高能X射线揭示了古埃及墨水的秘密

一个国际科学家团队使用高能X射线分析了古埃及纸莎草纸上的12个碎片，并在使用的红色和黑色墨水中发现了铅化合物。根据他们在《美国国家科学院院刊》上发表的最新论文，有证据表明添加这些化合物不是为了色素沉着，而是为了它们的快干特性，以防止油墨如人们所写的那样弄脏。 15世纪欧洲的画家在开发油画颜料时也使用了类似的技术，但这项研究表明，古埃及人在1400年前就发现了这种技术。因此，这种做法可能比以前设想的要广泛得多。

“我们对独特的Tebtunis寺庙图书馆的纸莎草纸上的墨水进行分析后发现，以前未知的红色和黑色墨水成分，尤其是铁基和铅基化合物，”合著者托马斯·克里斯蒂安森说。哥本哈根

如我先前所写，同步加速器辐射是在粒子加速器内产生的非常高强度X射线的细光束。将电子发射到线性加速器中以提高其速度，然后将其注入存储环中。当一系列磁铁弯曲并使电子聚焦时，它们以近光速度放大环。在此过程中，它们发出X射线，然后可以将其聚焦在光束线上。这对于分析结构很有用，因为通常，使用的波长越短（光的能量越高），则可以成像和/或分析的细节越细。

这就是同步加速器辐射在分析艺术品和其他无价伪像以及其他应用中特别有用的原因。早在2008年，欧洲科学家就使用同步加速器辐射重建了文森特·梵高（Vincent van Gogh）画的一位农民妇女的隐藏肖像。这位画家（以重复使用画布而闻名）在创作1887年的《草丛》时曾在其上作画。同步加速器辐射激发画布上的原子，然后原子发出自己的X射线，这些X射线可由荧光检测器拾取。绘画中的每个元素都有其自己的X射线签名，因此科学家可以识别出绘画中许多层中每个元素的分布。

去年，我们报道了一支由荷兰和法国科学家组成的团队的工作，他们使用高能X射线解锁伦勃朗的著名配方技术的秘方，而伦勃朗被认为已失去了历史。 Impasto（翻译为“面团”或“混合物”）涉及将油漆以非常厚的层涂到画布上。尽管可以添加丙烯酸类凝胶作为增稠剂，以获得与丙烯酸类相似的效果，但通常由于其稠度和干燥时间较慢而通常用油画颜料来完成。伦勃朗用它来表示他的画中衣服或珠宝的褶皱以及其他物体。科学家发现在顺流层中存在一种名为铅锌矿的矿物质，这是该时期涂料中罕见的元素。

今年早些时候，我们报道了一个国际科学家团队的工作，他们使用这种方法确定了爱德华·蒙克（Edvard Munch）著名画作《尖叫》（The Scream）令人担忧的退化迹象的原因。他们的分析表明，损坏的原因不是暴露在光下，而是潮湿（尤其是博物馆参观者的呼吸），也许是因为他们俯身仔细看了一下大师的笔触。

这项最新研究建立在过去十年左右的工作基础上，旨在研究古埃及，希腊和罗马的墨水发明和历史。 ＆＃34;墨水就是历史，从这个意义上讲，在5,000多年的历史中，墨水已被用来在各种媒体上刻写大量的脚本和语言，＆＃34;作者写道，最早的例子可以追溯到公元前3200年的埃及。在此期间，黑色墨水用于书写文本的主体，红色墨水用于突出显示标题，关键字等。

＆＃34;通过应用21世纪的最新技术来揭示古代墨水技术的隐藏秘诀，我们为揭示书写实践的起源做出了贡献，＆＃34; ESRF的科学家Marine Cotte的合著者说。

这些油墨通常由烟灰和cher石制成，与某种粘合剂（通常是阿拉伯胶）混合，然后悬浮在动物胶，植物油或醋中。然后将混合物干燥并压成颗粒，以便划线员可以轻松携带墨水。当他们需要使用它时，他们会将干燥的颗粒与少量水混合，使用芦苇笔的笔尖进行实际书写。从这个意义上讲，着色剂更类似于油漆，因为它们将被分类为颜料而不是染料。

科特，克里斯蒂安森和他们的同事之前曾研究过在开罗西南部的所谓的特布尼人圣殿图书馆的两个小酒窖中发现的几份手稿中11个幸存碎片上使用的红色，橙色和粉红色墨水。这项工作揭示了一种基于铁和铅化合物混合物的不寻常的红色墨水，该墨水以前没有文献记载，尽管在普林尼的《自然历史》中提到将red石和铅白混合制成橙红色颜料。这组作者说，它通常在公元前30年至公元400年之间被埃及画家用作肉色，但是直到他们的研究才在古埃及纸莎草纸上被发现。

对于这项最新研究，研究小组有兴趣分析寺庙纸莎草纸碎片中红色和黑色墨水的矿物质，特别是特定的铁和铅化合物。他们使用了许多同步辐射技术来探测化学成分，包括微X射线荧光，微X射线衍射和微红外光谱。他们发现了磷酸铅，硫酸铅钾，羧酸铅和氯化铅的复杂混合物。

“红色墨水中的铁基化合物很可能是cher石（一种天然的大地色颜料），因为在o石中发现了铁与铝和矿物赤铁矿一起被发现，＆＃34;哥本哈根大学的合著者Sine Larsen说，结果。 ＆＃34;铅化合物同时出现在红色和黑色墨水中，但是由于我们没有确定用于使墨水着色的任何典型的铅基颜料，因此我们建议抄写员使用这种特殊的铅化合物进行干燥墨水而不是颜料。”

Cotte等。我们认为，鉴于红色墨水的复杂性（需要一些专门知识）以及制造这些墨水所需要的大量原材料，寺院的牧师可能不会自己制造墨水。

团队还注意到了一个不寻常的＆＃34;咖啡环效果＆＃34;在红色墨水标记中。当单一液体蒸发并且溶解在液体中的固体（例如咖啡渣）形成一个告诉环时，就会发生咖啡环效应。发生这种情况是因为蒸发发生在边缘比中心快。任何剩余的液体向外流到边缘以填充间隙，从而将这些固体拖到边缘。在这种情况下，红色o石颜料存在于较粗的颗粒中，它们留在原处，而更精细研磨的可溶性铅化合物扩散到纸莎草细胞中以产生环效应，使其看起来（在微米级）就像字母一样已概述。

＆＃34;先进的基于同步加速器的显微分析为我们提供了关于2000年前古埃及和罗马红色和黑色墨水的制备和组成的宝贵知识，＆＃34; 克里斯蒂安森说。 ＆＃34;而我们的结果得到了古埃及墨水生产设备的现代证据的支持，该证据来自可追溯到公元三世纪的希腊炼金纸莎草纸上的魔咒。 它是指在车间内部准备的红色墨水。 这种纸莎草纸是在底比斯发现的，它很可能属于像本文研究的纸莎草纸一样的神职人员图书馆，因此可以洞悉罗马晚期埃及神父使用的某些化学艺术。