宣紙是中國傳統(tǒng)書畫的重要媒介,具有良好的潤墨性、穩(wěn)定性、耐久性和抗蟲性,為其他書畫紙所不及,享有“紙中之冠”的美譽(yù),是*能體現(xiàn)中國書畫藝術(shù)風(fēng)格的古典書畫用紙。隨著社會的發(fā)展以及人們生活水平的提高,人們對藝術(shù)文化的追求意愿也日益強(qiáng)烈,以至于人們對國畫等藝術(shù)品的仿真復(fù)制需求越來越多,因此作為古典書畫用紙的宣紙,自然成了文藝品復(fù)制的重要承印材料。根據(jù)紙面洇墨程度,可將宣紙分為生宣、半熟宣和熟宣,從而滿足不同類型藝術(shù)品復(fù)制印刷的需求。但是,哪怕是相同熟化程度的宣紙,因不同品牌在生產(chǎn)工藝等方面存在差異,往往也會導(dǎo)致潤墨性的不同,所以在仿真復(fù)制之前,需要對宣紙進(jìn)行鑒別檢測。

目前對宣紙潤墨性的有效檢驗(yàn),大多數(shù)是建立在滴墨分析的基礎(chǔ)上,這顯然屬于有損檢測,且步驟較繁瑣。也有學(xué)者使用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同種類宣紙的無損鑒別,但高昂的檢測設(shè)備成本限制了此法的推廣,且在辨別不同品牌方面,尚缺乏驗(yàn)證。

紅外光譜作為一種操作簡單、快速無損、測量準(zhǔn)確的光譜檢驗(yàn)法,被廣泛地應(yīng)用于刑偵物證、藥品鑒別等方面,且在紙張分析方面也取得了一定的成果,但目前的研究工作主要集中在對不同造紙原料的區(qū)分以及填料、膠料的鑒定等。

采用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)對5種品牌的生宣、半熟宣、熟宣樣品進(jìn)行檢測,獲取紙張紅外光譜信息,再結(jié)合主成分分析進(jìn)行鑒別分類,可為快速、無損區(qū)分不同品牌宣紙?zhí)峁┓椒ㄉ系膰L試,進(jìn)而可在藝術(shù)品復(fù)制選紙方面提供參考。

宣紙紅外圖譜表征

宣紙的原料主要是青檀皮和沙田稻草,其成分以纖維素、半纖維素、木質(zhì)素為主,紅外光譜能直接反映出這三大組成結(jié)構(gòu),樣品檢測結(jié)果見圖1~圖3。

譜圖中3400~800cm^-1的系列吸收峰是紙張中的纖維素和半纖維素的特征峰。897cm^-1峰是由半纖維中的異頭碳的變形伸縮振動產(chǎn)生的。1051cm^-1和1029cm^-1峰分別對應(yīng)的是纖維素醇羥基C-OH的中等強(qiáng)度和高強(qiáng)伸縮振動模式。1160cm^-1譜峰歸屬于纖維素非對稱環(huán)的呼吸振動。1315cm^-1和1335cm^-1吸收峰分別對應(yīng)的是結(jié)晶纖維素和非結(jié)晶纖

維素。2878cm^-1附近的吸收峰是纖維素甲基和亞甲基C-H的伸縮振動。3260cm^-1附近的紅外光譜峰歸屬到纖維素O-H的伸縮振動特征峰。

1426cm^-1處的吸收峰與CaCO₃中CO₃2-中C-O反對稱伸縮振動峰1422cm^-1很接近,再結(jié)合宣紙生產(chǎn)的“堿煮”工藝,可知樣品成分中含有CaCO₃。1106cm^-1和662m^-1兩個吸收峰與CaSO₄中SO₄^2-中O-S-O鍵的伸縮與彎曲振動峰一致或很接近,推測宣紙中存在CaSO₄。556cm^-1吸收峰與Al-OH金屬鍵吸收峰553cm^-1很接近,可能在宣紙中加入了明礬(KAl(SO₄)²·12H₂O),該峰為明礬中Al取代明膠微粒中羥基或羧基。

分析5種品牌宣紙圖譜可知,紅外圖譜整體趨勢相近,圖內(nèi)信息相似程度較高。圖譜中顯示的譜峰的位置、數(shù)量、形狀強(qiáng)度基本一致,僅在圖形傾斜角度、寬度和個別譜峰上略有差異,這主要是因?yàn)?種宣紙在主要成分上基本一致,因而無法簡單地通過紅外光譜譜形和峰位置對宣紙品牌進(jìn)行區(qū)分。

主成分分析

主成分分析是一種常用的化學(xué)計量法,它按照方差*大原則將多個原始變量(本工作為透過率)重新組合成少數(shù)幾個互不相關(guān)的主成分(綜合變量)的統(tǒng)計分析方法,即可以用盡量少的數(shù)據(jù)概括盡量多的信息。

不同的線性組合產(chǎn)生不同的主成分,排列在前的主成分包含更多的原始數(shù)據(jù)的信息。通常只選擇前若干個主成分(此研究選擇3個)就可代表原數(shù)據(jù)的主要信息,通過方差計算可以得到每個主成分表達(dá)的信息量。主成分分析在不丟失原始數(shù)據(jù)主要信息的情況下把原數(shù)據(jù)成百上千的變量降維到有限個變量,便于數(shù)據(jù)分析和處理。

經(jīng)計算,生宣前3個主成分(PC1、PC2、PC3)在紅外光譜中表達(dá)的信息量分別為67.276%、13.376%和10.160%,累計方差貢獻(xiàn)率為90.812%;半熟宣前3個主成分貢獻(xiàn)率為44.469%、38.216%和12.956%,累計貢獻(xiàn)率達(dá)95.640%;熟宣前3個主成分貢獻(xiàn)率為59.590%、24.389%和8.714%,累計貢獻(xiàn)率為92.693%。

由此可知,3種類型宣紙的前3主成分可表達(dá)原始變量中90%以上的信息,因此,PC1、PC2、PC3三者基本可以反映不同品牌廠商宣紙的化學(xué)組成。為便于直觀表示,根據(jù)主成分PC1、PC2和PC3的得分繪制主成分散點(diǎn)圖,結(jié)果見圖4~圖6。

由圖4~圖6可知,在生宣樣品中,六品堂和汪六吉與其他品牌可有效區(qū)分,相比之下,曹一閣、五星牌和周鴻昌三者相互交叉在一起;在半熟宣樣品中,六品堂與另外4個品牌距離較遠(yuǎn),周鴻昌雖與汪六吉距離較近,但也可進(jìn)行區(qū)分,曹一閣、汪六吉、五星牌重疊部分較多;熟宣樣品中,汪六吉與五星牌區(qū)分度較好,另外3個品牌則有一定程度的交叉。

總結(jié)

綜合以上分析可知,紅外光譜結(jié)合主成分分析在鑒別不同品牌宣紙方面,表現(xiàn)出了一定的可行性,主要表現(xiàn)在:一是不論是生宣、半熟宣還是熟宣,每個品牌的數(shù)據(jù)均相對較集中,有一定的分布范圍。二是不同品牌之間,雖然存在部分重疊,但未出現(xiàn)完全重合或被覆蓋的情況,即存在一定的區(qū)分度,且有些品牌,如六品堂的生宣和半熟宣、汪六吉的生宣和熟宣,區(qū)分度很好。因此,紅外光譜結(jié)合主成分分析法,能夠?yàn)榭焖佟o損鑒別宣紙品牌研究提供強(qiáng)有力的工具。