紫外诱导红外荧光成像

珍妮弗·马斯（Jennifer Mass）

1．分类

紫外诱导红外荧光成像（ultraviolet-induced infrared fluorescence imaging）属于非破坏式成像技术。检测对象不会因紫外线暴露而受损。

2．说明

这种技术需采用发射波长365 nm的长波紫光源作为激发源。这种高能辐射会导致绘画材料发出可见光段、红外段的荧光或低能辐射。当一种化合物吸收波长较短的电磁辐射，电子提升到更高的电子能级时，就会发出荧光。这些电子在返回基态前会经历一个非辐射弛豫过程，因此发射出的光比吸收光波的波长更长（能量更低）。在这种情况下，无论入射辐射的波长是多少，一种固定电子结构的分子只会产生一种固定波长的荧光。这种现象会发生在一些无机质的绘画颜料上，包括锌白和镉基颜料（如镉黄、镉橙和镉红）、绘画中假性颜料（如茜红、紫罗兰和印度黄）所包含的有机染料上也可以观察到这种现象。紫外激发可见荧光时，可同时观察到颜料中的所有荧光材料（包括天然树脂光油和蛋白质黏结剂）发出的荧光。因此对这种成像的解读是非常具有挑战性的。相比之下，受紫外诱导发红外光的材料比发可见光的材料少得多，因此，紫外诱导红外荧光成像是一种高选择性的技术。

可观察到紫外诱导红外发光现象的颜料粉包括镉黄、镉橙、镉红、埃及蓝、中国蓝和中国紫。可以用带可见光滤镜（屏蔽715 nm以下光波）的商用相机拍摄记录这种发光现象。

3．应用

这种技术可屏蔽一般颜料填充料／基料（如锌白）和有机颜料（如茜素红和印度黄）发出的可见荧光。可用它来检测镉系颜料发出的荧光。例如，镉黄的最大荧光发射波长高达750 nm，镉橙的最大荧光发射波长高达800 nm，镉红的最大荧光发射波长高达850 nm，埃及蓝的特征最大荧光发射波长高达910 nm。因此850~910 nm的滤镜可用于识别埃及蓝颜料的荧光，同时还可屏蔽镉系颜料的荧光。

4．局限性

紫外诱导红外荧光成像是一种非常强大的成像技术，但仅适用于少数品种的颜料粉。不过对于含有大量锌白的绘画来说，它是一项关键的分析技术，因为锌白受紫外诱导会发出蓝绿色可见荧光，这类绘画的可见荧光成像反映的主要是锌白发出的荧光，会掩盖其他材料的发光现象。

5．补充技术

紫外照相术、便携式X射线荧光斑点分析、宏观X射线荧光成像、高光谱成像以及光纤反射光谱法。

6．技术规范与注意事项

—紫外光源的品牌和型号

—可见光滤镜的波长、品牌和型号

—拍摄记录用的相机品牌和型号

7．技术简史

以埃及蓝、中国蓝和中国紫的近红外发光作为诊断工具的文献首次发表于2000年。关于镉系颜料红外荧光的文献于1982年首次发表于文化遗产科学类期刊（ de la Rie ）。

8．文献

[1] Comelli, D., V. Capogrosso, C. Orsenigo, and A. Nevin, ‘Dual wavelength excitation for the time-resolved photoluminescence imaging of painted ancient Egyptian objects’, Heritage Science 4. (2016)

[2] Mass, J. L., E. Uffelman, B. Buckley, I. Grimstad, A. Vila, J. Delaney, J. Wadum, V. Andrews, L. Burns, S. Florescu, and A. Hull, ‘Portable X-ray fluorescence and infrared fluorescence imaging studies of cadmium yellow alteration in paintings by Edvard Munch and Henri Matisse in Oslo, Copenhagen, and San Francisco’, The Noninvasive Analysis of Painted Surfaces: Scientific Impact and Conservation Practice, Eds. Austin Nevin and Tiarna Doherty, Smithsonian Contributions to Museum Conservation 5. (2016)

[3] Ganio, M., J. Salvant, J. Williams, L. Lee, O. Cossairt, and M. Walton, “Investigating the use of Egyptian blue in Roman Egyptian portraits and panels from Tebtunis, Egypt”, Applied Physics A, 121 (3), pp. 813-821. (2015)

[4] Thoury, M., J. Delaney, R. de la Rie, M. Palmer, K. Morales, and J. Kruger, ‘Near-infrared luminescence of cadmium pigments: In situ identification and mapping in paintings’, Applied Spectroscopy 65 (8) pp. 939-951. (2011)

[5] Verri, G. ‘The spatially resolved characterization of Egyptian blue, Han blue, and Han purple by photo- induced luminescence digital imaging’, Analytical and Bioanalytical Chemistry 394 (4),’pp. 1011-1021. (2009)

[6] Verri, G., P. Collins, J. Ambers, T. Sweek, and St. John Simpson, ‘Assyrian colors: pigments on a neo-Assyrian relief of a parade horse’, The British Museum Technical Research Bulletin 3, pp. 57-62. (2009)

[7] de la Rie, R., ‘Fluorescence of paint and varnish layers (Part I)’, Studies in Conservation, 27, pp. 1-7. (1982)