化学作为一门基础学科，在近几百年中蓬勃发展，催生了很多研究分支。同时现代化学的知识与方法也不断地与其他学科相结合，形成了许多交叉领域。其中一些仅限于借用原有学科的技术方法解决零散的问题，而另一些领域则总结出了一套行之有效的标准与原则，甚至进一步建立起研究体系，形成新的学科^[1]。

通常认为文物保护的技术方法大半来自化学，理念则来自博物馆学与考古学。在实验室中，从试剂到原理，可以说化学已经渗透到了文物保护技术的每一个层面；而得益于同设的考古学诸专业，我们能够走出实验室和修复室，来到遗址的田间地头。现今的文物保护需要自然科学，也依赖人文理念，各学科正是在相互交融、借鉴中快速地发展^[2]。

文物保护工作需要的化学知识通常不会太复杂，本科化学专业的基础课程基本可以涵盖。我们工作时，最需要的是集成相关知识，理解其中基本的化学原理，达到解决复杂实际问题的目的。

考古出土的材质与日常习见的器物会有很多不同。比如影视形象里的竹简都是绳子绑成的一大捆硬竹片，而考古出土的竹简和想象中很是不同，实际上十分柔软，像面条一样，所以要用细线绑缚到长玻璃条上，再浸在水中，防止干缩变形损坏。水盆里的东西研究起来总是不如拿在手中方便，所以文物工作者希望把饱水的、软的竹简脱水成干燥的、硬的竹简。2010年北京大学入藏一批秦代简牍，竹简出土后遇到空气颜色变深，最后变成棕黑色，字迹难以辨认，故而须在脱水保护之前先进行脱色处理^[3]。

竹简的变色与其成分有关。竹木材的主要成分包括纤维素(及半纤维素)和木质素，纤维素属于多糖，它在饱水环境中的降解导致竹简变软；而木质素可以大致看成几类复杂的多元酚，自然容易变色。变色的原因首先是氧化，支链氧化出的共轭羰基或是酚氧化形成的醌，都会改变共轭体系，但是这种氧化导致的变色相对有限。多元酚体系在环境中呈现棕色甚至黑色，主要是与三价铁离子络合形成了深色的配合物，如蓝黑墨水的显色就是靠没食子酸与三价铁形成的深蓝色配合物。木材中木质素含量要高于竹材，故而木质简牍的变色就比竹简要严重。那么想把深色的竹简处理回浅色，就需要使多元酚的氧化及络合过程逆向进行，保护试剂自然需要有适当的还原性以及与三价铁的络合能力。

以往的工作中，常用草酸等试剂给竹简脱色，有时也会使用硼氢化钠。这些试剂或是还原性足够强，能够把易氧化的基团以及三价铁还原，或是易与铁离子络合，从而同酚羟基竞争。但这些试剂使用起来多少有些问题，比如草酸，草酸合铁配合物具有一定光敏性，配合物逐渐分解后，简牍的颜色就会回到深褐色^[4]。而使用硼氢化钠时，氢气逸出太快，会导致竹材表面的墨迹脱落。

其实令人满意的保护试剂往往并不复杂，抗坏血酸(维生素C)就是其中较为常见的一种。抗坏血酸的稳定构象实际是个内酯式的多羟基环状烯醇(图1)，而多元酚也可以看成一种多羟基的环状烯醇，结构相似，配位性能也相对合适。抗坏血酸既有很好的还原性，又能够与三价铁离子进行较好的络合作用，没有气味，反应温和，廉价易得。试用以后，即使是黑褐色的木简也能够在一天内回复到正常的浅褐色，经过长期观察，效果十分稳定。当然，抗坏血酸呈弱酸性，氧化产物又可以视作一种糖，这个体系容易滋生微生物，所以实际操作时要在溶液中加入杀菌剂，并且把抗坏血酸和它的共轭碱一起使用，配成缓冲溶液后pH能够稳定。

在埋藏过程中，纤维素发生显著降解，原有的空间被水填充，竹木材的强度下降。故而当水分快速流失时，竹材的尺寸就会急速收缩，有时收缩率高达80%。失水干缩的竹木质文物的复形，较为理想的方法是用稀碱溶液处理，可以基本回复到原尺寸^[5]。既然纤维素大量降解，那么处理的对象就是相对含量升高的木质素。上面说到木质素实际是几类大分子的多元酚，用碱处理后，酚羟基上部分质子被拔去，大量位点相近的负电荷互相排斥，形态自然就舒展开了。

失水皱缩的竹材用稀碱处理后，虽然尺寸能够基本复原，但微观形态却和初始时有较大差异，就像一张压缩过的图片再放回原大，画质也会显著降低。使用扫描电镜观察复形后的竹材，细胞壁上密布大大小小的孔洞，这些孔洞和竹简上的古文字一样，记述着材料载体走过的复杂历程。

文物保护工作的知识并不一定深奥，但方法却比较灵活。待保护的材质千差万别，保护方式也因人而异。在各种各样的方法背后，遵循的保护理念却很一致，那就是保护材料的性能要接近原始材质^[6]。如果保护材料强度太低，或是不耐老化，那就起不到足够的保护作用；反之，保护材料性能超出原始材料太多，同样会引起病害，影响后续的保护。如何把握这个度，就需要充分地认识、透彻地理解文物本身的材质特性。

自20世纪70年代以来，陕西周原凤雏和周公庙遗址先后发现了大量带字卜甲，但这些龟甲保存状态并不很理想，脆弱粉化，强度很低^[7]。如何把写着“文王”“周公”的宝贵文物保存下来，就成了急需解决的课题。甲骨质文物的保护，通行的做法是刷一层透明的丙烯酸树脂，操作简便，但树脂表面会产生明显的炫光影响外观，此外有机材料普遍存在老化变色的问题，而且文物本身的加固强度也不够理想^[8]。树脂材料有如此多的局限，很多学者就把目光投向组成龟甲的基本无机成分——羟基磷灰石，用磷灰石质保护材料去加固天然磷灰石。这一方法理念优良，但是羟基磷灰石本身不溶于水，所以需要制成溶胶，在合适的pH、络合剂条件下高速搅拌以增加溶解度。渗析纯化后的溶胶渗透效果良好，缓慢固结后显出柔和的淡蓝色，硬度与指甲相似。用光散射法测得胶粒的粒径集中在10 nm左右。

进一步考虑，甲骨中不仅有无机成分羟基磷灰石，还有有机的胶原蛋白，胶原由多肽链绞绕成股，结构十分稳定，对促进羟基磷灰石的有序沉积起了非常重要的作用。那么是否可以通过胶原蛋白来强化羟基磷灰石的加固效果？活性高的成品胶原蛋白通常价格昂贵。经过摸索，以动物蹄筋为原料进行制备能够大幅降低成本。制得的胶原蛋白通过盐析提纯，纯化后得到弱酸性的胶原溶胶，而前述羟基磷灰石则是弱碱性溶胶。实际操作时，磷灰石和胶原两种溶胶交替滴渗，胶粒就会在甲骨内部的孔洞里发生聚沉。由扫描电镜观察加固后的甲骨，孔洞完全被封闭，加固材料微观形态光滑规整(图2)^[9]。

胶原与磷灰石复合试剂的合成过程模仿了自然生长的骨质，具有仿生的特点。加固后的甲骨除了质量和强度增加，表面的质感几乎没有什么变化，避免了树脂材料油腻的炫光问题。推而广之，不仅是卜甲，大部分骨质文物都可以采用这种试剂。从保护的理念考虑，这一复合试剂的组成接近文物本体材质，显然是十分出色的。成本低廉操作简便，方法常规而独有创新，可以说“周虽旧邦，其命维新”的意义，不仅刻在周原的甲骨上，也滴滴渗在甲骨之中。

与所有的应用工作一样，在满足要求的前提下，文物保护的措施越简便越好。复杂的操作不利于推广，昂贵的试剂难以大量使用。文物研究不排斥任何新颖的想法，但在保护应用时，则需要格外谨慎，对一些尚未得到时间和实例检验的做法，要充分考虑各方面的风险。

竹木材脱水向来是个难题，早年常采用乙二醛、PEG (聚乙二醇)或醇-醚连浸等办法^[10]，溶剂极性由大而小，渗透大分子的聚合度则先小后大。这种置换的办法逐渐成为常规，置换的试剂则见仁见智^[11]。Zarah等^[12]在研究饱水舰船木材保护时，认为舰船木材的朽坏与微生物降解和化学降解有关，化学降解源自环境中的铁催化生成的酸类如硫酸，故而对木材脱水处理时要抑制微生物代谢，同时除去催化活性的铁。他利用带有杂环的腔体诱导壳聚糖和瓜尔胶(半乳糖与甘露糖聚合成的亲水高分子)组装成超分子。为了增加对三价铁离子的螯合能力，在超分子上接上了儿茶酚(邻苯二酚)基；为了增强抗菌性，在壳聚糖中接上了紫罗碱(4, 4-甲基联吡啶)的氟硼酸盐和β-萘酸。其报道的合成超分子体系对木材的保护效果较好，达到了预期除铁抑菌的效果，脱水处理后收缩率只有30%，耐老化性能也满足要求。

设计思路上，Zarah认为除铁抑菌很重要，所以引入了实现相关功能的基团。硼盐对木材防腐有很好的效果，所以紫罗碱的阴离子选用氟硼酸盐，很大程度是出于功能的考虑。邻二酚对三价铁的络合效果也十分明显，并且在三价铁的诱导下，超分子的链随着酚羟基对铁的配位而变得有规。然而在这些合成技巧的背后，不应忽视实际的应用效果。文中报道收缩率只有30%，然而在保护工作中，30%的收缩率是难以接受的。假设一件饱水漆木盒脱水后，木质胎体缩去30%，而漆膜几乎不皱缩，这件器物将会遭受严重的破坏。

所以新方法、新试剂从研究到应用，需要很长时间的试验和调整。文物保护操作需要保证文物的基本安全，在此之上才能追求踵事增华的理念与设计。这样看来，文物保护工作者和医生确实十分相似，谨慎从来都是必备的态度。

化学在材质研究与保护操作中具有重要作用，而文物保护的对象并不仅限于简单孤立的材质。那么了解文物的价值，熟稔文献的意义，把社会科学的问题转述成自然科学的语言，或是利用化学知识去解释考古学现象，就显得尤为重要。

研究商周青铜器成分的学者，都绕不开《考工记》中的一段记述：“金有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐…”^[13]，大致的意思是：合金有六种成分配比，铸钟鼎的金锡比是六比一，铸斧斤的金锡比是五比一。目前大多数学者认为《考工记》成书在战国早期，“金”是金属铜，“锡”是金属锡，比例反映的是质量比，那么就可以把这段话理解成：战国早期容器及乐器的含锡量在14.3%左右，斧斤类工具的含锡量在16.7%左右^[14]。这一转述就对研究的实验精度提供了要求：既然彼时两类青铜器含锡量的差异只有约2.4%，那么研究战国时期青铜器时，就不仅需要测定器物的平均成分，还需要关注成分的分布情形。

目前考古工作者常用的主要成分测定手段是扫描电镜联用能谱(SEM-EDS)，经标样校准后，误差通常小于1.0%。当选择洁净无锈蚀区域进行分析，可以认为测值能够反映古代器物的合金配比。对湖北随州文峰塔东周墓地200余件青铜容器样品进行分析，平均含锡量在14.5%，标准差为2.2%，近似成正态分布；这说明《考工记》中关于“钟鼎之齐”部分记述是相当符合实际情况的，在东周时期确有可能在统计意义上将含Sn量差别2.4%的两类器物区分开^[15]。

青铜器出土时，表面常常会有锈蚀，锈蚀产物的颜色丰富多彩，红色的通常是赤铜矿(Cu₂O)，绿色的多是孔雀石(Cu₂(OH)₂CO₃)，蓝色的则是蓝铜矿(Cu₃(OH)₂(CO₃)₂)。不同环境下，稳定的腐蚀产物也会有所变化。环境要素通常可以简化为pH、可溶盐种类及浓度、电极电势，由这三者可以基本确定热力学的稳定物相。以电极电势E_h对pH作图(Pourbaix图，图3^[16])，图中存在一系列稳定物相，特定土壤的E_h与pH是一个固定的范围，两相比较就可以确定土壤环境里稳定存在的物相^[17]。

常见的干性土壤，氧化电势通常较高，所出青铜器外表基本是蓝、绿色，腐蚀产物主要是孔雀石及蓝铜矿。渗透性差、微生物活动旺盛的水稻土，则具有相对较低的电势。战国至汉代大型木椁墓内普遍填有膏泥质土，隔水隔氧效果好，故而能够维持很低的电势，所出青铜器的腐蚀产物基本是单质铜或氧化亚铜。那么由离子浓度、还原电势和pH，就能够将腐蚀产物、土壤环境与特定的埋藏行为甚至葬俗联系起来。陕西周原地区出土的部分窖藏铜器，表面光整如新，鲜见锈蚀，就可能与窖藏中人为填充的大量草木灰有关。草木灰具有较强的碱性，又能够将铜器与土壤隔开，能够有效地防止青铜的腐蚀^[18]。

由上面的实例可以看出，无论是文献记述，环境背景还是活动遗迹，社会科学有着不同于化学语言的表达方式，我们要理解这些错综现象的关键是找到合适的模型。

传统技艺百工千慧，虽由人作宛自天开，但是相较而言现代科技更胜一筹，因为我们能够从科学的角度认知古代的事物。新的学术体系在不断开创，新的方法也在不断地融入这个交叉学科，推动文物研究和保护工作迅猛发展。

传统绘画材料的研究一直是保护研究的热门领域，因为我们的书画有装裱传统，揭裱托心都离不开丝绢纸张。以绢本书画为例，认识每个时期丝纤维的特征，对艺术研究和保护工作都有重要的指导意义。蚕丝表面有一层丝胶，在使用前需要沤制或煮沸除去，这一过程称为湅制。不同时代的治丝工艺有所不同，差异就反映在丝胶的残余量上。利用苦味酸及胭脂红可将残存的丝胶染成紫红色，内侧的丝素染成浅黄色，染色后利用光学显微镜拍摄显微照片，再利用MATLAB软件进行图像识别，通过面积求算剩余丝胶的比例。软件识别时需要尽量去噪、设置适当的阈值分割，以获取精确的测值^[19]。

染色-显微图像法能够很好地提取微量纤维样品的综合信息^[20]。借助图像识别的新方法，大量样品的比较及测定成为可能，如果将这一方法覆盖各历史时段的样品，就能够建立起数据库，深化学界对治丝工艺乃至绘画艺术的认识。文物保护作为学科交叉领域，具有天然的开放性，从分子生物学到信息技术，新方法不断地拓展着文物保护的研究领域。如果说修复工作使“泉枯石燥复潺缓”，那么各类新方法的引入，就真正做到了“山川光辉为我妍”。

首都博物馆藏有一件嘉靖青花大缸，表面可见许多锔钉，锔缝处有少量白色的勾缝灰。取样分析得知灰中含有大量的锌和氯，推测原先粉剂为氧化锌，液剂为氯化锌。将氧化锌调成膏状，按一定比例滴入氯化锌饱和溶液，膏剂迅速发热膨胀，可以揉捏塑形，冷却后固化成硬块。从检测结果推测，缸缝的白灰可能是近代西方的修复师使用的牙科粘固填充材料。从这一角度，修复文物和补牙的材料其实没有本质差别，只要便于使用，就能够大行其道。牙科粘固材料从最早的氧化锌体系，发展到磷酸锌、聚丙烯酸锌、复合树脂等体系^[21]，而牙科工具也早已成为文物保护工作中的常用工具。

从这件青花大缸来看，传统的锔固工艺、舶来的勾补材料同温和紫润的嘉靖青花一道，构成了独特的历史记忆，岁月在文物的伤痕中赋予了新的价值。材料的进化历程从未停止，合用的材料淘汰掉不合用的，就像简便的操作取代繁琐复杂的一样自然。那么保护材料的材料，自然也应该具有这样的属性。所以我们需要致力于材料的开发与宣传，积极研究实验；不仅用传统的材料缅怀传统，也用新材料迎接新的时代，这样文物保护的路就会越走越宽。