单边核磁共振技术揭示蛋彩画干燥过程中水分子与脂质动态变化的微观机制

本研究通过单边核磁共振（NMR）技术首次系统监测了中世纪蛋彩画（egg tempera）物理干燥过程中水蒸发与脂质分子运动规律，揭示了颜料层不均匀性及蛋黄粘合剂（EY）成膜机制，为文化遗产保护提供了非破坏性分析新范式。

　　

蛋彩画作为中世纪主流绘画技术，其快速干燥特性迫使画家采用多层薄涂技法，但这也导致颜料层易出现裂纹、不均匀等问题，直接影响作品美学价值与耐久性。传统研究多关注油画的化学干燥过程，而对蛋彩画物理干燥（水分蒸发主导）的微观机制知之甚少。蛋黄粘合剂（EY）作为天然水包油乳液，含有50%水分及低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）等复杂成分，其干燥过程中分子动态变化与最终颜料层性能密切相关。

法国索邦大学联盟文化遗产观察站（OPUS）团队在《Progress in Organic Coatings》发表研究，首次采用便携式单边核磁共振技术（single-sided NMR），结合热重分析（TGA）和弛豫测量法（relaxometry），实时监测了蛋彩画干燥过程中水分子蒸发路径、脂质分子（¹H）迁移率变化及颜料层（如群青、铅锡黄等）微观结构演化。

关键技术方法
研究通过混合新鲜蛋黄制备75wt%粘合剂溶液，与不同颜料（azurite、sienna等）调制成蛋彩画模拟样本。采用单边NMR获取质子密度（¹H）分布及横向弛豫时间（T₂），同步记录薄膜质量损失与厚度变化。6个月后复测以分析化学老化效应。

研究结果
视觉变化
500μm蛋黄薄膜干燥时呈现边缘优先蒸发现象，形成由干燥前沿与凝胶前沿界定的过渡区。NMR显示该区域水分子迁移率显著降低，而脂质（LDL/HDL）在干燥后期发生重排。

分子流动性演变
T₂弛豫分析识别出三类质子群体：自由水（T₂≈1000ms）、束缚水（T₂≈100ms）及脂质（T₂≈10ms）。干燥初期自由水快速蒸发，后期脂质分子因蛋白质交联形成刚性网络。铅锡黄颜料样品表现出最显著的质子密度梯度，反映颜料颗粒对水扩散的阻碍效应。

长期老化效应
6个月后样品T₂值进一步下降，表明氧化反应导致脂质分子运动受限。SEM显示颜料-粘合剂界面处出现微米级孔隙，这与NMR检测到的局部质子密度下降区域吻合。

结论与意义
该研究首次绘制出蛋彩画干燥全周期的分子运动图谱，证实单边NMR可精准捕捉水蒸发动力学（空间分辨率达50μm）及脂质相变过程。发现不同颜料会显著改变粘合剂成膜均匀性，这为修复中世纪画作时颜料选择提供科学依据。Floriane Gerony团队提出的"物理-化学双阶段干燥模型"（物理脱水→氧化交联）革新了传统认知，其非破坏性分析方法可直接应用于珍贵文物原位检测。这项成果不仅推动文化遗产保护技术发展，也为食品工业中蛋黄基薄膜材料研发提供新思路。