蔡軍，李文，史梅，胡文兵

1南京大學化學化工學院，配位化學國家重點實驗室，南京 210023

2南京大學化學化工學院，公共儀器中心，南京 210023

3南京大學歷史學院，南京 210023

4南京大學博物館，南京 210023

以刺血為墨書寫的佛家經書即血經是中國佛教信仰文化中的一種特殊現(xiàn)象，盛行于六朝隋唐時期。血經是中國傳統(tǒng)佛教經書的珍稀寫本，有著極高的研究價值，已有多位學者對其淵源和意義進行了探討[1-3]。然而，除了從經文題跋信息和字體色彩狀況來判斷血經的真實性之外，目前考古學界并沒有其他更為科學的方法對其進行進一步的鑒定，不利于血經這一類重要文物的收藏、修復和保護。一般現(xiàn)存館藏的血經都有詳盡的成文和傳承記載，其中敦煌莫高窟藏經洞中出土的唐代血經是已知現(xiàn)存最早的血經[1,4]。自1900年發(fā)現(xiàn)敦煌莫高窟藏經洞以來，敦煌文物早期在發(fā)掘時被盜搶嚴重，有很大一部分文物流落在館藏外。唐人寫本《大方便佛報恩經殘卷》朱書和血書兩卷即是散落在外的經書(以下簡稱為朱書和血書)，均為紙本卷軸裝，楷書字體抄錄，偶見墨筆補字，有烏絲欄，卷中留有收藏家的題跋和印章，并說明是殘卷，屬于國家一級文物。由題跋可知，兩卷曾一起被晚清舉人廉泉及夫人吳芝瑛所珍藏，應為其表兄孫寒厓赴任甘肅和新疆途中所得，后經金陵大學創(chuàng)始人、美籍傳教士福開森轉贈予金陵大學，現(xiàn)被南京大學博物館所收藏[5]。朱書的經文字體顏色較深，有“朱書”題名，而血書的經文字體顏色較淺，有“血書”題名，這些都符合朱經和血經的考古學特征。考慮到字體顏色的深淺也可能是書寫時顏料固含量的高低不同所致，所以單憑顏色深淺還不能科學地判斷血書字跡是否含有血液成分?？脊艑W雖然對血書的真實性已有毋庸置疑的推論，但仍然需要一種更為科學的方法對血書字跡的化學成分進行鑒定。本文介紹了一種原位無損鑒定血書字跡化學成分的方法。我們通過使用可攜帶式X射線熒光光譜儀(pXRF)比較分析了兩卷經文紅色字跡中典型金屬元素汞和鐵的組成比，將其與朱砂原粉和動物血跡中汞和鐵的組成比進行對照，從而判斷出血書字跡為血液與朱砂兩者混合所書寫。該方法操作簡單、方便快捷、靈敏度高、含量檢測下限低、對朱砂所含汞元素和血跡所含微量鐵元素的檢測結果較為可靠，為血經類文物字體化學元素成分鑒定提供了一種科學可靠的檢驗方法，可用于大學課堂上化學知識跨學科綜合運用的教學案例。

1 技術背景

人體血液總重量中雖然水的含量高達90%，血紅細胞約占血液總體積的55%[6]，其所攜帶的氧化鐵是血液呈現(xiàn)紅色的物質來源。利用血跡中血紅蛋白所含鐵元素的催化作用或者血紅蛋白的顯色反應來驗證血跡是傳統(tǒng)的檢驗方法[7]。但是，這些傳統(tǒng)方法都會破壞樣品，且易受樣品中摻雜的其他物質的影響，有一定的誤檢率。現(xiàn)代較為先進的免疫學方法、生物化學方法、分子生物學方法能精確地檢驗出血跡，但是也會損壞樣品[8]。Loy曾另辟思路，對石器時代工具上在特殊條件下保存較好的殘留血跡進行了蛋白質提取和結晶，通過晶體形態(tài)對比可進行物種來源鑒定[9]。因為蛋白質在普通環(huán)境中極易變質，所以該方法對于年齡較長血跡的保存環(huán)境有較高的要求，且同樣需要破壞樣品。隨著現(xiàn)代光譜技術的發(fā)展，一批利用紅外、可見和紫外吸收光譜技術進行血跡鑒定的無損檢測技術被開發(fā)出來[10-13]。這些技術主要針對血液中的有機組分進行光譜分析。因為血跡中的有機組分如果暴露在環(huán)境中，隨著時間會發(fā)生降解、變性等化學變化，可利用吸收光譜方法對血跡的形成時間進行預測[14,15]。當血跡的年齡較長，其中有機物的降解較為嚴重，且不易找到相應的已知血跡的樣品進行數(shù)據(jù)對照時，則不能很好地對光譜數(shù)據(jù)進行比對和解釋，這限制了吸收光譜方法對形成時間較長血跡的鑒定。另外血跡附著物的材料性質等外在因素對光譜數(shù)據(jù)也有較大影響，這也限制了吸收光譜技術在血跡鑒定中的應用。

采用朱砂丹書是古代的文化習俗，以紅色墨水抄寫經文，顯示對文字內容的敬重。血液中的血紅蛋白具有兩親性，有助于朱砂微粉更均勻地分散開來，并穩(wěn)定懸浮在墨水中，對書寫效果較為有利，但缺點是由于血液中鐵元素含量較低，隨著有機物的分解，顏色會逐漸淡化。本文要鑒定的血書成書于唐代，是重要的歷史文物，只能在博物館現(xiàn)場采用無損方法進行鑒定。距今已經一千三百多年的血書，從其淺淺的紅色字跡可以看出大部分血紅蛋白已經分解，加之缺少比對樣品，因此常用的吸收光譜方法不能很好地鑒定。雖然血紅蛋白分解無幾，殘留的鐵元素并不會隨時間的流逝而減少，以紅色的三氧化二鐵留存。根據(jù)有關研究，人體血液中鐵元素的含量在400-600 μg·mL-1[16]，根據(jù)血液密度為1.05-1.06 kg·L-1，經過換算血液中鐵元素含量約為300-500 μg·g-1，血液中水分揮發(fā)后形成干的血跡的鐵元素含量應在1000 μg·g-1以上。本文研究的朱書字體顏色鮮艷，血書字體顏色比較淺淡。雖然在古代，赤鐵礦粉末(主要成分為三氧化二鐵)也可能被用作為赤色顏料[17]，但與朱砂類同，沒有必要與朱砂混用，另外，如果人為地摻入三氧化二鐵，血經的字跡也不可能褪色變淺。古代傳統(tǒng)的朱砂原料主要含汞元素，鐵元素含量極低且根據(jù)原料來源和提純工藝有所不同。朱經和血經來源相同，成書時間相近，應該采用了同一種來源的朱砂。因此我們可以通過現(xiàn)代儀器分析技術中靈敏度較高的發(fā)射光譜技術，對照朱書字跡所含的主要朱砂成分，分析血書紅色字跡相對含量較高的鐵元素來鑒定血書的真實性。

為了不損壞文物，我們只能考慮無損的鐵元素檢測方法。當前無損的發(fā)射光譜元素檢測方法主要有基于電子探針平臺的X射線能譜儀(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDX)和X射線熒光光譜儀(X-ray Fluorescence Spectrometry，XRF)[18]。EDX以電子束作為探針，檢測作用于樣品后的X射線能量譜帶和強度信息進行元素成分定性和定量分析。要求檢測環(huán)境有較高的真空度，提供真空的輔助設備較多，儀器不易移動，相應的樣品倉尺寸也受到限制，只能滿足小體積樣品的固定地點測試。因此EDX不太方便作為我們進行現(xiàn)場血書鑒定的設備。XRF儀器通過檢測X射線照射樣品后發(fā)出的特征熒光波長與強度進行元素定性定量檢測，該方法在元素分析中有重要的應用[19]。該方法的分析精密度和準確度可與經典化學法相媲美[20]。XRF方法在古玉器鑒定[21]、文物紙張材質分析[22]、古畫顏料鑒定[23]、紡織品文物鑒定分析[24]，以及人體元素分析[25]等研究中都有應用。綜合兩種儀器優(yōu)勢的能量色散型XRF技術發(fā)明制作出了可移動手持式的XRF (Portable XRF，pXRF)設備。該設備可直接應用于現(xiàn)場、原位和活體分析快速無損檢測。該方法能測量元素在元素周期表上的范圍為Na-Nd。固體樣品中主、次、痕量多元素可同時測定，檢出限約為μg·g-1量級范圍。由于該設備具備便攜性和高靈敏性，使得其在考古文物鑒定工作中獲得了廣泛的應用[26,27]。國外對美國地質調查局RGM-1標準黑曜石成分分析[26]和國內李濤等人[27]使用pXRF對古代瓷器的鑒定研究中都肯定了pXRF測試結果的有效性。但是，使用pXRF用于血經字跡成分鑒定的研究至今尚未見報道。

我們首先使用pXRF檢測朱砂原粉、三氧化二鐵粉末和干鼠血這幾種已知物質在紙上浸跡中的汞元素和鐵元素含量，對照EDX檢測結果以確定pXRF對汞元素和鐵元素檢測的可靠性。我們再用該設備對朱書和血書中的字跡重金屬含量進行原位無損分析，通過組分中汞元素和鐵元素的相對含量來判斷書寫用墨的組成。我們以朱書字跡中較高的汞元素含量作為對照組，判定其為純的朱砂所書。血書中顏色較淺的字跡鐵元素含量相對較高，可判定是以血混合朱砂書寫。我們還對血書中不同鮮艷程度的字體進行了對比分析以窺探色彩差異來源，發(fā)現(xiàn)顏色較深字體是采用朱砂修補所致。在對血書中的印章和其他字跡附帶對照測試中，我們推測紅色顏料主要成分仍為朱砂，黑色字跡則不含朱砂。

2 實驗部分

需要鑒定的文物為南京大學博物館館藏的唐人寫本《大方便佛報恩經殘卷》朱書和血書兩卷，見圖1，館藏編號分別為474 (朱書)和473 (血書)。

圖1 唐人寫本《大方便佛報恩經殘卷》

朱砂粉為在憶閣朱砂淘寶店購買的朱砂原粉，經過島津掃描電鏡SSX-550的EDX附件測試元素主要是汞和硫元素，結果見圖2a。三氧化二鐵采購自國藥集團化學試劑有限公司，注冊品牌“滬試”。其EDX能譜元素結果見圖2b。由圖2可見兩種藥品所含元素和藥品信息符合，可作為已知元素的對照樣品使用。

圖2 朱砂(a)和三氧化二鐵(b)的EDX圖譜

現(xiàn)場無損測試儀器為賽默飛尼通便攜式元素分析儀Niton XL3t 950，采用plastic模式檢測，如圖3所示。

圖3 使用可攜帶式X射線熒光光譜儀(pXRF)分析唐代經書字跡成分時的現(xiàn)場照片

3 數(shù)據(jù)和分析

3.1 已知物質樣品的測試結果

我們首先采用pXRF對已知朱砂、三氧化二鐵及動物血浸漬在紙上的樣品進行實驗室驗證式測試。檢測樣本除了朱砂和三氧化二鐵樣品的粉末以外，還分別有各自加水混合后滴在普通打印紙上自然風干得到的有色痕跡，以及朱砂和三氧化二鐵分別按照50 : 50和99 : 1的質量比例與水混合后滴在普通打印紙上自然風干得到的有色痕跡。動物血樣品來自于實驗室自養(yǎng)的實驗小鼠的新鮮血液。將其滴在普通打印紙上自然風干即得到動物血的血跡樣品。已知物質樣本及不同處理樣品的pXRF測試結果中汞Hg和鐵Fe元素的含量統(tǒng)計在表1中。表1還附上了不同樣品的拍照圖片。從圖片可以看出，朱砂樣本是鮮艷的紅色，而三氧化二鐵的顏色為暗紅色，即使兩者的混合物浸潤到紙上晾干，顏料的顏色也較深。

我們采用測量到的汞和鐵元素含量的比值來比較汞和鐵元素相對含量的高低。汞/鐵比值越大說明汞元素在整個樣品中的含量越高。朱砂粉主要成分為硫化汞，檢測結果顯示其含有豐富的汞元素，同時朱砂中還含有極少量(μg·g-1級含量)的鐵元素，可能來源于天然礦物中的雜質。微量鐵元素并沒有被EDX的對照實驗所檢測到，說明pXRF對鐵元素的檢測比EDX更加靈敏。從三氧化二鐵的結果來看，未檢出汞元素，與EDX的對照實驗一致。從涂布到紙張上汞和鐵的組成比例變化帶來的響應看，鐵元素濃度下降近50倍，但信號響應比值只下降了大約五倍，說明汞元素的響應不如鐵元素的響應大，pXRF對鐵元素的檢測響應更為強烈。所以，即使干燥的動物血跡含有μg·g-1級的微量鐵元素，也能被pXRF有效地檢測出來，說明pXRF設備和傳統(tǒng)的XRF具有同樣低的檢出限[16,25]，能滿足血書中微量鐵元素含量變化的檢測。我們用EDX測試了表1中樣品的Hg/Fe比值，結果見表1最后一列。朱砂和三氧化二鐵50 : 50的混合樣品其EDX測試Hg/Fe比值為1.25，與pXRF的結果較為接近。其他樣品中微量的汞或鐵元素因為EDX檢測限大于pXRF，靈敏度較低，所以微量的Fe或者Hg不能被檢出。

表1 已知物質樣品的pXRF和EDX對照測試主要元素含量結果

3.2 朱書的測試結果

朱書部分字跡的pXRF主要元素統(tǒng)計結果見表2，主要是汞元素和鐵元素，未見其他較為明顯的金屬元素成分。從圖1中可以看出朱經的字體色彩鮮艷，未因長時間存放而褪色。和朱砂原粉字跡相比汞/鐵比值較低，可能是因為顏料厚度比較小，在樣品信息采集量較少時對鐵元素更為敏感所致。也有可能和朱砂來源產地礦物成分及精加工方法有關。表2隨機所選可見字跡的汞/鐵比值一般在10左右，考慮到汞元素的檢出特殊性和字跡顏色維持的狀態(tài)，以及朱書上的題跋文字說明，基本可以判定朱書的書寫用墨為朱砂，可以用作我們對血書的書寫用墨進行鑒定的對照組。另外對卷軸上印章的印泥也進行了檢測，可以判斷該印章所用紅色印泥主要成分也是朱砂。

表2 朱書字跡的pXRF測試主要元素統(tǒng)計表

3.3 血書的測試結果

對血書中字體褪色嚴重的字體如經書中的“水”和“死”字，其pXRF測試結果統(tǒng)計在表3中，主要可測元素成分仍然主要是汞元素和鐵元素，未見其他較為明顯的金屬元素成分。結果顯示其汞/鐵比值相較于朱經所測字體有很大幅度的下降，鑒于顏色雖然消退很多，但是仍然為鮮紅色并含有少量汞元素，不含汞和鐵以外的其他重元素，所以推測其為大量血和少量朱砂的混合顏料所書寫，書寫初期顏色應較為鮮艷，由于血跡中的血紅蛋白隨時間發(fā)生降解而導致褪色。

表3 血書中較淡字跡的pXRF測試主要元素統(tǒng)計表

在血書中還有一些色彩明顯較為鮮艷的字體，我們也將測試的結果統(tǒng)計在表4中。結果顯示這些字體汞/鐵比值較高，和朱書的檢測結果較為接近。可推測這些字體是事后修補過的，所用書寫顏料成分主要是朱砂。有可能是血書字體隨著時間較長而發(fā)生褪色，為保持血書的完整性，后人在原有血書字體上使用朱砂顏料進行修補填寫，以補全因為血跡褪色而接近消失的字體。這進一步說明表3所觀察的淺色字體是當初以血液為主要紅色成分書寫的字體。

表4 血書中較深字跡的pXRF測試主要元素統(tǒng)計表

3.4 血書中其他痕跡的測試結果

血書上還有一些黑色和紅色的痕跡以及印章，使用pXRF對這些痕跡中的汞和鐵元素含量也進行對比分析，主要元素分析結果統(tǒng)計在表5中。從結果可以看出，黑色的筆跡不含汞元素。紅色的印章和滴狀痕跡的汞/鐵比值比較大，應該主要是朱砂成分。滴狀痕跡應為修補時紅色墨水不慎滴落在紙上所致。

表5 血書中其他痕跡的pXRF測試主要元素統(tǒng)計表

4 結語

本文介紹了使用便攜式X射線熒光光譜儀(pXRF)鑒定唐人血經字跡主要成分的化學方法。我們首先驗證性地測試了古代采用的紅色顏料朱砂粉、三氧化二鐵粉末、兩者不同比例混合物以及動物血跡中的汞元素和鐵元素的含量，結果表明pXRF能有效檢測朱砂中的汞元素和血跡中的鐵元素，對微量鐵元素較為敏感，為驗證血書字跡的主要成分是否含有血液成分提供有效的原位無損檢測方法。接著我們使用pXRF對南京大學博物館館藏的唐人寫本《大方便佛報恩經殘卷》朱書和血書中的字跡進行了對比分析。通過汞/鐵含量比值結果，顯示朱書字跡顏料汞含量較高，主要成分為朱砂，符合經書字體較深的顏色和題跋說明；血書顏色較淡的字體汞含量較低，鐵含量較高，不含其他重金屬成分，可判斷較多的鐵元素來自于血液，也符合經書的題跋說明，同時存在汞元素說明混合有少量朱砂的成分；而血書少部分顏色較深的字體顏料則以朱砂為主，推測是后期修補所使用的顏料。兩卷經書中作為對比的章印也表明其使用顏料主要為朱砂，血書中黑色字體則不含朱砂，為普通黑色墨水。本文介紹的工作為鑒定文物血經字跡，特別是對成書年代較為久遠的字跡成分作科學鑒定，提供了一種較為可靠的原位無損檢測化學方法。本文的內容可作為大學課堂教育上將化學知識跨學科應用于考古學的一個生動例子。

致謝：感謝朗鐸科技(北京)有限公司為測試設備提供技術上的支持！