天梯山石窟北涼洞窟壁畫顏料的原位無(wú)損分析

張文元 蘇伯民 殷耀鵬 水碧紋 崔強(qiáng) 于宗仁 善忠偉

內(nèi)容摘要：綜合應(yīng)用拉曼光譜、X-射線熒光光譜、光纖漫反射光譜和數(shù)碼顯微鏡等移動(dòng)式分析設(shè)備，對(duì)天梯山石窟北涼洞窟壁畫殘塊進(jìn)行分析以確定顏料化學(xué)成分。通過(guò)對(duì)壁畫表面微觀形貌的觀察以及顏料元素、分子結(jié)構(gòu)結(jié)果的互補(bǔ)分析，確定了壁畫使用的16種顏料，其中兩種屬于首次發(fā)現(xiàn)。研究表明多種分析方法結(jié)合，可以準(zhǔn)確鑒別壁畫中大多數(shù)無(wú)機(jī)顏料和染料，證明了無(wú)損分析方法在顏料鑒別和混合顏料鑒別方面體現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異性能。

關(guān)鍵詞：拉曼光譜;光纖反射光譜;原位無(wú)損分析;天梯山石窟;北涼;壁畫顏料

中圖分類號(hào)：K879.29;K854.3? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1000-4106（2019）04-0128-13

Abstract： Fragments of mural paintings from the Northern Liang caves at the Tiantishan Grottoes have been analyzed with a combined approach of Raman spectroscopy， X-ray fluorescence（XRF）spectrometry， fiber-optic reflectance spectroscopy（FORS）， and digital microscopic analysis in order to determine the chemical composition of paint pigments. Through a complementary analysis of the molecular composition and microstructure of the pigments， 16 types were successfully identified， 2 of which have never been discovered before. The research results show that the combination of multiple analytical methods is highly accurate in identifying the majority of inorganic pigments and dyes， and that the nondestructive analytical methods are effective in identifying both pure and mixed pigments.

Keywords： Raman spectroscopy; FORS; In-situ nondestructive Qndlysis; Tiantishan Grottoes; Northern Liang; mural pigments

1 引 言

壁畫顏料的分析表征可以為藝術(shù)史學(xué)家、考古學(xué)家的研究工作提供重要信息。為獲取這些信息，研究者使用了多種分析技術(shù)，其中拉曼光譜（Raman Spectroscopy）[1-2]、X-射線熒光光譜（X-

ray Fluorescence Spectroscopy，XRF）[3-4]和光纖反射光譜（Fibre Optic Diffuse Reflectance Sp-

ectroscopy，F(xiàn)ORS）[5-6]是最適用于壁畫顏料調(diào)查的無(wú)損技術(shù)，利用相應(yīng)的移動(dòng)式儀器，可以很方便地將這些技術(shù)用于原位調(diào)查，無(wú)需提取壁畫樣品。但是單獨(dú)某一種移動(dòng)式儀器不能保證對(duì)顏料取得完整表征，為此在無(wú)損分析時(shí)常采用多種技術(shù)組合應(yīng)用，綜合發(fā)揮各類移動(dòng)式儀器的分析性能，并加以比較和相互印證，以獲取準(zhǔn)確的顏料分析結(jié)果[7-9]。

本研究首次使用拉曼光譜、XRF、FORS（可見(jiàn)-近紅外波段）和數(shù)碼顯微鏡相結(jié)合的方法，對(duì)武威西夏博物館藏天梯山石窟壁畫進(jìn)行了原位無(wú)損分析，避免了搬運(yùn)對(duì)壁畫殘塊造成的風(fēng)險(xiǎn)。天梯山石窟位于武威市城南約50公里天梯山崖體中部、黃羊河水庫(kù)東岸，始建于北涼都姑臧時(shí)期（412—439），即史書記載的北涼王沮渠蒙遜開(kāi)鑿的“涼州石窟”，后歷經(jīng)北魏、西魏、唐、西夏、元、明諸代興建。天梯山石窟在我國(guó)石窟發(fā)展史以及佛教藝術(shù)史上均占有重要的地位，其中的北涼石窟對(duì)河西諸石窟和云岡石窟產(chǎn)生了一定的影響[10-11]。之前對(duì)天梯山石窟壁畫顏料進(jìn)行過(guò)數(shù)次基于樣品提取的X-射線衍射分析研究，確定了朱砂、鐵紅、石青以及幾種白色含鉛顏料[12-14]。

本研究對(duì)象選擇天梯山石窟北涼時(shí)期開(kāi)鑿的第1、4、18窟3個(gè)洞窟的壁畫顏料進(jìn)行分析研究，編號(hào)及相關(guān)信息見(jiàn)表1。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 拉曼光譜（Raman Spectroscopy）

法國(guó)Horiba Jobin Yvon公司HE785拉曼光譜儀，激發(fā)光源：固體激光器，激發(fā)波長(zhǎng)785nm;光柵：685gr/mm;物鏡：LWD50×;收集透鏡：焦長(zhǎng)40mm;光譜范圍：≤150—3200cm-1;光譜分辨率：3cm-1/pixel;光譜采集時(shí)間：2—150s;累計(jì)次數(shù)：3—5;激光器輸出功率可調(diào)節(jié)，使壁畫表面激光功率<10mW;光纖長(zhǎng)度：10m。每次測(cè)定前采用Ne燈進(jìn)行校正。

2.2 X-射線熒光光譜（XRF）

美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司Niton XL3t800，激發(fā)源：銀靶材，管電壓6-50kV，管電流0-200 μA，功率≤2W;探測(cè)器：Si-PIN（硅半導(dǎo)體探測(cè)器）。分辨率<190eV;檢測(cè)時(shí)間：60s;分析范圍直徑：8mm。

2.3 光纖反射光譜（FORS）

美國(guó)ASD公司LabSpec 5000，光源：帶石英外殼鹵鎢燈;光譜范圍：350—2500nm;檢測(cè)器：Si檢測(cè)器用于350—1000nm區(qū)域，InGaAs檢測(cè)器（熱電制冷）用于1000—2500nm區(qū)域;分辨率：3nm（350—1000nm區(qū)域），10nm（1000—2500nm區(qū)域）;分析范圍直徑：約3mm。

2.4 數(shù)碼顯微鏡（Digital Microscope）

日本KEYENCE公司VHX-600E型，鏡頭型號(hào)：VH-Z20R，倍率：20—200×，自帶照明燈。

3 結(jié)果與討論

對(duì)天梯山石窟壁畫殘塊顏料原位無(wú)損分析的結(jié)果見(jiàn)表1，下文中涉及壁畫殘塊編號(hào)省去“WWTTS-”，只保留數(shù)字部分。

3.1 紅色顏料

紅色區(qū)域在本研究涉及壁畫中存在最普遍，XRF結(jié)果基本均以鉛和汞為元素。編號(hào)“0624”中間層紅色區(qū)域顯微照片顯示，表面朱紅色顏料局部露出下層橙色顏料（圖1a）。XRF結(jié)果為鉛和汞元素。FORS結(jié)果顯示，545nm處導(dǎo)帶陡然開(kāi)始，至較長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域反射率高，介于朱砂（Vermilion，α-HgS）的560nm和鉛丹（Minium，Pb2+2Pb4+O4）的530nm之間[15]，表明二者同時(shí)存在（圖1b）。獲取的拉曼光譜結(jié)果包括相對(duì)強(qiáng)度最高的251cm-1、中等強(qiáng)度的344cm-1、極弱的288cm-1和較弱的548cm-1等4處特征譜帶，前三處歸屬于朱砂，最后一處是鉛丹最強(qiáng)的典型特征譜帶（圖1c）[16]。綜合這幾種分析方法的結(jié)果，可以確定“0624”表層壁畫千佛袈裟為鉛丹在下、朱砂在上的方式繪制。

拉曼光譜對(duì)編號(hào)“0705”紅色區(qū)域獲取的譜圖中包括4處特征譜帶，三處歸屬于朱砂，一處位于142cm-1較弱的譜帶是鉛黃（Massicot，正交晶系，PbO）的典型特征譜帶，其另一條位于289cm-1的特征譜帶由于便攜式儀器的低分辨率而為朱砂的信號(hào)所掩蓋（圖2b）。另外，利用數(shù)碼顯微鏡在此檢測(cè)點(diǎn)紅色顏料層下方發(fā)現(xiàn)存在橙黃色顏料層，鉛黃可能屬于該層（圖2a）。

編號(hào)“0748”包括深淺兩種紅色，通過(guò)黑色線條依次隔開(kāi)（圖3a）。淺紅色區(qū)域的FORS結(jié)果仍是朱砂。而深紅色顏料（見(jiàn)圖3b顯微照片左半部分）的FORS，除朱砂特征外，還獲取了531、565 nm兩處不太明顯的吸收譜帶（圖3c），這要?dú)w因于蒽醌類染料（Anthraquinoid lakes）的存在，依據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道可知是一種昆蟲(chóng)染料，可能是Cochineal、Kermes或紫鉚（Lac）[17-18]，本研究所涉及方法無(wú)法對(duì)其進(jìn)行區(qū)分，但可以明確這種染料位于朱砂上（參見(jiàn)后圖9a，上為剖面示意圖），光譜信號(hào)弱可能是有機(jī)染料發(fā)生老化的緣故。唐張彥遠(yuǎn)《歷代名畫記》中提到的“南海之蟻鉚”即紫鉚（Lac）[19]。利用HPLC-PDA-MS在莫高窟第85窟也發(fā)現(xiàn)了紫鉚作為壁畫顏料[20]，但時(shí)代距“0748”號(hào)壁畫殘塊所處的北魏已過(guò)去幾個(gè)世紀(jì)，無(wú)法作為判斷依據(jù)。這種動(dòng)物來(lái)源的染料不是當(dāng)?shù)厮a(chǎn)，而是通過(guò)絲綢之路從遙遠(yuǎn)的西亞甚至中歐或者云南、東南亞傳來(lái)，反映出北魏時(shí)期的武威雖然已經(jīng)喪失國(guó)都地位，但作為絲綢之路重鎮(zhèn)，商業(yè)、文化依舊繁榮昌盛。

其他幾處同時(shí)含有汞和鉛元素，拉曼光譜只檢測(cè)出朱砂的紅色區(qū)域，可能是朱砂下層存在白色含鉛顏料。

3.2 橙色顏料

在“0400”號(hào)底層壁畫和“0624”號(hào)中間層壁畫中發(fā)現(xiàn)了顏色鮮艷的橙色區(qū)域（圖4a），XRF結(jié)果表明僅含有鉛元素，F(xiàn)ORS結(jié)果為530nm處呈現(xiàn)一個(gè)非常清楚的吸收限，標(biāo)志著導(dǎo)帶的起點(diǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)鉛丹結(jié)果相吻合?！?624”橙色區(qū)域獲取的拉曼光譜包括信號(hào)最強(qiáng)的549cm-1、中等強(qiáng)度的117、391cm-1及信號(hào)較弱的150、320cm-1等5處特征譜帶（圖4b），都?xì)w屬于鉛丹?！?400”橙色區(qū)域的拉曼光譜分析結(jié)果也是鉛丹。而“0587”號(hào)殘塊橙色區(qū)域略發(fā)暗，XRF結(jié)果除了鉛外還有汞元素，拉曼光譜結(jié)果中包括位于251和344cm-1朱砂的特征譜帶和549cm-1鉛丹的特征譜帶。

鉛丹作為顏料色彩鮮艷，在全世界各地使用廣泛，但由于性質(zhì)不穩(wěn)定而存在變黑現(xiàn)象。天梯山石窟這三件壁畫殘塊上的鉛丹顏料能夠保存至今，其中“0400”和“0624”是由于壁畫繪制之后不久又被重繪，從而與外界環(huán)境隔絕，莫高窟第130窟有類似案例[21];而“0587”是由于其中混合的朱砂防止了鉛丹的氧化[22]，與前文紅色顏料部分“0624”表層壁畫中發(fā)現(xiàn)鉛丹的原因相同。

另外，在“0292”橙色區(qū)域（圖4c）得到了完全不同的物相結(jié)果。雖然XRF表明主要元素含有鉛，但FORS譜圖中可見(jiàn)區(qū)與赤鐵礦（Hematite，α-Fe2O3）一致（圖4d），在550nm附近光譜行為從不透明變?yōu)橥该鳎?40nm處的譜帶是Fe3+產(chǎn)生的[15]。獲取譜圖的近紅外區(qū)，與標(biāo)準(zhǔn)石膏（Gypsum，CaSO4·2H2O）譜圖相一致，1450—1550之間的一組譜帶是OH伸縮振動(dòng)的倍頻，1940nm處強(qiáng)譜帶是由HOH彎曲振動(dòng)產(chǎn)生，是存在水分子的標(biāo)志，2200—2300nm之間的兩處譜帶歸屬于伸縮簡(jiǎn)諧振動(dòng)與擺動(dòng)振動(dòng)的合頻?？梢耘袛啻颂幊壬珔^(qū)域是石膏在下，含有赤鐵礦的顏料在上層。

3.3 黃色顏料

壁畫黃色區(qū)域分為兩類。

一類呈現(xiàn)亮黃色，顯微鏡下觀察有油脂光澤（圖5a），如“0353”底層、“0624”底層，“0698”和“0719”。第一件XRF分析結(jié)果主要為砷元素，后三件為砷元素和汞元素，汞元素來(lái)自下層紅色背景中的朱砂，可知黃色顏料也含砷。FORS結(jié)果均與雌黃（Orpiment，As2S3）標(biāo)準(zhǔn)譜圖吻合，表現(xiàn)為在410nm處有寬而強(qiáng)的吸收（圖5b）。獲取的拉曼光譜包括強(qiáng)度最高的353cm-1、中等強(qiáng)度的300、312cm-1、較弱的138、154、203、383cm-1等7處譜帶（圖5c），是雌黃的典型特征譜帶，其中154、203cm-1處的信號(hào)歸屬于S-As-S的伸縮振動(dòng)，300、312、353、383cm-1均歸屬為As-S的伸縮振動(dòng)[23]。

另一類黃色僅發(fā)現(xiàn)一處，位于“0576”表層。顯微鏡下可見(jiàn)顏料顆粒較小且分布致密，XRF結(jié)果為鉛元素和鐵元素，F(xiàn)ORS結(jié)果可見(jiàn)區(qū)與針鐵礦（Goethite，α-FeOOH）標(biāo)準(zhǔn)譜圖相一致（圖5d），600nm開(kāi)始向短波長(zhǎng)方向下降，三個(gè)吸收譜帶分別位于450—480之間、650和900nm，拐點(diǎn)波長(zhǎng)位于550nm。盡管針鐵礦化學(xué)式中包含羥基，但其在近紅外區(qū)并沒(méi)有產(chǎn)生羥基譜帶，此區(qū)域的近紅外區(qū)吸收譜帶要?dú)w屬于高嶺石[Kaolinite，Al4（Si4O10）（OH）8]這種十分常見(jiàn)的粘土礦物。高嶺石FORS光譜的主要特征即為尖銳而清晰的OH譜帶，1400和1412nm的譜帶是OH伸縮振動(dòng)與低位晶格振動(dòng)的合頻產(chǎn)生的，2205nm處的OH強(qiáng)譜帶是與高嶺石的兩層二八面體結(jié)構(gòu)相一致的，1940nm處水的弱譜帶表明樣品內(nèi)含有一些吸附分子水。

秦嶺、祁連山和昆侖山一帶為我國(guó)雄黃雌黃5個(gè)成礦帶之一[24]，甘肅省甘南藏族自治州、隴南市一帶至今仍有雌黃作為載金礦物被發(fā)現(xiàn)[25-26]。本研究在多件壁畫殘塊中發(fā)現(xiàn)雌黃作為顏料，可以推測(cè)，河西石窟壁畫中很可能經(jīng)常使用雄黃雌黃作為顏料，但二者易受光照、高溫等影響發(fā)生變質(zhì)[27]，會(huì)失去原本較為鮮艷的顏色，從而不易被觀察到。

3.4 綠色顏料

全部綠色區(qū)域的XRF結(jié)果表明主要元素均為銅和鉛元素，鉛元素來(lái)自于下層顏料層，“0686”中的硫元素來(lái)自底色層的石膏（圖6e;顯微照片見(jiàn)6d），除此之外，對(duì)“0538”還獲取了氯元素的特征峰（圖6b;顯微照片見(jiàn)6a）。“0538”的FORS結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)氯銅礦[Atacamite，Cu2Cl（OH）3正交晶系]譜圖吻合（圖6c），其中610nm附近反射率極大是Cu2+對(duì)較短波長(zhǎng)的吸收和在800nm附近的吸收造成的，610nm和1400nm之間的極寬譜帶是由800nm處的Cu2+的合頻以及某些Fe3+、Fe2+雜質(zhì)的吸收所產(chǎn)生的，1400—2500 nm之間的吸收是羥基振動(dòng)的倍頻及合頻。

“0400”、“0686”和“0706”3處FORS結(jié)果相類似且與標(biāo)準(zhǔn)孔雀石（Malachite）Cu2（CO3）（OH）2譜圖吻合（圖6f），Cu2+內(nèi)的電子躍遷在800nm產(chǎn)生寬譜帶并在590nm之前引起強(qiáng)度下降，1940nm的寬譜帶是羥基非對(duì)稱伸縮的合頻，并表明水的存在，2270和2360nm的兩個(gè)譜帶歸屬于CO32-基團(tuán)。

3.5 藍(lán)色顏料

天梯山石窟壁畫藍(lán)色區(qū)域可分為三類。

第一類包括“0292”、“0624”中間層和 “0653”，色彩鮮明且略微發(fā)紫，顯微鏡下可見(jiàn)顆粒較粗大。XRF結(jié)果表明，前兩處藍(lán)色區(qū)域主要元素包括鉛以及鈣、鐵，后一處僅鈣和鐵。FORS結(jié)果與青金石標(biāo)準(zhǔn)譜圖相一致，600nm處寬且強(qiáng)的吸收譜帶是青金石最主要的光譜特征，這一譜帶和470nm附近的極大反射率一起產(chǎn)生很強(qiáng)的藍(lán)色，1400、1940nm處的寬譜帶表明壁畫中含有水分。拉曼結(jié)果均包括位于545cm-1的譜帶，這是公認(rèn)的青金石拉曼光譜分析指認(rèn)中的指紋信號(hào)，歸屬為S3-的對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式[28]。還有其他兩個(gè)分別位于1315cm-1較強(qiáng)和1818cm-1較弱的信號(hào)，屬于785nm激光激發(fā)條件下的非拉曼特征散射信號(hào)，也可以作為青金石的特征譜帶?！?624”中位于1050cm-1的拉曼特征譜帶歸屬于鉛白（Hydrocerussite，Pb3（CO3）2（OH）2），來(lái)自于碳酸根的伸縮振動(dòng)。

第二類包括“0659”、“0705”、“0719”3處，顏色發(fā)灰。顯微觀察表明存在兩種藍(lán)色顏料顆粒，上層顆粒呈深藍(lán)色，下層較淺（圖7a）。XRF分析結(jié)果均含有銅元素。FORS結(jié)果相類似，600nm處的譜帶是青金石的特征，而800nm處寬譜帶是由Cu2+內(nèi)的電子躍遷產(chǎn)生的，1980和2350nm 是羥基倍頻或合頻振動(dòng)譜帶，2050和2280nm屬于碳酸根的倍頻或合頻振動(dòng)譜帶，表明這些區(qū)域青金石與藍(lán)銅礦并存（圖7b）[29]。拉曼分析并未獲得藍(lán)銅礦特征譜帶，而“0719”檢測(cè)點(diǎn)中發(fā)現(xiàn)鉛白（圖7c），表明此處藍(lán)色區(qū)域?yàn)榍嘟鹗谧钌蠈?，鉛白在下層，中間為藍(lán)銅礦（參見(jiàn)圖9b，上為剖面示意圖）。

第三類包括“0768”、“0650”和“0748”，呈藍(lán)黑色。XRF結(jié)果表明砷是主要元素。FORS結(jié)果顯示在650nm處有寬且強(qiáng)的吸收，這是靛藍(lán)存在的證據(jù)（圖7e）[30]。對(duì)“0650”獲取的拉曼光譜特征峰中（圖7f），259、549和1574cm-1等3處是植物來(lái)源有機(jī)染料靛藍(lán)（Indigo，C16H10N2O2）的典型特征譜帶[31-32]，363cm-1歸屬于雌黃（很可能就是顯微照片中零星的金黃色顆粒，見(jiàn)圖7d）。國(guó)外有中世紀(jì)波斯畫家混合雌黃與靛藍(lán)作為綠色顏料的報(bào)道[33]，而本研究發(fā)現(xiàn)，早在公元5—6世紀(jì)的天梯山石窟壁畫創(chuàng)作者就已經(jīng)能夠運(yùn)用這種技法了。

3.6 棕色顏料

棕色區(qū)域XRF結(jié)果中含有的汞元素和鉛元素，根據(jù)壁畫其他檢測(cè)點(diǎn)可知來(lái)源于下層。FORS可見(jiàn)區(qū)存在赤鐵礦特征信息。

赭石類顏料是全世界各個(gè)時(shí)期最普遍使用的顏料之一，其顏色來(lái)自于氧化鐵（有些還包括氫氧化鐵）中含有的Fe3+以及Fe3+與O2-（有些還包括OH-）配位體之間的電荷轉(zhuǎn)移，也導(dǎo)致了赭石類顏料顏色的豐富多樣。因此可以推斷“0292”橙色、“0576”黃色和這3處棕色區(qū)域都由赭石類顏料繪制。

3.7 白色顏料

對(duì)壁畫殘塊白色顏料的無(wú)損分析，除前文其他顏色區(qū)域混合光譜中確定的鉛白、高嶺石和石膏，還獲取了石膏和硬石膏的拉曼光譜結(jié)果。如對(duì)“0686”白色圓形圖案處獲取了較強(qiáng)的1009、1017和較弱的419、490cm-1三條譜帶，其中1009cm-1和1017cm-1分別歸屬于石膏和硬石膏中硫酸根的伸縮振動(dòng)，另外兩條是石膏和硬石膏硫酸根的彎曲振動(dòng)，譜帶位置重疊[34]。

3.8 黑色顏料

黑色區(qū)域根據(jù)XRF分析結(jié)果分為兩類。

第一類主要元素為鉛，包括“0649”和“0719”，顯微鏡下可見(jiàn)黑色物質(zhì)分布致密（圖8c），F(xiàn)ORS表明入射光幾乎被完全吸收。對(duì)兩處獲取的拉曼光譜結(jié)果一致，均為炭黑（Carbon black，C）位于1350和1580cm-1附近寬且強(qiáng)的典型特征譜帶（圖8d）。這也說(shuō)明，這類黑色區(qū)域XRF結(jié)果中的鉛元素來(lái)自于黑色下層顏料層。

另一類主要元素中含有銅，利用數(shù)碼顯微鏡放大至200倍觀察，可見(jiàn)“0353”在大量黑色物質(zhì)間夾雜綠色顆粒（圖8a），“0706”存在藍(lán)色顆粒（圖8b）。FORS結(jié)果的可見(jiàn)區(qū)無(wú)明顯信息，而在近紅外區(qū)，“0353”、“0706”分別與孔雀石、藍(lán)銅礦標(biāo)準(zhǔn)譜圖相一致，黑色物質(zhì)可能是后期污染導(dǎo)致的。由此可見(jiàn)顯微鏡、XRF結(jié)果與FORS的近紅外波段信息相結(jié)合可以獲取肉眼觀察無(wú)法辨識(shí)或容易忽略的信息。

清代方薰在《山靜居畫論》中說(shuō)：

設(shè)色不以深淺為難，難于色彩相合，合則神氣生動(dòng)。[35]

本研究在不破壞壁畫的前提下對(duì)北涼洞窟壁畫開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)分析研究，發(fā)現(xiàn)了古代藝術(shù)家使用的多種顏料，以及追求色彩豐富微妙和色調(diào)和諧統(tǒng)一的設(shè)色技法（圖9），得以窺見(jiàn)天梯山石窟佛教藝術(shù)的堂奧。

4 結(jié) 論

本研究通過(guò)拉曼光譜、XRF、FORS和數(shù)碼顯微鏡4種分析技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)天梯山石窟北涼洞窟壁畫顏料進(jìn)行了原位無(wú)損分析研究，得出以下結(jié)論：

（1）明確鑒定出天梯山石窟北涼洞窟壁畫中使用的朱砂、赤鐵礦、鉛丹、針鐵礦、雌黃、鉛黃、孔雀石、藍(lán)銅礦、青金石、硬石膏、石膏、高嶺石、鉛白和炭黑等14種無(wú)機(jī)顏料，其中雌黃在天梯山早期壁畫中是首次發(fā)現(xiàn)，首次在天梯山石窟壁畫中發(fā)現(xiàn)青金石、針鐵礦、鉛黃作為顏料。

（2）首次應(yīng)用移動(dòng)式光譜儀在壁畫中發(fā)現(xiàn)紅色昆蟲(chóng)染料和靛藍(lán)等兩種染料，并發(fā)現(xiàn)北魏壁畫層中靛藍(lán)和雌黃混合使用的顏料調(diào)色方法。

（3）這三種可以互補(bǔ)的移動(dòng)式光譜儀和數(shù)碼顯微鏡的組合使用，非常適合對(duì)壁畫顏料進(jìn)行原位無(wú)損分析。移動(dòng)式拉曼光譜在現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境較差的情況下表現(xiàn)出了優(yōu)異性能，得出了較為理想的結(jié)果。FORS可以對(duì)某些表面嚴(yán)重污染的壁畫區(qū)域獲取近紅外區(qū)的顏料特征譜帶，還可以對(duì)壁畫彩繪層層位分布的確定提供重要信息甚至直接得出判斷。

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