0

5
0

文字

分享

0
5
0

歷史文物醫師的化學修復之術—《科學月刊》

科學月刊_96
・2016/09/04 ・3370字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 553 ・八年級

文物保修並不像大家平日所看到的對物體修補及外觀塗漆保護那樣簡單。文物保修工作是一門結合了科學、歷史及藝術的專業學科,融合了傳統技藝、修護技能、現代科技與歷史美學的跨領域學門。

1
修護後的藍地黃虎旗。圖/作者提供

文/鄭政峯|美國北德州大學分析化學博士,任教於中興大學化學系,曾為台南藝大古物所兼任教授,研究領域為分析化學、應用化學。

歷史文物,是歷代先民所製造和使用過具有歷史藝術和科學價值的各種物質,它們反應出人類在歷代的生活文化,也反應出當時的科學技藝。因而歷史文物所蘊涵的文化價值也愈來愈引起現代社會人民的高度重視,如何保存或修護歷史文物已成為全人類的責任。

化學科技的發展在人類的科技文明發展史上佔有很重要的角色,例如煉鐵製造各式器具、青銅器鑄造、陶瓷、及造紙等技術發展, 可說是人類追求基本生產活動的結果,也是追求文明之產物。因此這些歷史文物,都有古代化學科技所遺留的足跡。

文物修護在臺灣

文物修護師的任務,除了以客觀熟練的修護技術,將老舊劣損之文物作品盡量回復到創作原貌,以延續文化藝術的歷史價值外,更必須要結合文物保存概念及修護所運用的工藝材料與技法,讓文物維護的精神推廣至藝術創作中。過去國人對文物保修都是處在較迷糊的認知層次,近年來才漸次引起國人的注意。

2012 年,對在 1895 年為反對割讓臺灣給日本所建立的臺灣民主國的藍地黃虎旗國旗被考證修復後,更掀起國人對文物保修的重視。為厚植國內在文物保修的能力,臺南藝術大學的古物維護研究所曾於 2001 年底首度邀請德國壁畫修復大師貝克特(Barbara Beckett)來臺參加壁畫保存修護研討會,並數次參與嘉義新港水仙宮及臺南媽祖廟等古蹟壁畫修護工作,將相關經驗傳授給國內學子及文化遺產保存工作者。由於文物保修是一門跨領域的科學,本人當時在古物所兼任講授文物保存應用化學課程,幸得有機會協助解釋壁畫修護技術中所發生的化學反應與物理現象,讓讀者就文物保修與化學的關係做初步認識。

化學如何用以修護文物

文物保修的歷程離不開化學相關科技,化學在文物保修的相關性,可分幾個層面來探討。依物質的化學組成性質,可將文物分為金屬材料(青銅器、鐵器、金器、銀器、錫器、鉛器)、無機非金屬材料(石器、玉器、陶器、磚瓦、壁畫、泥塑等)、有機材料(書、畫、紡織品、竹器、漆器、木製品及皮革等)。

這些文物經歷了漫長的歷史歲月,發生了許多變化。從長期保存文物的角度來看,有些變化並沒有不良的影響, 並可作為它特有的歷史標記,然而有些則不利於文物的長期保存。對於不利的因素,我們要利用現代的科技加以處理,以盡量保持它的原貌並延長壽命。在現今的保存環境下,文物還是會繼續發生變化,如青銅器的有害銹蝕、石刻的風化侵蝕、陶器彩繪和壁面退色剝落、古建築木製構件的腐朽和白蟻危害、出土紙類和紡織品的糟朽蟲蛀霉變等,都是需要繼續加以防止。青銅器、陶器、瓷器等是古代人利用化學方法改造過的物質;塗料、顏料、染料、接著劑、焊料等屬化工原料,則是研究化學史及其相關技術之重要資料。

675px-Conservation_at_the_Church_of_Suceviţa
文物依材料分類的不同,受到的損害威脅與修復方式也不同。圖/wiki

因此,在文物修復、保護、考證方面,化學分析可作為強而有力的後盾:以化學方法研究阻止或延緩文物劣變的技術,提高文物抵抗不利因素(光輻射、蟲蛀、霉變等);或用以解開文物的製造時期,如秦代青銅件表面鉻層的著鍍和漢代銅鏡黑漆的形成;甚至能用於探討出土文物在地下之儲存環境,以便分析文物變化和保護條件;以及運用常見的同位素法以估計文物的年代。

舉凡地球上任何物件,從被製造或生成開始,即開始邁向毀損的趨勢,只是時間快慢而已,歷史文物亦不例外。因此欲使這些文物能留存,就得塑造環境使文物能減緩或免於毀壞。這就需借重各種科技的應用,而化學科技在其中就佔有很重要的角色,例如溫濕度控制、迴避光線的傷害、防止氧化退化等都常靠著化學的方法或理論推演技術來達成。出土文物之處理、保護與維持,更與化學離不開關係。另外,古物修護直接或間接所用到的材料,也都離不開與有機化學、無機化學、高分子化學及材料化學的關係;其他如古物材質鑑定、年代鑑定、及文物材料的鑑偽,亦都屬於化學的分析工作。

化學在文物保存應用的研究層面很廣,或多或少涉及有機化學、無機化學、物理化學、分析化學及高分子化學等原理及技術。因此要在文物保護技術方面有所突破,除必須瞭解各年代的科技發展,即具備科技史之知識外, 還必須以化學研究所必須具有的態度,發覺問題所在,研究出解決方案,提昇文物保存科技。

然而文物之所以能被留存與重視,有其特殊的歷史意義存在。因此利用化學科技來進行文物的保護有幾項原則必須遵行:保持文物的歷史標記,不讓文物值得被保存的意義性喪失;文物被保護性的處理後,不能留下隱藏性或不可回復的傷害;並需防止或延緩各種有害因素對文物的損害,同時達到長期性的保護效果

文物保修現場

文物保修並不像大家平日所看到的對物體修補及外觀塗漆保護那樣簡單。文物保修工作是一門結合了科學歷史藝術的專業學科,融合了傳統技藝、修護技能、現代科技與歷史美學的跨領域學門。對於文物的保修,必須先要對文物的材質、形狀、損害情況、損害原因及文物的歷史意義或藝術價值進行了解,再針對不同文物擬定出保修方案。然後才是對文物的具體處置,例如清洗(除汙)、修復、及最後的保護處理。

清洗除汙並非一般僅藉小刷子用水洗一洗,而是先要試驗選用能除污但又不傷害文物的適當清洗方式,如清洗溶液的種類、溶解度參數、清潔試劑或酵素及清洗技法等;修復則要先以儀器檢測出文物原有的材料,再優先以原材質或可相容的材質搭配適當工法來修復;保護處理更需要選擇耐候及可逆的材料對修復後的文物作加固或保護處理。

以出土的木製文物為例,從地底出土的木製品,如果直接脫水,往往會起裂開翹。另外文物埋在土中屬處在缺氧狀態,除沾有泥污外,亦吸附不少鹽類於文物本體中。當木製文物出土後觸及空氣及陽光,所處環境轉變為富氧狀態,文物很容易被氧化或受光反應分解裂化。很多從千年古墓出土的古文物很容易遭受環境的改變而毀損即是此因,因此對剛出土的木製文物就必須對此環境變異的毀損做防範。

2
新港水仙宮修護前的壁畫。圖/作者提供
3
師生很有耐心的試驗清潔處理方法。圖/作者提供

在表面除汙後,一般會將出土的木製文物置入水中,讓文物所吸附的鹽類溶至水中,不斷更換水直至鹽類不再溶出為止(可滴加硝酸銀水溶液至水中觀察有無白色氯化銀出現)。其次為加固的前處理,將除鹽後富滿水於木質細縫的文物移置入酒精溶液中,以酒精將在木質細縫中的水分置換出後,再移浸入丁醇溶劑中,以丁醇置換出木質細縫中的酒精。最後浸入含聚乙烯醇(PVA)的丁醇溶液中, 以平衡方式讓聚乙烯醇進入木質的細縫中置換出丁醇,漸提高聚乙烯醇濃度,使聚乙烯醇飽和於木質細縫中,讓填縫的聚乙烯醇與木質纖維間以氫鍵作用力加固木製文物後,再於木製文物表面塗上保護層隔離空氧及防止光害。經過這一連串複雜步驟,木製文物才不至於會起裂開翹。完成了出土木製文物的保修基礎工作後,再依文物管理的條件保存。不同材質的文物在文獻上都有特殊的保修策略可參考。

文物修復有賴修復師(文物醫生)的巧手回春,才能完成任務,而文物醫生巧手回春的重要工具及過程則有賴化學科技的檢測診斷(聽診器)、清洗除汙(清傷)、固定(支架)及修護暨保護(治療及醫美)。文物修復屬跨領域的科學,從事文物修復工作者大多屬於美術或藝術專業,因此需要更多化學相關的專業工作者一同加入。


科學月刊

 

本文選自《科學月刊》2016年7月號

延伸閱讀:

數位遺產保存的兩大挑戰

台灣珍貴的文化資產—豐富而歧異的南島語言

什麼?!你還不知道《科學月刊》,我們46歲囉!

入不惑之年還是可以當個科青


數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
科學月刊_96
224 篇文章 ・ 1767 位粉絲
非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。


0

4
1

文字

分享

0
4
1

調香師的秘密:「糞臭素」挑起你骯髒的慾望

胡中行_96
・2022/05/16 ・2039字 ・閱讀時間約 4 分鐘

倫敦高級區梅費爾(Mayfair)的聯排透天洋房裡,他與屋主近身互動。六呎高,湛藍的雙眸,古銅的肌膚,寬闊的下顎,銀髮一絲不苟地貼齊,以及一縷迷人的香氣:肉桂、皮革和不可言喻的香味,他確定迎面襲來的深刻,源自另一個時空。

梅菲爾位在倫敦西區,它是世界上最昂貴的地區之一。圖/Wikipedia

「當你嗅聞,你是用腦在聞。最原始的,處理記憶和情緒的部位。」
屋主解釋:「若芸芸眾生試圖尋覓自我的氣味,那我正在打造專屬你的身份。」

關於香水的秘密

一場訪談,讓男性時尚雜誌《GQ》的作家 Michael Paterniti 化身高級訂製香水的顧客,而江湖人稱「香水界情色男優」(the Pornographer of Perfume)的屋主 Roja Dove,正優雅地介紹混香的秘密。「我使用『糞臭素』,一種帶有糞便氣息的醜陋分子。男女性器皆與肛門比鄰,底蘊裡一丁點的『糞臭素』,便能喚起骯髒的慾望。」[1]

Roja Dove 是一位英國調香師。圖/Wikipedia

糞臭素是怎麼來的?

來到住處之前,兩人在麗池飯店(Ritz Hotel)旁的沃爾斯利餐廳(the Wolseley)用過午餐。此時他們的消化系統正將蛋白質,分解成胺基酸(amino acid)。接著,腸道內的菌落會先進行「去胺作用」(deamination),用氫去代換胺基。於是,有一種叫做「色胺酸」(tryptophan)的胺基酸,就變成「吲哚-3-乙酸」(indole-3-acetic acid,簡稱「IAA」)。

再來,乳酸桿菌(Lactobacillus)、梭菌(Clostridium)和類桿菌(Bacteroides),透過「去羧作用」(decarboxylation;羧,注音ㄗㄨㄟ)把 IAA 中的羧基(carboxylic acid group)換成氫,人體內的「糞臭素」(skatole;即3-methylindole)就誕生了[2][3][4]

Roja Dove 的調香手法

在正式調香之前,Roja Dove 會提供約莫 200 張的試香紙,讓訂製高級香水的顧客挑選最能觸發當下感覺,並連結過往回憶的幾種氣味。Roja Dove 將以它們為發想的根據,把原料輕拍到試香紙上,再把試香紙與一只金屬小風車連結。當小風車運轉,微風迎面吹來,他便能感受這些原料的效果。

當然,調香運用的糞臭素不是靠「人體製造」,而是在實驗室或工廠裡「人工合成」。1883 年德國化學家費雪(Hermann Emil Fischer, 1852-1919)發明了「費雪吲哚合成」(Fischer Indole Synthesis):一種苯肼(phenylhydrazine)和醛(aldehyde)或酮(ketone),透過酸觸媒(acid catalyst)催化產生的作用。一般罐裝糞臭素,便是這麼來的[2][5]

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成需要耗時一到二年。圖/Pixabay

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成,長達一、二年後,每 3.4 盎司(100.55 毫升)要價 4 萬美元的訂製香水,才會被呈現在顧客面前。所幸,對花不起重金與不特別愛好香水的人來說,還是有其他巧遇糞臭素的機緣。因為某個程度上來說,糞臭素就像愛。它撲朔迷離地存在生活中出乎意料之處:香水、茉莉、橙花、甜菜、香菸、糞便、煤焦油與草莓冰淇淋。糞臭素時臭時香,載舟亦能覆舟,令人欲拒還迎。

氣味的關鍵在於濃度

氣味由香變臭的關鍵,在於濃度。像是過多的愛,使人無法擔待。以體積比來說,一旦超過 60 pptV(0.327 ng/L)[註1],就會開始臭得一去不返[7]。如果以重量比計算,健康人體製造的糞便中,糞臭素濃度約為 5 μg/g,但消化道疾病患者,則可高達 80 到 100 μg/g[註2]。換句話說,腸道保健雖然不會讓人芬芳馥郁,但至少能避免如廁之後臭名遠揚[8]

回顧過去的調香職涯,Roja Dove 感嘆上等的原料不再是小農收成,產地直銷,人工合成的產物也逐漸取代天然素材。

「的確,我們必須在香水裡添加合成物。」他向時尚作家 Michael Paterniti 坦承,那是為了襯托自然的味道,但是如果大比例的使用人造成份,「合成的香水聞起來,就永遠僅是人工的氣息。」然而大時代的趨勢,就連知名調香師也無力回天。諷刺的是,在這場產業變遷的遺憾裡,得知糞臭素並非天然,卻多少能帶給香水顧客卑微的慰藉。

註解

  1. pptV(parts per trillion by volume),則是兆分之一體積比。ng/L,指每公升幾奈克。
  2. μg/g,又作 mcg/g,指每公克中有幾微克,也就是 ppmW(parts per million by weight)百分之一重量比。

參考資料

  1. How to Smell Like a God (GQ, 2014)
  2. Skatole – A Natural Monstrosity In Perfume, Parliaments, Produce And Poop (American Council on Science and Health, 2020)
  3. Impact of the Gut Microbiota on Intestinal Immunity Mediated by Tryptophan Metabolism (Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2018)
  4. 羧酸(教育部重編國語辭典修訂本,臺灣學術網路第六版)
  5. Emil Fischer Biographical (the Nobel Prize)
  6. Skatole (American Chemical Society, 2021)
  7. Identification, quantification and treatment of fecal odors released into the air at two wastewater treatment plants (Journal of Environmental Economics and Management, 2016)
  8. New Insights Into Gut-Bacteria-Derived Indole and Its Derivatives in Intestinal and Liver Diseases (Frontiers in Pharmacology, 2021)

數感宇宙探索課程,現正募資中!

胡中行_96
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。