X射線光譜分析 顏料成分現形

中國時報 B4/科學周報 2008/09/14

【陳至中/專題報導】
  要分析一名畫家的風格,瞭解其使用的顏料相當重要。傳統方式是在顏料層取樣,再使用顯微鏡觀察,但如此會破壞畫作。科學家有其他方法,利用「粒子誘發X射線放射螢光光譜」(PIXE),可偵測出顏料包含的元素;拉曼光譜則能分析分子結構,兩相配合下,便可以較精確的判定顏料種類。。
  國家同步輻射中心研究員材料科學博士陳東和表示,PIXE使用帶電粒子(質子)激發受測品,使其中元素產生特性X光,每一個元素(如鎂、鈣)都有不同的特性X光,經由判斷,就能得知所對應的元素。
  例如,台灣鄉土畫家席德進的畫作《正坐少年》中,經過與中央研究院物理研究所加速器實驗室合作,利用PIXE技術對畫中人物衣服之紅色顏料進行分析,發現其中包含汞與硫兩種元素,便可推測其使用了顏料「朱砂」(HgS)。當然,油畫家通常不會只使用一種顏料,而是混和多種,以該畫作為例,就包含朱砂、鎘紅、土紅、鋅鋇白等材料。
  得知畫家使用的顏料,有助於藝術史研究,例如席德進的畫作《正坐少年》,畫畫時他尚未到法國,使用許多本土顏料,而同樣是紅色,另一幅旅居法國後的作品《法國青年》,主要使用的就不是「朱砂」,而是「鎘紅」。主要使用的是「鎘紅」,而不包含「朱砂」。研究者可藉此建立資料庫,作為鑑定之參考。
  不過,陳東和表示,PIXE只能測得其中包含的元素,不能得知其分子結構。例如,同樣是鐵和氧組合,可能是氧化鐵(FeO),也可能是三氧化二鐵(Fe2O3),這時就輪到拉曼光譜(Raman Spectrosco py)登場。
  拉曼光譜也屬非破壞性分析,可提供材料分子的結構訊息,直接以雷射光源照射在樣品上,不同的材料有時必須使用不同的光源。但拉曼光譜也有缺陷,雖然分析的對像為無機顏料,但油畫使用的凡尼斯、畫用油,經常在光譜上造成螢光背景,遮蓋顏料訊息。雷射光能量太強,也可能損壞有機質,必須小心操作。