在封蜡过程中,一些结晶粗糙、质地疏松的翡翠会被大量的蜡物质侵入,使翡翠结构得到了加固。这个过程虽然保留了翡翠的原始结构,但翡翠的性质却发生了大大小小的改变,使翡翠在紫外荧光灯的照射下呈现出整体的紫外荧光反应。
应用于翡翠检验的紫外荧光灯,一般使用紫外线波长365 nm和254 nm的紫外灯管,这是玉石鉴别检验行业中必备的工具之一。紫外荧光效应也适用于鉴定琥珀、密蜡和其他宝石。
(二)紫外线在文物修复、鉴定中的应用
很多用于文物修复的有机高分子材料如胶粘树脂等,会在长波紫外线下出现较强的荧光效应。因此,长波紫外线可用来甄别陶瓷、青铜和石质等文物的修复程度。此外,在短波紫外线的辐射下,一些矿物标本会呈现出荧光反应,然而它们在长波紫外线的辐射下就不会发生荧光反应。比如用高分子黏合剂修补过的瓷器冲口,肉眼一般很难发现修复痕迹,但修复的黏合部位在长波紫外线的照射下,会发生显著的荧光反应,且随着时间的流逝,黏合剂的荧光反应也愈加显著,和不发生荧光反应的部位有着显著的差异。在长波紫外线的照射下,不同材质的高分子黏合剂表现出的荧光颜色也存在差异,如:环氧黏合剂通常出现明亮黄色的荧光反应,亮橙色通常是虫漆呈现的荧光颜色,银色荧光一般是聚乙烯黏合剂呈现的荧光颜色,奶白色通常是醋酸纖维素黏合剂散发的荧光颜色,黄绿色是硝酸纤维素的黏合剂呈现的荧光颜色。例外的是,在紫外光下,树脂材料,如用于文物保护修复的丙烯酸树脂B72,就不会出现荧光反应。此外,文物修复中常用的石膏和蜡,与陶瓷、石质材料呈现出的荧光不同。位于美国加州的菲比赫斯特人类学博物馆(Phoebe A. Hearst Museum of Anthropology)在2011年也曾采用长波段紫外线照相对修复做旧的Sen-Nedjem墓门过梁石等进行了实验研究。
某些霉菌在可见光下是看不见的,但是在长波紫外线下可见。因此,长波紫外线可以用于检测皮质、书画等文物的霉菌腐蚀情况。
紫外线同样可以用于鉴定古字画。现代工艺制作的纸张多添加荧光增白剂,在紫外线照射下会发出蓝色荧光,因而可以与古代宣纸等作明显的区分。
在文物探伤方面,除了X射线、超声波和红外热成像探伤,紫外线荧光探伤也可以作为一种技术手段加以应用。将被检测物体浸泡在荧光物质溶液中,取出并清理其表面荧光物质后,用不透明玻璃壳的紫外线高压汞灯对探测物体进行照射,对侵入物体裂缝中的荧光物质进行照射,其裂缝会出现荧光反应。
总的来说,紫外线检测在文博行业的某些领域是一种简单方便的检测手段。但由于紫外线有生物损害,操作时要注意防护,同时,不能单纯地依靠某一种检测手段,应将多种检测方法、技术并用,才能保证检测结果更加准确。
作者简介
黄瀚东,1967年6月生,男,汉族,山东济南人,山东博物馆文保部馆员,本科,研究方向为瓷器、金属无机文物保护修复。
白广珍,男,汉族,山东省文物保护中心馆员,本科,研究方向为瓷器、金属无机文物保护修复。
董砚,女,汉族,山东博物馆助理馆员,本科,研究方向为文物保护修复。
(一)紫外线的概念
紫外线,是一种光波(电磁波),其英文全称为“Ultraviolet”,简称“UV”,“紫外辐射”“紫外光”是它的另外两种统称。紫外线的波长范围在40~390 nm,如果依据电磁波谱进行区分和论述,那么,其主要处于紫光和伦琴射线之间。
UV按波长大小可分为UVA、UVB和UVC等。UVA波长在320~390 nm,它有很强的穿透力,可以穿透大部分透明的玻璃和塑料。波长在300~420 nm的UVA紫外线可以透过完全屏蔽可见光的特殊着色玻璃灯管,其辐射出的是近紫外光,波长主要在365 nm左右,该波长范围内的UVA紫外线常应用于验钞、矿石鉴定、舞台装饰等。280~320 nm波长的紫外线为UVB紫外线,具有中等穿透力,其波长较短的部分会被透明玻璃吸收。280 nm以下波长的紫外线被统称为“UVC紫外线”或者“短波灭菌紫外线”,其穿透能力不强,多数透明玻璃和塑料都无法穿透。人体皮肤若受到 UVC短波紫外线照射,短时间内就可能被灼伤,如果长时间或者高强度接受UVC短波紫外线的照射,皮肤还会出现病变,甚至诱发皮肤癌。生活中应用的紫外线杀菌灯,其照射出的光线就是UVC短波紫外线。
(二)紫外线的荧光效应
对于某些物质,一旦射入高能量、短波长光射线,物质中的电子就会吸收射入光线的能量,从基础状态迅速跃升到高能级状态,然而,物质中电子所处的高能级状态稳定性差,其又会从高能级状态迅速降至低能级状态,随着电子能量的有效释放,物质能够发生荧光反应,人们将这种反应称为“荧光效应”。荧光物质在接受紫外线的照射后会出现3种状态,紫外线的一部分会发生反射反应,一部分会被荧光物质吸收,其余部分紫外线会被投射出去。在这3种紫外线中,为荧光反应提供发光作用的只有被荧光物质吸收的部分。荧光物质的内部分子在吸收了紫外线的能量后,能量状态就会发生变化,能够实现不同能级的升降跃迁,荧光就此产生并释放出来,该现象就是紫外线的荧光效应。对于某些物质,当紫外线射入时,它们会对射入的紫外线进行选择性吸收,吸收后就会有不同波长和不同强度的可见光被发射出来;当紫外线不再射入时,荧光反应就会随之消失。
紫外线与可见光一样,都是一种光波(电磁波),具备了被物质吸收、散射、透过、反射、折射等特征,但是,与可见光相比,两者在对不同物质的吸收、发射、透过程度上存在很大差异。将相似物质在可见光下进行比较,肉眼看不出差异,但是,在紫外线的照射下,可以看出有显著的区别。有些物质可以大量反射紫外线,有些物质则出现荧光反应,视觉反差被随之放大,可以及时发现可见光下难以发现的痕迹,使物质呈现出与平常不同的现象。
利用这种特性,紫外线检测手段被广泛应用于医疗、农业、卫生、刑侦和文博等行业。比如,人们利用紫外线的荧光效应辨别真钞和伪钞,进行钻石鉴定,将紫外反射照相和紫外荧光照相用于刑侦工作,拍摄足迹、灰尘等痕迹,显现被涂改、遮盖或消退的字迹等。
二、紫外线在文博行业中的应用
(一)紫外线在玉石珠宝中的应用
部分钻石在紫外线下会发出较白、较黄或较蓝的荧光,是否有荧光效应一般在钻石的鉴定书上都有注明。这只用于鉴别钻石的一种特性,并不是衡量钻石质素的指标。在长波紫外线光线的照射下,我国依照发光的强弱对钻石进行了4个级别的划分,即:强、中、弱、无。国外对钻石的划分主要为6个级别,即:negligible,none,inert,faint,blue,strong blue。
翡翠有“A货”“B货”“C货”三种等级。“A货”是指没有经过任何人工加工处理、填充、着色的天然翡翠玉件;“B货”是指人为进行填充处理的天然翡翠玉件,其颜色是天然的,但是充填胶后,翡翠的光泽度、颜色鲜艳度以及透明度都会随着时间的流逝而发生改变;“C货”是指人为进行加色处理的天然翡翠玉件。如果一个玉件同时存在加色和填充,就被称为“B+C货”。翡翠的等级可以通过翡翠的紫外线荧光效应进行有效的鉴别。“A货”天然翡翠通常是不存在荧光反应的,个别有浅黄色荧光,而“B、C、B+C货”翡翠都是经过人工处理的,是经强酸侵蚀、充蜡或者有机胶填充处理后形成的,因此,使用紫外荧光灯对“B、C、B+C货”翡翠进行照射时,其会发生显著的紫外荧光反应,整个翡翠都会呈现出均匀的紫外荧光,这些被称为“加工翡翠”。天然翡翠在紫外荧光灯照射下,是不会出现紫外荧光反应的。
封蜡处理是天然翡翠被雕刻成毛坯后,在抛光前进行的一般步骤。封蜡可以有效填补翡翠抛光过程中表面出现的细微裂纹和凹坑,使翡翠成品更加圆润,其亮度和光泽度也得到极大提升,同时,还能有效避免油渍的侵入。其实,封蜡最主要的目的是掩盖翡翠成品的裂纹。在紫外荧光灯的照射下,翡翠表面会出现显著的紫外荧光。
在封蜡过程中,一些结晶粗糙、质地疏松的翡翠会被大量的蜡物质侵入,使翡翠结构得到了加固。这个过程虽然保留了翡翠的原始结构,但翡翠的性质却发生了大大小小的改变,使翡翠在紫外荧光灯的照射下呈现出整体的紫外荧光反应。
应用于翡翠检验的紫外荧光灯,一般使用紫外线波长365 nm和254 nm的紫外灯管,这是玉石鉴别检验行业中必备的工具之一。紫外荧光效应也适用于鉴定琥珀、密蜡和其他宝石。
(二)紫外线在文物修复、鉴定中的应用
很多用于文物修复的有机高分子材料如胶粘树脂等,会在长波紫外线下出现较强的荧光效应。因此,长波紫外线可用来甄别陶瓷、青铜和石质等文物的修复程度。此外,在短波紫外线的辐射下,一些矿物标本会呈现出荧光反应,然而它们在长波紫外线的辐射下就不会发生荧光反应。比如用高分子黏合剂修补过的瓷器冲口,肉眼一般很难发现修复痕迹,但修复的黏合部位在长波紫外线的照射下,会发生显著的荧光反应,且随着时间的流逝,黏合剂的荧光反应也愈加显著,和不发生荧光反应的部位有着显著的差异。在长波紫外线的照射下,不同材质的高分子黏合剂表现出的荧光颜色也存在差异,如:环氧黏合剂通常出现明亮黄色的荧光反应,亮橙色通常是虫漆呈现的荧光颜色,银色荧光一般是聚乙烯黏合剂呈现的荧光颜色,奶白色通常是醋酸纖维素黏合剂散发的荧光颜色,黄绿色是硝酸纤维素的黏合剂呈现的荧光颜色。例外的是,在紫外光下,树脂材料,如用于文物保护修复的丙烯酸树脂B72,就不会出现荧光反应。此外,文物修复中常用的石膏和蜡,与陶瓷、石质材料呈现出的荧光不同。位于美国加州的菲比赫斯特人类学博物馆(Phoebe A. Hearst Museum of Anthropology)在2011年也曾采用长波段紫外线照相对修复做旧的Sen-Nedjem墓门过梁石等进行了实验研究。
某些霉菌在可见光下是看不见的,但是在长波紫外线下可见。因此,长波紫外线可以用于检测皮质、书画等文物的霉菌腐蚀情况。
紫外线同样可以用于鉴定古字画。现代工艺制作的纸张多添加荧光增白剂,在紫外线照射下会发出蓝色荧光,因而可以与古代宣纸等作明显的区分。
在文物探伤方面,除了X射线、超声波和红外热成像探伤,紫外线荧光探伤也可以作为一种技术手段加以应用。将被检测物体浸泡在荧光物质溶液中,取出并清理其表面荧光物质后,用不透明玻璃壳的紫外线高压汞灯对探测物体进行照射,对侵入物体裂缝中的荧光物质进行照射,其裂缝会出现荧光反应。
总的来说,紫外线检测在文博行业的某些领域是一种简单方便的检测手段。但由于紫外线有生物损害,操作时要注意防护,同时,不能单纯地依靠某一种检测手段,应将多种检测方法、技术并用,才能保证检测结果更加准确。
作者简介
黄瀚东,1967年6月生,男,汉族,山东济南人,山东博物馆文保部馆员,本科,研究方向为瓷器、金属无机文物保护修复。
白广珍,男,汉族,山东省文物保护中心馆员,本科,研究方向为瓷器、金属无机文物保护修复。
董砚,女,汉族,山东博物馆助理馆员,本科,研究方向为文物保护修复。