在文物科学中表征萜类植物树脂、木焦油和沥青：分析方法与应用

来自树木的粘性馈赠

从石器时代的工具制造者到维京人的造船师，再到现代的修复师，人们长期依赖于从树上渗出的或通过加热木材制得的粘性物质。这些树脂、焦油和沥青曾把刀片粘到柄上、防水船只、涂覆乐器，甚至用于保存木乃伊。本文探讨了这些材料的化学组成、它们在历史上的用途，以及当代科学家如何解读其化学指纹以揭示已失传的工艺——并激发面向未来的更环保材料。

从营火到大教堂

植物树脂和木焦油构成了一条可追溯至少20万年的技术脉络。早期人类加热白桦树皮，制成了已知最早的合成材料之一：一种可将石器粘在木柄上的焦油，也可能具有驱虫作用。随后，地中海和北欧地区的人们改良了从松木及其它木材制备焦油的技术，用以密封容器、保护木建筑和填缝船体。罗马时代，松沥青常用于衬里骨灰坛和船体；中世纪斯堪的纳维亚，焦油使木柱教堂和长船保持干燥。来自不同树种的树脂还被作为香料在寺庙中焚烧、作为清漆涂覆艺术品，并用于药物和口香胶。

是什么让这些树木物质与众不同

树脂是由庞大的植物分子家族——萜类构成的复杂天然混合物。其中一些易挥发，赋予树脂浓烈的香气和流动性；另一些分子更大、挥发性低，随时间硬化成坚硬、玻璃状的固体。文章将其大致分为两类：常见于松树和冷杉等针叶树的二萜类树脂，以及典型于许多开花树种的三萜类树脂，其产品包括乳香、没药、乳香树脂（mastic）、大马士革树脂（dammar）和历史上的科帕尔（copal）。当人们加热含树脂的木材以制得焦油或沥青时，这些分子会被分解并发生重排，变得更芳香、颜色更深且更稳定。每一类植物——以及每一种加工方法——都会留下特有的持久化合物混合物，这些成分能够保存数千年。

从过去读取化学指纹

解开古老焦油颗粒中封存的故事颇具挑战。样品通常微小，混杂有矿物、蜡、脂肪或油，并受热、氧化、微生物和时间的改变。因此，科学家寻找的是耐久的“分子标记物”：特定化合物或化合物族，能指向特定植物来源或处理方式。例如，某些降钛类（abietane）衍生物表明加热过的松树树脂；其他标记分子则指示桦树皮焦油或诸如乳香类的三萜树脂。通过将这些标记与详尽记录的参考材料比对，研究者可以判断一层黑色涂层是来自松木、桦树皮，还是与蜂蜡或脂肪混合所得，并能推断出其是温和加热还是在窑中强烈炭化。

看见无形的工具

综述考察了用于研究树脂、焦油和沥青的一系列方法。红外和拉曼等振动光谱常可现场应用，通过照射物件揭示主要官能团并区分诸如二萜类与三萜类树脂或新鲜材料与强烈陈化材料等大类。气相和液相色谱联用质谱则提供更精细的细节，分离复杂混合物并称量单个分子以识别精确的标记物和氧化产物。热分析跟踪材料在加热时的失重或吸热，揭示玻璃转变、分解步骤以及与蜂蜡或颜料等添加剂的相互作用。核磁共振提供结构层面的见解，而新兴的古DNA技术有时能识别树种，甚至从咀嚼过的口香胶中捕获人类和微生物的DNA。

为什么这在今天仍然重要

理解这些古老的粘性物质不仅能解开考古谜题。通过重建历史配方和加工方法，科学家可以看出工匠如何有意将树脂与蜡、油和脂肪混合，以调节强度、粘性及抗水或抗光性。这些知识帮助修复师选择与原件相容的材料用于修复艺术品和历史建筑，也为设计现代的生物基涂层和粘合剂提供参考，可能取代石油衍生产品。文章总结指出，没有单一测试能全面描述如此复杂且历经时间洗礼的材料；相反，需要经过精心选择的多种技术组合，辅以良好的参考藏品与智能数据分析，才能连接化学、历史与保护学——并将树脂、焦油与沥青的经验带入更可持续的未来。

引用: Łucejko, J.J., Bertelli, I., Costa, R. et al. Characterising terpenic plant resins, wood tars and pitches in heritage science: analytical methods and applications. npj Herit. Sci. 14, 162 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02426-6

关键词: 植物树脂, 木焦油, 考古粘合剂, 文物科学, 分析化学