山东聊城山陕会馆始建于乾隆八年, 历经多次扩建与重修, 布局紧凑, 装饰华美, 是我国古代会馆里保存较好的精品。 会馆兼具神庙与商业会馆功能, 是古运河商业繁荣的见证, 具有较高的艺术和文化价值。 目前对于聊城山陕会馆的科学研究聚焦于其建筑形制、 装饰艺术美学等, 尚未开展对其建筑彩画的制作工艺及材料的科学分析。 本研究利用显微观察、 扫描电子显微镜-能谱分析、 激光拉曼光谱分析和红外光谱分析, 对取自聊城山陕会馆的27个建筑彩画的红色颜料进行分析鉴定。 结果表明, 使用的彩画红色颜料有铁红、 朱砂、 铅丹和茜草染料。 制作工艺方面, 发现普遍性的重层彩画, 既有重做地仗以后涂刷新颜料的技法, 也有“章丹打底朱砂盖面”这种直接绘制两层颜料的古代建筑彩画中的常用工艺, 这与聊城山陕会馆历经多次修缮的史实相符。 此外, 还发现在红色颜料中加入钙、 钡的硫酸盐作为红色颜料改性剂的工艺。 研究中首次发现将茜草染料用作建筑彩画颜料, 是对清代使用有机染料制作建筑彩画文献记载的有力佐证。 此前对于古代文物中茜草染料的分析鉴定研究, 主要集中于考古纺织品文物上, 多使用质谱技术, 对设备和样品前处理要求高。 研究中利用显微激光拉曼光谱仪对古建筑彩画上的茜草染料进行便捷、 微损分析, 取得了较好的鉴定结果, 将从分析手段上为古建筑彩画有机染料研究提供重要参考。

在动态光散射技术中, 光强自相关数据中信号噪声对测量结果的影响, 主要取决于颗粒粒度反演算法。在多角度测量时, 角度加权则成为左右噪声对测量结果影响的又一重要因素。本文在多角度动态光散射角度加权机理分析的基础上, 研究了光强均值和迭代递归角度加权方法对测量信号噪声影响的抑制作用。结果表明, 无信号噪声时,对于单峰小粒度分布,迭代递归方法加权对小颗粒粒度分布略有展宽; 对于中、大颗粒, 光强均值法进行角度加权所得的峰值误差略有增大; 随着噪声的增加, 迭代递归法加权所得反演结果的性能指标无显著变化, 而光强均值法进行角度加权所得结果的峰值误差和分布误差均呈显著增大的趋势。306/974 nm标准双峰颗粒体系光强均值法和迭代递归法的反演峰值误差分别为0.170/0.121, 0.092/0.097, 迭代递归法峰值位置更准确, 能够验证模拟数据的结论。迭代递归法通过各个散射角逐次反演和比较粒度分布重新计算角度权重, 这种通过角度权重更新的“修正”作用, 在很大程度上抵消了噪声导致的粒度分布误差, 从而显现出抵御噪声影响的“去噪”性能。因此, 在测量噪声较大的环境下, 宜采用迭代递归方法进行多角度加权。

角度权重估计是多角度动态光散射测量技术的重要环节, 其方法可依赖于光强均值或光强自相关函数基线。角度误差对颗粒粒度分布测量准确性的影响在很大程度上取决于角度权重系数的估计。通过对模拟和实测动态光散射数据的反演, 研究了角度误差对基线值法和光强均值法进行权重估计对粒度分布反演的影响。结果表明: 采用两种方法进行角度加权, 无角度误差时反演结果无显著差异。存在角度误差时, 误差对光强均值法反演结果的影响大于基线值法, 并且对大颗粒的影响显著大于对小颗粒的影响。导致这一结果的原因在于, 当散射角存在误差时, 基于Mie理论的光强均值法得到的权重系数为理论值, 与实测的光强自相关数据所对应的权重系数存在偏差。而且随着颗粒粒径的增大, Mie散射光强随散射角变化呈现出更为剧烈的波动, 致使这种偏差加大。因此, 采用基于Mie散射理论的光强均值法进行角度加权, 对多角度光散射测量装置应提出较高的精度要求。

针对截断奇异值分解方法进行动态光散射反演存在的颗粒粒度信息丢失问题, 本文在分析自相关函数不同衰减时段粒度信息分布差异的基础上, 提出利用每一角度核矩阵与对应角度下粒度信息在自相关函数不同延迟时刻的分布构建扩展矩阵的扩展截断奇异值分解方法.该方法通过用自相关函数中每一延迟时刻的粒度信息, 调节同一时刻原核矩阵数据对信噪比的贡献, 进而保留了更多的有效奇异值, 减少了由于奇异值截断引起的信息丢失, 在保证抗噪性的基础上, 提高了自相关函数的信息利用率.在1×10－3噪声水平下, 对一组单峰宽分布(260 nm)和三组双峰颗粒分布(250/750 nm)、(270/800 nm)以及(306/974 nm)的模拟动态光散射数据, 进行了单角度、3角度和6角度反演.结果表明, 与截断奇异值分解方法相比, 采用扩展截断奇异值分解方法反演得到的峰值粒度误差和分布误差均明显减小.对306/974 nm颗粒体系的6角度实测数据的反演表明, 采用扩展截断奇异值分解法得到的颗粒峰值粒度误差由非扩展方法的0.032/0.016降至0.029/0.006, 且得到的峰值比更接近真实值.

针对多角度动态光散射测量技术中通过Mie散射光强计算的角度权重估计方法存在信息利用率与抗噪性之间的矛盾, 提出利用每一角度所有粒度的整体Mie散射空间特征进行角度加权和利用每一粒度对应Mie散射光的细节特征对核矩阵做元素加权的复合角度加权方法, 并结合正则化方法进行了模拟和实测的多角度动态光散射数据反演.与采用光强比值法和光强均值法的反演结果比较表明, 多角度动态光散射反演结果与角度加权方法密切相关.无噪声影响时, 光强比值法和复合角度加权法都能得到准确的颗粒粒度分布, 但光强均值法信息利用率不高; 随着噪声水平的提高, 光强比值法反演结果急剧变差, 表现出较低的抗噪性能.复合角度加权方法通过兼顾信息利用率和抗噪性能, 使得增加散射角时信息增多的优势得以更好地显现, 并且有效地抑制了角度增多带来的噪声影响.该加权方法显著提高了多角度动态光散射进行颗粒测量, 特别是对多峰分布颗粒体系测量的准确性.

在分析角度误差对测量结果作用机制的基础上, 采用不同的角度误差, 通过对六组单峰(82 nm、104 nm、350 nm、431 nm、816 nm和865 nm)和三组双峰(137/601 nm、242/750 nm和470/895 nm)颗粒体系的模拟数据及306 nm/974 nm双峰颗粒体系实测动态光散射数据的反演, 研究了权重估计和基线计算两种途径中角度误差对反演结果的作用. 结果表明, 角度误差对颗粒粒度分布反演结果的影响是由基线计算和权重系数估计的双重作用途径产生的; 权重因素对峰值和性能误差的影响明显大于基线因素, 仅在小颗粒窄峰测量时, 基线因素对峰值误差的影响略超权重因素, 但权重因素对性能误差的影响仍然大于基线因素.