顯微技術在紙張纖維鑒別中的應用

2022-10-10 09:43:52涂京紅

文物鑒定與鑒賞 2022年16期

涂京紅

（上海視覺藝術學院，上海 201620）

在對紙張進行分析鑒定過程中，顯微技術的運用有助于識別人肉眼無法觀察到的信息。通常，在實際的顯微觀測中，常用到的顯微鏡包括光學顯微鏡和電子顯微鏡。光學顯微鏡最大放大倍數約為2000，如纖維測量儀（放大倍數幾十倍到幾百倍）以及結合數字式的超景深顯微鏡（幾倍到2000倍左右）；電子顯微鏡放大倍數可從幾十倍到幾十萬倍，如掃描電子顯微鏡。利用顯微鏡對紙張的分析包括很多，如紙張纖維，紙張上的字跡、鈐印、顏料等。針對顯微鏡在紙張纖維鑒別中的應用，筆者將其分為直接應用和間接應用。直接應用即通過顯微鏡直接觀察和提取到的信息；間接應用為從直接觀測到的信息結合其他理論依據推論出的信息。

1 直接應用

1.1 纖維種類的鑒別

顯微技術對于纖維的觀測包括纖維顏色、纖維形態特征、纖維的長度及寬度、不同種纖維間的配比等。若借助普通光學顯微鏡，尤其是透射光下，通常需要采取少量紙樣，制成玻璃試片，再結合圖像處理系統方可進行觀察。通常試樣的制作方法如下：用鑷子從待測古紙邊緣或不影響紙上信息的破碎處取少量紙樣，用蒸餾水潤濕后，放置在潔凈的載玻片上，滴2～3滴染色劑，并用解剖針分散纖維，蓋上載玻片，用吸水紙吸去多余的染液即制備完成。對于部分強度韌性較好、較易分散的紙張，一些學者在制樣時直接將紙樣取下放置在載玻片上，滴1～2滴蒸餾水后再滴染色劑。而有些脆化嚴重的紙樣，如使用膠礬水修復過的民國時期書畫，提取紙樣時很容易脆裂，且直接置于載玻片分散纖維時，容易碎裂成渣，無法充分分散纖維，在顯微鏡下觀察會是一團，致使觀察困難，因此在置于載玻片之前先使用熱水浸泡有助于去除紙表膠黏劑等成分促使纖維分散。若借助偏光顯微鏡，利用偏正光角度制造纖維的色反差，則無需使用染色劑，還可營造出較好的纖維立體感。

在纖維的觀測中纖維顏色是區分不同造紙原料的重要方式之一。國家標準《紙、紙板和紙漿纖維組成的分析（GB/T 4688—2020）》中明確了染色劑的種類和制作方法，包括Hersberg染色劑、Graff“C”染色劑和Lofton-Merritt染色劑。由于Hersberg染色劑（碘氯化鋅溶液）顯色反應差異性明顯，因此常用于紙張纖維的染色。其制作方法如下：①將氯化鋅加入約100ml溫水中直至剩余溶質不再溶解，待冷卻至室溫，并有氯化鋅晶體析出，保存至棕色試劑瓶備用，完成飽和氯化鋅溶液的制備；②混合2.1g的碘化鉀和0.1g碘，用移液管逐滴加入5ml水，制作碘溶液；③將15ml氯化鋅溶液與②中碘溶液混合，靜置6h以上，待沉淀物下沉后倒出上層清液至棕色滴瓶中，并加入一小片碘暗處保存，即制備好Hersberg染色劑。需要注意的是，Hersberg染色劑需每兩個月重新制備一次。不同造紙原料對Hersberg染色劑顯色反應的不同，主要是因為纖維中的木質素與鹽類和堿類染料具有親和力，以及半纖維素對碘具有親和力，木質素、半纖維素以及纖維素含量的不同導致了顯色的差異。王菊華先生簡要列舉了各類造紙原料對Hersberg染色劑的顯色反應：針葉木化學漿經著色呈藍紫色，闊葉木化學漿呈深藍紫色，生料竹漿呈黃色，熟料竹漿呈藍紫色，草漿為藍紫色，麻漿及棉漿呈酒紅色，樹皮纖維呈暗酒紅色（圖1），葉脈漿為藍灰色，機械木漿呈黃色，半化學機械木漿為棕黃色，人造絲（粘膠纖維）呈紫紅色，合成纖維通常不顯色，動物纖維為淡黃色。根據顯色反應的特異性，為鑒別纖維種類提供較好的判別依據。

圖1 山東曲阜桑皮紙纖維（×100）

纖維形態特征是顯微觀測的主要內容，它包括纖維整體形態、中段形態、端部形態、橫節紋、有無膠衣、是否含雜細胞、雜細胞的形態等。例如，麻纖維的細胞壁上有縱向條紋和橫節紋，節之間的間距較大；桑皮或構皮纖維壁上膠衣明顯，漿中有草酸鈣晶體（圖2）；三椏皮（結香皮）纖維橫節紋密集，中段加寬明顯，端部呈魚頭狀（圖3）；竹纖維形態較直挺，含有較多的薄壁細胞及較大的網紋導管（圖4）。此外，纖維的長度及寬度也是輔助辨別纖維的手段，通常情況下，麻料纖維的長度最大，其次是皮料纖維，竹料纖維再次之。因此，綜合纖維的染色反應、纖維形態特征、纖維的長度及寬度，共同辨別纖維的種類。在很多情況下，造紙所用的原料并不是單一的，如宣紙則是青檀皮和沙田稻草的混料紙，根據不同的配比比例對應相應的宣紙種類，即特凈皮（80%青檀皮、20%沙田稻草）、凈皮（60%青檀皮、40%沙田稻草）和棉料（60%青檀皮、40%沙田稻草與50%青檀皮、50%沙田稻草之間）。添加不同種類的原料，對改善紙張的性能有重大意義。因此，通過觀察纖維配比有助于分析紙張原料的抄造比例和紙張性能。北京大學圖書館張艷霞等人對館藏刻本《天經或問》書衣中間層的發箋紙進行了研究，通過光學顯微鏡及智能纖維測量儀對紙張本體纖維進行了形態、長度和寬度的觀測，借助光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡進行黑絲形貌的觀察，最后運用顯微紅外光譜對黑絲進行成分分析，研究表明該發箋紙的紙張纖維為楮皮，其上的黑絲為人類頭發。

圖2 云南鶴慶古法手抄構皮紙纖維（×200）

圖3 三椏皮（結香皮）纖維（×200）

圖4 竹紙（小山竹）纖維（×200）

1.2 紙張抄造工藝的鑒別

紙張的制作過程通常經過砍條、浸料、腌料、蒸料、漂白、打漿、抄紙、壓榨、烘紙等步驟。在此過程中，由于腌料可能使用石灰水而引入氫氧化鈣；由于抄紙使用紙簾會在紙張成紙后留下簾紋，而不同的造紙廠及不同的年代，簾紋的間隔大小是不同的，比如10世紀末到11世紀初敦煌出土的紙樣豎簾紋間距相同，橫簾紋每厘米3～6道，黑水城西夏紙樣的橫簾紋通常是每厘米7～8道。除此之外，紙張后期可能還會進一步加工，包括染色、施膠、涂布、加蠟、灑金銀等。例如，生宣變熟宣的過程即是在表面上膠礬；粉箋的制作則需在紙張表面涂覆混有膠黏劑或淀粉糊的白色礦物顆粒，這些白色礦物顆粒（涂布料）可能是燒石膏、高嶺土、滑石粉或白堊等細粉。郭文林等人將調和漿糊的土粉子涂刷后，在以川蠟或硬脂酸涂刷的方式成功復原了清宮蠟箋紙。李曉岑對甘肅漢代懸泉置遺址不同土層出土的古紙進行過檢測，其中東漢層出土的紙張經顯微透射光鑒別為苧麻，經反射光顯微觀察到紙張正反兩面均有填料，經偏光顯微鏡發現纖維間有大量淀粉顆粒；西漢晚期層出土的紙張為大麻，雙面加有填料，淀粉施膠。通過對漢紙的顯微觀察，證明了在紙張發明的初期，采用淀粉進行漿內施膠，尚未出現使用動物膠進行表面施膠。因此，通過對造紙過程中引入的成分及工藝痕跡進行顯微觀察，可以推測古紙的制作工序。

1.3 紙張保存狀況的鑒別

對于保存狀況較差的紙張，部分可以直接通過肉眼觀察看到紙表結構疏松、斷裂明顯、破碎嚴重，部分紙張無法直接通過肉眼判斷的，可借助顯微鏡觀察。觀察內容包括兩個部分：一是纖維形態，保存較好的纖維整根形態完整，如麻纖維完整的圓柱形形態，可看到纖維末端呈現完整的尖頭狀；而保存較差的纖維可看到結構性的破碎，在整根纖維上可看到斷裂或部分將斷未斷的形態。二是看纖維斷裂口，一般來說，若植物原料在造紙過程中是被切斷的，在顯微鏡下，纖維斷裂的部分呈現分絲現象（圖5），而因為自然老化保存較差的紙張，纖維斷裂的部分則是齊頭斷裂（圖6），與切斷的纖維斷裂處的形態是不同的。通過纖維整體形態和斷裂口的特征，可以輔助判斷紙張的強度及保存狀況。

圖5 云南鶴慶古法手抄構皮紙纖維（×200）

圖6 老化宣紙纖維（×200）

2 間接應用

2.1 紙張年代與古紙名稱的分析與鑒別

隨著時代變遷和科學技術的發展，紙張具有特定的發展規律。如在清代才開始使用的木材纖維，在唐宋才使用的竹纖維，在西漢是絕不可能使用的。有學者根據紙張的發展規律研究了纖維種類與紙齡的相關性。劉暢梳理了我國造紙原料發展表，羅列了我國從漢代，歷經魏晉南北朝、隋唐五代、宋元明清直至近現代的原料種類，并整理出部分纖維原料（竹子、麥草、稻草、針葉木、闊葉木、龍須草、蔗渣）用于紙張生產的確切年代。李濤從已公開發表的研究中收集了公元前202年到1911年期間的493例紙樣，梳理了兩漢到明清時期紙張纖維原料的歷時性變化過程。這些研究無疑是為紙張年代的分析提供了強有力的依據。實際上，紙張年代的界定任重而道遠，需要大量的實物與文獻記載相互佐證。有些古紙即便是有明確紀年的考古出土，但由于土層的擾亂，也為古紙真實年代的鑒別造成一定的難度，有時也需要借助其他手段協同分析。例如，紙張上的字跡可從書法角度、字體的演變規律鑒別。甘肅漢代懸泉置出土的一張原本界定為西漢時期的古紙，因其上有字跡，經書法家辨認其字體應為東漢末至魏晉南北朝時期，故重新修改了該古紙的年代。

國家圖書館易曉輝等人對四種清宮內府刻書所用的“開化紙”和一種“開化榜紙”進行了纖維的顯微觀察，研究表明，這五種紙均為純青檀皮，應出自安徽涇縣，并非出自浙江開化。由此可見，通過對紙張纖維的顯微觀察，可對古紙名稱的來源有確切的認知，揭開其背后的歷史信息。

2.2 書畫真偽及古籍版本信息的鑒別

通過纖維種類的鑒別，從而判斷紙張的年代、古紙名稱的來源等信息。而紙張作為書畫、古籍等紙本文物的載體，可輔助辨別書畫作品的年代信息、作者信息，推測古籍的版本信息等。故宮博物院收藏的《王羲之行草書雨后帖頁（宋摹本）》，之所以定為宋摹本，除鈐印、書法、書寫工具行筆效果的依據之外，還依據該畫作的紙本信息，經纖維觀察檢測為竹纖維，在晉代竹紙還未出現，綜合多方依據斷定為宋摹本。侯妍妍對山東省圖書館館藏兩冊刻本《莫愁湖志》進行了纖維顯微分析，發現兩冊所用紙本原料并不相同，并結合開本尺寸認為這兩冊書并非同一時期印刷。通常來說，要確定書畫真偽或古籍版本信息，單憑紙本纖維分析是不夠的，有時也可能出現誤判，需結合其他方法或從其他角度共同分析。

2.3 為紙質文物修復用紙的選擇提供依據

在古籍修復中，盡可能要求配紙與原紙質地、厚薄、紋理、顏色等相統一，因此通過纖維觀察斷定纖維種類，可為配紙的選擇提供依據。山東省圖書館在修復館藏宋刻本《文選》時，對不同種類的配紙進行了顯微觀察，再結合酸堿度、強度等系列指標最終確定了最佳的配紙。劉鵬等人在修復五代北宋間手抄本《金光明經》殘卷時，通過對修復配紙進行緊度、抗張強度、撕裂度等機械性能測試外，還運用掃描電子顯微鏡觀察干熱老化前后的修復用紙及殘卷修復前后的纖維變化，以此說明修復配紙對古籍修復的影響，對選擇和評估修復配紙起到一定的輔助作用。

3 結論

顯微技術在紙張纖維鑒別中的應用根據是否為直接觀察得知分為直接應用和間接應用。直接應用包括獲取紙張纖維種類和抄造工藝的鑒別。間接應用為結合其他輔助手段、經驗或文獻資料進行推論而得知的信息，包括紙張年代信息、古紙名稱來源信息、書畫真偽信息、古籍版本、為紙本修復用紙提供選擇依據。所使用的顯微鏡依據觀察目的而有所不同，如利用光學顯微鏡進行透射光、反射光、偏光觀察。透射光適用于獲取紙張內部纖維種類、原料配比等信息；反射光適用于觀察紙本表面填料和施膠等信息；偏光下可用于觀察纖維間的礦物晶體顆粒和淀粉顆粒，也可利用其偏正光角度制造纖維的色反差觀察纖維形態。還可使用掃描電子顯微鏡進行更大倍數的觀察，更為細致地辨別纖維種類以及評估修復用紙修復效果。總的來說，顯微技術的應用無疑是幫助文物保護與修復人員更好地獲取紙質文物蘊藏的信息，但若要獲取更為全面精確的信息，可結合紅外光譜、拉曼光譜等儀器分析，以及從書法、繪畫、篆刻等其他角度綜合判斷更為有效。

注釋

①張中衛.多種顯微鏡介紹[J].現代物理知識，2009，21（3）：19-28.

②蔡夢玲.偏振光顯微鏡在木斯塘檔案紙張纖維檢測中的運用[J].文物保護與考古科學，2021，33（2）：52-60.

③劉暢.中國傳統手工紙圖像分析研究[D].北京：北京科技大學，2015.

④曹天生.中國宣紙[M].武漢：華中科技大學出版社，2016：100-101.

⑤張艷霞，呂淑賢.發箋紙的現代儀器分析—以《天經或問》為例[J].中國造紙，2020，39（4）：52-55.

⑥捷連提耶夫－卡坦斯基.西夏書籍業[M].王克孝，景永時，譯.銀川：寧夏人民出版社，2000.

⑦潘吉星.中國古代加工紙十種—中國古代造紙技術史專題研究之五[J].文物，1979（2）：38-48，104.

⑧郭文林，張小巍，張旭光.清宮蠟箋紙的研究與復制[J].故宮博物院院刊，2004（6）：145-152，160.

⑨?李曉岑.甘肅漢代懸泉置遺址出土古紙的考察和分析[J].廣西民族大學學報：自然科學版，2010，16（4）：7-16.

⑩王菊華.中國造紙原料顯微特征及顯微圖譜[M].北京：中國輕工業出版社，1999.

?劉暢，李曉岑，王珊，等.纖維種類與紙齡相關性研究[J].中國造紙，2013，32（8）：63-68.