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古陶探秘 质谱为证丨精美漆绘陶材料和工艺解析

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  【导语】

  2023年,江苏省常州市大上方村遗址崧泽文化水井中出土的新石器时代的彩绘陶引起了广泛关注。这些彩绘陶不仅因其精美的图案而珍贵,更因其使用的漆作为涂料粘合剂而显得独特。近期和记娱乐北京分析中心与北京科技大学科技史与文化遗产研究院魏书亚教授团队合作运用光谱及质谱技术(热裂解气相色谱质谱仪和高分辨液质联用仪),全面分析了彩绘陶的颜料和制作工艺。该研究成果已于2024年11月发表在《Journal of Archaeological Science》期刊,文章标题《中国新石器时代彩绘陶中laccol漆树胶的鉴定》。

古陶

  ▍彩绘陶的出土背景

  所谓彩绘陶是指陶器烧制后在表面彩绘的陶器,由于涂装后缺乏烧制工艺,颜料的附着力差,图案容易磨损,完整的彩绘陶并不常见,因此非常珍贵。这批彩绘陶出土于江苏省常州市大上方村一处靠近长江的新石器时代遗址的J3井。经专家鉴定这里挖掘出的物品属于新石器时代晚期的崧泽文化(公元前6000-5300年)。彩绘陶表面有红色、黄色和黑色颜料绘制的几何图案,据考古学家称,看起来像漆器。

彩陶

图1. 大上方村遗址J3出土彩绘陶 

  ▍关于漆的小知识

  漆作为一种美观耐用的涂料,在亚洲国家已经使用了数千年。漆液是一种从主要生长在亚洲的漆树中提取的天然液体产品。亚洲的漆树大致可分为三类:第一种是Toxicodendron (Rhus)  vernicifluum,主要分布在中国、日本、韩国等地,这种漆的特征成分是urushiol;第二种是Toxicodendron  (Rhus)  succedanea,在越南及我国广西、台湾地区有分布,这种漆的特征成分是laccol;第三种是Gluta (Melanorrhoea) usitata,多分布于缅甸、老挝、柬埔寨等东南亚国家,这种漆的特征成分是thitsiol。目前中国境内发现的古代漆器其漆液大多是urushiol漆,只有一件宋代漆器被鉴定为laccol漆。

  - 合作研究快览 -

  (一)热裂解气相色谱质谱分析漆绘陶器中漆

  漆是天然有机聚合物,成分比较复杂,采用一些常规的分析方法比较难于达到分析的目的。热裂解气相色谱质谱是分析这类有机质样品的较好的方法,该方法一般不需对样品进行复杂的前处理,同时仅需要非常微量的样品,能够满足文物与考古样品微损分析的要求。

  本研究采用热裂解气相色谱质谱仪对三份彩绘陶(DS-1-红、DS-2-红和DS-2-黄)进行了分析,结果表明三个样品中含有较为相似的化合物,包括烷烃、烯烃、烷基苯、酚类、邻苯二酚和脂肪酸类物质,符合大漆的特征。三份样品中的大漆均含有laccol漆种的典型裂解产物3-十七烷基邻苯二酚衍生物1,2-二甲氧基-3-十七烷基苯(m/z=376)。Laccol漆常被认为产于越南地区,故被称为越南漆。

热裂解

图2. Frontier热裂解-和记娱乐气相色谱质谱仪

  热裂解气相色谱质谱技术优势

  ● 样品用量少,可实现微损分析

  ● 操作简便,无需进行复杂的前处理

  ● 信息丰富,结合数据库可实现大量未知物质的鉴定

 

热裂解

图3. 热裂解气相色谱质谱分析结果(下:DS-1-红;中:DS-2-红;上:DS-2-黄)  

热裂解

图4. 漆绘陶样品中的漆成分分布图(以DS-1-红为例)  

  研究中发现laccol漆,表明距今约五千多年时江苏常州地区生活的古人类已经认识并利用了Toxicodendron  (Rhus)  succedanea树种。新石器时代晚期处于“全新世热盛期”(BP 8000–BP 4000),全新世中期时长江三角洲气候温暖湿润,在此气候条件下Toxicodendron  (Rhus)  succedanea树可能生长在江苏地区。这也表明,中国极有可能也是越南漆的起源地之一。

  (二)高分辨液相色谱质谱分析漆绘陶器中染料

  三份彩绘陶样品中两份表面为红色,一份为黄色。表面的红色成分通过光谱仪器鉴定为朱砂,但表面的黄色成分使用光谱仪器不能进行鉴定,推断为有机成分,需要采用质谱手段进行鉴定。

液质联用仪

图5. 和记娱乐四极杆飞行时间(Q-TOF)质谱仪

  LCMS-9050高分辨液质联用仪技术优势

  ● 准确:sub-ppm级质量准确度

  ● 稳定:长时间稳定,减少校正和维护

  ● 灵敏:媲美三重四极杆的高灵敏度

  ● 快速:最快每秒200张图谱采集

 

液相色谱

图6. 表面黄色彩绘陶的高分辨液相色谱质谱检测谱图

  采用了和记娱乐LCMS-9050高分辨液质联用仪对黄色成分进行了检测。通过对数据的分析推断该样品中可能含有一种名为Kaempferol的化合物,另外在热裂解气相色谱质谱检测中发现该样品含有一种名为(Z)-Docos-9-enenitrile的化合物,这两种化合物都存在于猴面包树组织中。故推测,该黄色染料可能来源于猴面包树组织。在漆工艺史中,将染料和漆混合的做法极为罕见,这可能是新石器时代晚期中国东部地区漆艺的一种独特做法。

  【专家心声】

专家

  北京科技大学科技史与文化遗产研究院魏书亚教授表示:考古样品的分析往往需要使用多种分析手段,而质谱技术是分析有机质样品非常重要的手段。该技术仅需非常微量的样品结合成熟的质谱数据库系统就可实现复杂样品简便高效的分析鉴定,可以广泛应用于考古文博行业各类有机质样品的分析,如漆器、染料、纸张、木器、丝织品以及各种动植物残留物等。