（一）X射线荧光光谱分析法（XRF）分析哈巴粉的化学组分

利用X射线荧光光谱分析法（XRF），可以确定古代文物或颜料的化学组分，为文物的保护与修复提供有价值的数据^[3]。

1.实验设备：德国Bruker公司生产的S4Explorer型X射线荧光光谱仪。

2.实验样品：1#哈巴粉、3#哈巴粉。

3.实验流程：

（1）制备样品：使用X射线荧光光谱仪时，须将样品置于真空室中进行分析，因此要求被测样品可被压制成块，不会扬起粉尘污染真空室。具体方法是：取样品约0.5克，加入约3.0克填料硼酸，使用粉碎机或玛瑙研钵粉碎样品，制成200目混合物，称取3.5克于塑料环中，置于压片机上，以25 t压力，静压20 s，即制成直径20 mm，厚5 mm的样片。

（2）测试样品：将仪器经过标准样品调试之后，将制备好的样品放入真空室中，采集数据。

（3）获取测试结果：采集的数据经过XRF机器内的电脑处理，即可获得如下测试结果（见图1、图2），数据表明：两种哈巴粉的主要组成成分均为Fe、Si和Ca。其中，原始数据中Y轴代表特征X射线强度（Intensity，单位一般Kcps），后经处理Y轴代表元素质量分数（Result，%）表示，而X轴代表组分的原子序数，直接绘制出颜料组分含量曲线。

图1　哈巴粉1#XRF测试结果（纵坐标：元素质量百分浓度；横坐标：原子序数）

图2　哈巴粉3#XRF测试结果（纵坐标：元素质量百分浓度；横坐标：原子序数）

本实验所用的设备，采样数量仅需0.5克即可。如果采用灵敏度较高的X射线荧光光谱仪（如日本生产的RIX3000型X荧光光谱分析仪等），可以分析出更多的微量元素。但是有时采样量要增加到8克。

（二）X射线衍射分析（XRD）确定哈巴粉的化学结构

X射线衍射分析（XRD）是一种晶体材料结构分析方法^[4]。X射线衍射分析所需样品量小，一般为0.5 g，在特殊情况下，0.1g同样可以进行测试。在分析时，要求样品能够站立，以便X光投射，对于那些无法站立的样品，一般可用凡士林作为粘结剂使其粘结并站立。分析测试所用仪器为日本Rigaku公司所生产的D/max-rB型XRD分析仪，实验结果见图3。(www.daowen.com)

图3　哈巴粉XRD 分析结果

由X射线衍射分析结果（见图3）可知，哈巴粉的主要组成成分为二氧化硅、碳酸钙（填料）和氧化铁；因此，可推理Fe2O3应为哈巴粉主要的显色成分（二氧化硅、碳酸钙为无色或白色，使其显示出暗红色）。除此之外，哈巴粉中还含有其他微量元素，推测为在生产过程中混入，并不对哈巴粉的化学性能和显色产生较大影响。由于Fe2O3为无机物，化学性质非常稳定，耐光性、耐化学攻击性能较好，不易与其他物质发生反应，不会对文物造成伤害。同时哈巴粉价格低廉，因此，适用于作为文物的修复材料。因为铁红在颜色上呈深红色，因此主要适用于木质文物、新石器时期红陶器和红色紫砂的修复上色。

（三）哈巴粉的光稳定性测试实验

XRD和XRF分析已经确定哈巴粉的颜色是其所含氧化铁成分决定的。Garry Thomson所著《博物馆环境》（The Museum Environment）一书中的“常见颜料耐光性一览表”，氧化铁颜料被划为“极其持久的颜料”^[5]。但是由于哈巴粉为混合物，因此其耐光性能需要进一步检验。

本实验即通过比较哈巴粉与纯氧化铁（氧化铁红）在长时期紫外线辐照下的色差变化，来确定哈巴粉是否同氧化铁一样具有较好的耐光性，较理想的色彩持久度。实验采用20瓦UVA紫外荧光灯（紫外辐照度：19 μw/cm2）模拟室外紫外线对颜料的破坏性作用。方法是利用紫外灯持续照射哈巴粉，并定时用色差计测量哈巴粉颜色的变化，以评估哈巴粉颜料对于紫外光的耐受性能。

实验使用申光牌WSC-S测色色差计（上海精密科学仪器有限公司生产），测色标准采用1976年国际照明委员会推荐的CIE 1976（L*a*b*）系统，该系统为国际通用的测色标准。CIE 1976（L*a*b*）系统中，L*值对应于色彩三要素的明度，色度a*值从红色（+a*）到绿色（-a*）渐变，b*值从黄色（+b*）到蓝色（-b*），+a*代表试样偏红，-a*代表试样偏绿，+b*代表试样偏黄，-b*代表试样偏蓝。L*、a*、b*可由以下公式^[6]求得：

其中：X0，Y0，Z0为CIE标准照明体的三刺激值，X，Y，Z为被测物体的三刺激值。

ΔE（L*a*b*）表示各数值与标准值差间的距离，体现了实验过程中颜色的综合变化趋势，其计算公式

从图4显示的纯氧化铁、哈巴粉Ⅰ、哈巴粉Ⅲ的ΔE数据可知，经过26天的长时间紫外辐照，从色差ΔE的变化范围来看，哈巴粉与纯氧化铁并没有大的差别，ΔE的曲线波动逐渐趋于一致，三个样品的ΔE值均保持在0～4的范围内，测试后期最终三个样品都稳定在1.5～2.5之间。因此可以判断，市售商品哈巴粉虽然只含有部分氧化铁，但就紫外辐照的持久度而言，与纯氧化铁（红色）并没有大的区别，因此也可以作为氧化铁的替代品使用。

图4　纯氧化铁、1#哈巴粉、3#哈巴粉的ΔE（L*a*b*）变化

多年以来，哈巴粉在文物修复中已有使用，但是这多是出于实际经验的判断，并没有正式的材料研究的支撑，此次通过XRD、XRF的分析和紫外灯的老化实验，可以明确哈巴粉作为文物修复用颜料安全性和持久性。