搭建了用于宣纸成分分析的激光诱导击穿光谱 (LIBS) 实验装置, 获得了宣纸及普通书画纸的 LIBS 谱线。结合 NIST 数据库分析了样品中的金属元素成分, 并完成光谱标定。光谱特征分析表明: 所有样品都含有 Ca 元素, 但普通书画纸 Ca 元素特征峰数量偏少且强度偏低, 极易区别; 其他宣纸样品, Ca 元素在不同波段的光谱强度存在显著差异。根据 5 种样品纸 Ca 元素的光谱强度分布规律将光谱分成 3 个区段进行分析, 提出了依据 Ca 元素的 3 个波段相对强度的三维区分图法, 通过测试品元素光谱强度的实际落点与三维图中实验落点的比照, 可快速、准确地实现宣纸的鉴别和分类。

宣纸是中国书画作品必不可少的载体, 具有优良的耐久性和防霉性能, 因此赢得了“纸中之王”的美誉。2009年, 宣纸被联合国教科文组织列入《人类非物质文化遗产代表作名录》。羟基磷灰石具有优良的生物相容性, 环境友好, 白度高, 是一种具有良好应用前景的生物材料。羟基磷灰石超长纳米线具有高柔韧性, 可用于构建具有不同功能的新型耐火纸。本研究发展了一种新型纳米复合“宣纸”, 由羟基磷灰石超长纳米线和植物纤维复合制成。所制备的纳米复合“宣纸”的白度随着羟基磷灰石超长纳米线含量增加而得到提高, 当羟基磷灰石超长纳米线重量比为25%时, 其白度为76.1%, 高于商品生宣纸(71.9%)或商品熟宣纸(70.3%)。采用三种霉菌(球毛壳霉菌、长枝木霉菌、黑曲霉菌)研究了新型纳米复合“宣纸”的抗霉菌性能。实验结果显示, 与传统宣纸相比, 所制备的纳米复合“宣纸”的防霉性能得到显著改善, 与空白样品和商品宣纸相比, 纳米复合“宣纸”对霉菌的生长具有更好的抑制能力, 在其表面三种霉菌的生长速率明显较低, 并且随着羟基磷灰石超长纳米线含量的增加而降低。在恒温恒湿箱内培养过程中, 商品宣纸表面生长出霉菌, 但是纳米复合“宣纸”表面上没有观察到明显的霉菌生长。预期所制备的纳米复合“宣纸”有助于书画艺术品的长久安全保存, 在书法和绘画艺术中具有良好的应用前景。

胶矾水是中国传统书画修复和装裱材料, 但过量使用明矾会引起宣纸不同程度的酸化。 为了解胶矾水中明矾对宣纸中不同成分的影响, 明确传统胶矾水中明矾用量范围, 减少其对宣纸的危害, 采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线衍射(XRD)研究了明矾对宣纸中纤维素和碳酸钙的影响, 并将傅里叶退卷积和二阶导曲线拟合的方法引入研究明矾对宣纸中明胶蛋白质二级结构的影响。 XRD和ATR-FTIR结果表明明矾会不同程度溶解纸张中的结晶纤维素、 非结晶纤维素和CaCO3(生成CaSO4), 在明矾浓度超过5 Wt%后成分变化最剧烈。 傅里叶退卷积和二阶导曲线拟合结果表明明矾会使宣纸中明胶蛋白质二级结构改变, 使α-螺旋结构、 β-转向结构和γ-随机结构向β-折叠结构转变。 在明矾浓度超过5 Wt%后, 蛋白质二级结构发生剧烈变化。 研究得出了明矾对宣纸中不同成分的影响, 在最小干预的文物保护原则基础上给出了明矾用量范围, 为纸质文物中蛋白质二级结构研究引入了一种新方法, 扩大了ATR-FTIR在纸质文物中的研究和应用范围。

为了明确铝盐沉淀剂在书画宣纸表面施胶过程中的作用机理, 利用Ferron逐时络合分光光谱、 高场27Al 核磁共振波谱(27Al-NMR)以及衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR)研究了明矾(Alum)、 聚合氯化铝(PAC)及聚合硫酸铝(PAS)三种常用铝盐施胶沉淀剂的水解聚合铝形态、 与胶料混合后在宣纸表面施胶时的铝形态分布变化。 (1) Ferron逐时络合分光光谱和27Al-NMR分析表明, 明矾及聚合硫酸铝的水解产物主要为单核铝Al(H2O)3+6(Al1), AlSO+4和多核铝［Al30O8(OH)56(H2O)24］18+(Al30); 聚合氯化铝除Al1, Al30外, 还存在笼式结构的多核铝［AlO4Al12(OH)24(H2O)12］7+(Al13); (2)27Al-NMR分析表明, 铝盐与明胶混合后单核铝、 多核铝形态的共振峰强度均有所降低, 结合ATR-FTIR分析结果可知, 降低的各正价态水解聚合产物很可能与明胶微粒中羟基(—OH)或羧基(—COOH)产生了键合, 形成了网状络合物, 将原本带负电的明胶粒子转化为带正电的明胶粒子, 促使明胶微粒沉淀在带负电的纤维表面, 起到施胶沉淀剂的作用。 施胶后, 明胶胶原蛋白的羟基、 一部分氨基和羧基与植物纤维表面的非离子区域的羧基能形成众多的分子间的氢键, 提高宣纸抗水性。 因此, Ferron逐时络合分光光度法、 高场27Al-NMR及ATR-FTIR技术相结合可迅速判断各类铝盐沉淀剂在宣纸表面施胶过程中的化学形态变化, 是研究施胶机理的有效手段。