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木质文物保存状态无损评估研究取得标志性突破

浏览:189  发布:2020/7/14

2020年7月14日,我所木材解剖学团队在化学领域国际顶级学术期刊《Analytical Chemistry》在线发表了木质文物保存状态评估的标志性突破成果:“Juan Guo, Maomao Zhang, Jian’an Liu, Rupeng Luo, Tingting Yan, Tao Yang, Xiaomei Jiang, Mengyu Dong, and Yafang Yin*. Evaluation of the Deterioration State of Archaeological Wooden Artifacts: A Non-destructive Protocol based on Direct Analysis in Real Time – Mass Spectrometry (DART-MS) coupled to Chemometrics. http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c01429”。首次提出了基于实时直接分析质谱联用化学计量学的方法,适用于饱水至绝干等多种含水率条件下木质文物腐朽降解程度的快速检测分析,实现了木质文物保存状态的无损和精准评估,引领我国在该领域处于国际领先。

浙江湖州市毘山遗址商早期木栅

(浙江省文物考古研究所刘建安、罗汝鹏提供)

研究围绕考古领域中木质文物保存状态无损精准评估的世界性难题,在前期开展的考古木材细胞壁构造和化学特征研究基础上,创新采用了实时直接分析-傅里叶变换离子回旋共振质谱(DART-FTICR-MS),对距今约4900-700年的多遗址考古木材化学特征进行深度挖掘,并利用化学计量学提取和筛选可用于其腐朽降解程度分析判定的特征化学组分。所构建的木质文物保存状态评估模型,揭示了木质素结构基元、二聚体和三聚体以及多糖寡聚物等是决定考古木材腐朽降解程度的关键特征化学成分。研究成果解决了最大含水率等木质文物保存状态传统判定方法导致的取样破坏性大、评估结果不准确等问题,成功实现了非均匀降解木质文物不同部位保存状态的精准评估,并有效避免了无机沉积物的干扰,为全球范围内木质文物的保护与保存提供了新的思路。

本研究获我院“优秀青年创新人才”项目资助,由浙江省文物考古研究所和成都文物考古研究院共同完成。郭娟副研究员、殷亚方研究员分别为论文第一作者和通讯作者。

近年来,我所木材解剖学团队与全国文物保护相关单位广泛开展合作,在考古木材的树种鉴别、结构与性能研究等方面取得了一系列创新成果,为考古木材科学与技术体系的构建奠定了重要基础,为我国出水、出土木材及木结构古建筑等木质文物的科学保护和长期保存提供了有力的科技支撑。

近3年,木材解剖学团队在木质文物研究领域的代表性成果:

1) Guo J, Zhang M, Liu J, Luo R, Yan T, Yang T, Jiang X, Dong M, Yin Y*. Evaluation of the deterioration state of archaeological wooden artifacts: a non-destructive protocol based on direct analysis in real time – mass spectrometry (DART-MS) coupled to chemometrics. Analytical Chemistry, 2020. http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c01429

2) Han L, Tian X, Keplinger T, Zhou H, Li R, Svedström K, Burgert I, Yin Y, Guo J*. Even visually intact cell walls in waterlogged archaeological wood are chemically deteriorated and mechanically fragile: a case of a 170 year-old shipwreck. Molecules, 2020, 25, 1113. https://doi.org/10.3390/molecules25051113

3) Han L, Guo J, Wang K, Grönquist P, Li R, Tian X, Yin Y*. Hygroscopicity of waterlogged archaeological wood from Xiaobaijiao No.1 shipwreck related to its deterioration state. Polymers, 2020, 12, 834. https://doi.org/10.3390/polym12040834

4) 韩刘杨, 田兴玲, 周海宾, 殷亚方, 郭娟*. 饱水清代木材的构造腐朽程度及加固处理对其颜色的影响. 西南林业大学学报, 2020, 40(1): 132-138.

5) Guo J#, Xiao L#, Han L, Wu H, Yang T, Wu S, Yin Y*. Deterioration of cell wall in waterlogged wooden archaeological artifacts, 2400 years old. IAWA Journal, 2019, 40(4), 820-844. https://doi.org/10.1163/22941932-40190241

6) Guo J, Zhou H, Stevanic JS, Dong M, Yu M, Salmén L*, Yin Y. Effects of aging on the cell wall and its hygroscopicity of wood in ancient timber construction. Wood Science and Technology, 2018, 52(1), 131-147. https://doi.org/10.1007/s00226-017-0956-z

7) Dong M#, Zhou H#, Jiang X, Lu Y, Wang W, Yin Y*. Wood used in ancient timber architecture in Shanxi Province, China. IAWA Journal, 2017, 38(2), 182-200.

8) Dong M, Lu Y, Jiang X, Wang W, Zhou Y, Zhao G, Zhou H, Yin Y*. AMS 14C dating and wood identification in ancient timber structures in Shanxi province, China. Journal of Archaeological Science: Reports, 2017, 13, 361-371.

9) 郭娟, 殷亚方, 韩刘杨, 刘波, 焦立超, 李姗, 余敏. 改性纤维素纳米晶体、高强水凝胶材料、制备方法及应用.专利号(发明):ZL 2017 1 1128114.4.

10) 郭娟, 殷亚方, 张永刚, 焦立超, 李姗, 何拓, 王杰, 韩刘杨, 李仁, 刘守佳.一种无损快速测定木质文物保存状态的方法.专利申请号(发明):202010285153.0.

11) 韩刘杨. 小白礁I号沉船饱水·脱水加固木材的结构与性能研究. 中国林业科学研究院博士论文, 2020.

12) 董梦妤. 古建筑和出土饱水木材鉴别与细胞壁结构变化. 中国林业科学研究院博士论文, 2017.


本文作者:郭娟 ©中国林科院木材标本馆

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