光谱与计算分析揭示历史丝绸中金属媒染剂的结合机制

这篇研究通过多技术联用策略（UHPLC-QTOF-MS、ICP-MS、XPS）结合密度泛函理论（DFT）计算，首次在分子层面解析了古代丝绸中铝基媒染剂的化学形态与配位行为，为文化遗产修复提供了科学依据。

　　

Highlight

本研究采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用技术（UHPLC-QTOF-MS）对唐代墓葬出土的红、紫色丝绸进行染料成分鉴定，通过比对色谱保留时间、负离子模式下精确分子量（[M?H]^-）及二级质谱碎片特征，结合标准品与文献数据，明确了茜草（Rubia tinctorum）和紫草（Lithospermum erythrorhizon）两种天然染料的存在。

Chemicals and reagents

实验使用高效液相色谱级甲醇、乙腈，分析纯乙醇和盐酸（HCl, 37%），媒染剂为十二水合硫酸铝钾（KAl(SO₄)₂·12H₂O），所有溶液均采用超纯水（18.2 MΩ·cm）配制。

Identification of dye components by UHPLC-QTOF-MS

在负离子扫描模式下，茜草素（alizarin）和紫草素（shikonin）分别通过特征碎片离子m/z 239.03和287.08被检出，其色谱行为与重建样品高度一致，证实了古代工匠采用铝媒染工艺增强染料与丝素蛋白结合的假设。

Conclusion

通过X射线光电子能谱（XPS）证实考古样品中铝主要以Al³⁺形式存在，并与染料-纤维基质形成配位键；检测到的微量单质铝（Al⁰）被归因于埋藏环境中的还原反应。密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示了染料分子中羧基/羟基与Al³⁺的最稳定配位构型，为古代媒染技术的电子级机理研究树立了新范式。