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尽管我们一腔热忱，
可艺术之路漫漫，时间却如此苦短。
——波德莱尔
通过对文物进行细致分析和描述（即表征），人们得以再现过去化学家的种种实践。这种研究形式脱胎于18世纪末萌芽的分析化学，旨在帮助我们了解化学学科的起源和理论思想，尤其是还没被炼金术理论搅和得乌烟瘴气的早期化学。贝特洛（Marcellin Berthelot）就在他的《古代与中世纪化学研究导论》（Introduction à l’Etude de la Chimie des Anciens et du MoyenÂge，1889年）一文中评论道：“炼金术思想让化学变得晦涩难懂，它把持了整个中世纪，并一直延续到上个世纪末。”贝特洛着重研究分析了美索不达米亚和埃及出土的金属物品，想要更好地了解不同历史时期冶炼出的合金的性质，并由此证明史前末期和整个古希腊罗马时期，冶金领域都在不断地创新。
不过，构成这些传世文物的材料成分往往十分复杂（图1.6.1），历经时间长河的洗礼后发生了各种变化，让研究工作变得十分棘手，因此需要研究人员综合各种分析工具来进行探究。例如，想要深入理解一位文艺复兴大师绘画的创作过程，并找到更优的保存手段，就需要对其绘画时使用的颜料、黏合剂和清漆等所有的有机和无机组分进行分析鉴定。在创作艺术作品前，艺术家先要对这些材料进行加工处理，然后在创作过程中不断精心调配：这一过程充分展现了艺术家所掌握的技艺以及付诸实践的能力。
图1.6.1 古埃及墓穴壁画描绘的制香场景，包括研磨、浸泡和烧制等过程（无名底比斯墓TT175，埃及卢克索）
如今，随着化学分析技术的进步，人们开发出了更加灵敏的仪器。将这些先进仪器搭配组合，可对元素、同位素、分子结构进行细致分析，继而揭开绘画颜料之谜。为了更好地研究这些传世之宝，我们调用了几乎所有的表征方法：从大型基础研究设施（如同步辐射或中子源）到微型便携仪器（图1.6.2），以及实验室技术（如电子显微镜和质谱）等，不一而足。这类研究具有极高的跨学科视野，在应用到具体个案时，可以帮助我们进一步揭秘，甚至重现往日的手工业、艺术实践或特定化工业的起源。下面两个案例便很好地展现了软化学的运用是如何服务于美容与艺术领域的：这类方法的特点是在室温下，利用可悬浮在水性介质中的颗粒物的相互反应，形成新化合物。
图1.6.2 使用X射线衍射法分析提香（Tiziano Vecelli）在绘制油画《哀痛圣母》（ Mater Dolorosa ，现藏于马德里普拉多博物馆）时使用的颜料
案例一展现了一种古代眼药粉剂的制作过程。早在公元1世纪，迪奥斯科里德（Pedanius Dioscorides）和老普林尼（Gaius Plinius Secundus）就在《博物志》（ Naturalis Historia ）中提到这种眼药粉的存在。其中一个配方需要将一种叫“密陀僧”（即氧化铅）的物质“在研钵中研磨6天，每天用冷水冲洗3次，并在傍晚时用混合了岩盐的热水冲洗，最后再进行下一步处理”。用化学术语描述，就是氧化铅缓慢地进行转化反应，产生一种碱性溶液，这种溶液需要通过多次换水来中和处理，而多次的换水会使反应向正方向移动。用化学方程式表述，就是：
实验室针对这一制备方法的研究表明：反应中最后产生的精细粉末实际上是羟氯铅矿（laurionite），它由一种碱式氯化铅组成，化学式为Pb(OH)Cl，是一种极为罕见的天然矿物。尽管我们可以通过以水为基底的一些简单化学反应合成该物质，但合成过程既漫长又烦琐，需要极大的耐心。
图1.6.3 a.羟氯铅矿；b.水白铅矿；c.白铅矿
后来，人们在古埃及墓葬中也发现了羟氯铅矿，它被混在一种用于上妆的黑色粉末里，其年代远远早于老普林尼所描述的制备方法出现的时期。位于法国格勒诺布尔的同步辐射实验室对具有三四千年历史的几座古墓中的多个瓶子样本进行了研究，发现这种黑色粉末的主要成分是硫化铅，同时它也含有其他矿物质，其中就包括了羟氯铅矿（图1.6.3a）。羟氯铅矿在自然界中很少见，埃及也没有矿床，瓶中的羟氯铅矿只可能是古埃及人合成的。可见，早在古埃及罗马时期，人们就认识到了该矿物质所具有的疗效。由于尼罗河流域的气候条件容易导致眼部感染，因此，这种化妆品还可以起到预防和治疗感染的效果。
案例二则关系到绘画史上最重要的颜料之一——铅白。从古希腊罗马时期一直到20世纪初，铅白都是通过将铅箔放置在装有醋的容器（包裹有肥料）上方获得的。如此条件下，铅会缓慢地被腐蚀，表面形成一种白色腐蚀物，将它们刮下后便可获得由两种矿物质小晶体构成的颜料：碱式碳酸铅（Pb 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 ）和碳酸铅（PbCO 3 ），俗称分别为水白铅矿和白铅矿（图1.6.3b和c）。最后生成物的相对数量往往根据所使用的工艺细节的不同而有所变化。
因此，通过查阅16世纪初不同绘画协会的章程手册以及艺术家工作室的材料清单，我们至少可以确定当时市面上有3种类型的铅白：普通铅白、威尼斯铅白和安特卫普铅白粉。由于提纯程度不同，它们的品质也有所区别：在水中浸泡几天后形成的粉末可制备更细的铅白粉。这种选择方式的不同加之两种晶体变种会产生形状不同的颜料颗粒，导致不同品质的铅白会具有不同的光学特性。与白铅矿不同，水白铅矿呈薄片状，而白铅矿的颗粒是更加规则的卵形。这种形态上的区别导致颜料的覆盖能力和光散射能力有所不同。研究人员对维米尔（Johannes Vermeer）的《戴珍珠耳环的少女》（ Het Meisje met de Parel ）、提香的《哀痛圣母》或达·芬奇（Leonardo da Vinci）的《圣母子与圣安妮》（ The Virgin and Child with St. Anne ）等画作进行分析后发现，同一幅画中会使用不同的铅白。达·芬奇喜欢用富含白铅矿的颜料来描绘肤色，而剩下的部分会使用另外一种铅白。
这两个有关铅化合物的案例尤为精彩地展现了古人的智慧，他们掌握了复杂的化学工艺，为社会提供了广泛且持续的生产材料。也就是说，从古希腊罗马时期起，专门的“化学工业”就已如火如荼地发展起来了。
1. Walter Ph., Cardinali Fr., L ’ Art-Chimie, Enquête dans le laboratoire des artistes ,Éditions Michel de Maule/Fondation de la Maison de la Chimie, 2013.
2. Walter Ph, Sur la palette de l ’ artiste: la physico-chimie dans la création artistique ,coll.《Leçons inaugurales du Collège de France》, n°245, Collège de France,Fayard, 2014.
（菲利普·瓦尔特）