硅酸钠反应釜转速

5. 清代翡翠的化学实验研究

清代翡翠不能通过红外光谱、紫外荧光检测，即所谓不能过机现象究竟是什么原因造成的？从机检的原理上分析，肯定是有某种、或某类特定分子结构的有机物含在里面；从肉眼不易观察到内含物质存在的这一现象分析，老翡翠里的有机物是微量的；从红外光谱、紫外荧光检测的高灵敏度分析，即使微量的、特定分子结构的、有机物也很有可能造成通不过机检现象。这些有机物是蜡还是其它种类的有机物、其分子结构有何特点？也许就成为破解清代翡翠之谜的关键。为此设计了以下化学实验，对清代翡翠内所含有机物进行定性研究。

5.1 实验目的

清代翡翠内所含有机物的定性分析实验研究

5.2 实验设计思路

A、根据化学理论“相似相溶”的原理：即同有机溶剂化学结构相似的有机化合物，容易溶解在该种有机溶剂中。通过使用不同种类的有机溶剂或复配各种有机混合溶剂的方法，对老翡翠里内所含有机物进行固液萃取实验，观察溶解状况。根据所用有机溶剂的化学性质和结构来推断翡翠内含有机物的化学特性，进而确定它的种类。

B、根据化学理论“反应相溶的原理”：即通过单一有机溶剂、混合有机溶剂和向有机溶剂添加改性剂的方法，配制萃取用试剂，以期待萃取试剂里面的化学物质，能同老翡翠内含有机物发生化学反应，从而造成溶解，再根据萃取试剂的化学性质来确定老翡翠内含有机物的种类。

C、根据“无机物同有机物化学性质的差异原理”：翡翠属硅酸盐类无机物，化学性质较稳定，只要不使用强酸、强碱，一般有机溶剂对它并没有什么伤害，有机溶剂挥发后，仍然能完好无损地保持翡翠样品原来的初始状态。

D、为了彻底地搞清楚老翡翠内所含有机物的化学性质，不惜冒着牺牲实验样品的风险，用了一些可能会对老翡翠产生危害的化学试剂，进行破坏性实验。

5.3 主要实验设备及用途

A、硅酸钠反应釜转速智能数显多功能油水浴锅：容量：5L。通过加温，控制一定萃取和反应温度，提高化学反应和溶解速度。

B、数显电动调速搅拌器：生产厂商：郑州博科仪器设备有限公司。通过搅拌，提高化学反应和溶解速度。

C、单层玻璃反应釜：容量1升。反应釜盖可卸，便于放入块状的固体翡翠，主要作为反应和萃取容器。

D、超声波细胞破碎仪：型号：QFN98—IIIDN，生产厂商：上海乔枫实业有限公司。利用超声波在液体中的分散效应，使液体产生空化的作用，促使固体有机物破碎，主要起帮助溶解的作用。

5.4 实验用化学试剂

A、各种性质的有机溶剂化学试剂：常规的极性和非性有机溶剂如无水乙醇、1-2丙二醇、乙酸乙酯、石油醚、二氯甲烷、1-1-1三氯乙烷、环己酮、苯甲醇、四氯化碳、二硫化碳、二甲苯、环氧氯丙烷、乙晴、吡啶、四氢呋喃、二乙醇胺等；不太常规的有机溶剂如：N.N二甲基甲酰胺、N.N二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、硫酸二乙脂、碳酸二甲脂、甲基异丁基甲酮、N-甲基吗啡啉、医用级水溶氮酮、医用级油溶氮酮、氯化亚砜、乙二醇丁醚等，先后使用了几十种有机溶剂。

B、日本进口电路板清洗专用环氧树脂溶解液（配方不详，可能出于保密需要），车用除腊剂（配方不详），“双缩脲”蛋白质检测试剂，L—苯丙氨酸，L—酪氨酸。

C、作破坏性实验用的强碱如：氢氧化钠、氢氧化鉀，乙醇钠、氢氧化锂等；氧化剂如：双氧水、次氯酸钠，高硫酸钾、过二硫酸钾等；还原剂如：无水亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫脲、水合肼80%等；作为化学添加改性或反应用的试剂如：甲酸、乙酸、磷酸、氨水、四乙基氯化铵、无水氯化锂、氯化钙等。

5.5 实验样品

A、样品来源：媳妇家祖上流传下来部分老翡翠样品；大藏家孙瑕女士祖上流传下来部分老翡翠样品。

B、样品类型：清代翡翠成品和半成品，其中半成品为清代已切割好还未深加工的半成品；

C、对照样品：酸洗充填环氧树脂的B货翡翠镯子。

5.6 中间测试方法

肉眼或放大观察，254nm和365nm的紫外光手电筒观察。

5.7 实验方法

通过采用单一有机溶剂、混合有机溶剂和改性有机溶剂的方法，对老翡翠样品进行固液萃取实验；实验中辅助加温、回流、搅拌、超声波破碎等方式，加快反应和溶解速度；翡翠样品经过实验处理后，先用肉眼加放大观察翡翠表面、沉积处的变化情况，发现是否有因有机物溶解造成的起泡、脱落、凹坑现象，再用254nm和365nm的紫外光手电筒，进一步观察老翡翠裂纹沉积处的紫外荧光变化情况，根据溶解状况来调配有机溶剂、变化反应条件进行下一次实验。

5.8 实验历程

原以为相对简单的化学定性实验进行得异常困难，发现老翡翠内含有机物相当地稳定，先后使用了了几十瓶不同的化学试剂、不断地添加化学设备，调整百余次的反应条件和溶剂配方，查阅了大量的化学专业资料，进行了近百次的化学萃取实验，历经近半年时间，终于有所发现。

5.9 实验过程、现象及结果

由于实验比较复杂，涉及相当多的化学专业知识，限于篇幅关系，仅将主要的观察到的现象、实验过程和结果呈现如下：

A、实验经初步观察发现：部分实验用老翡翠成品经肉眼和放大观察发现有蜡的沉积现象，有些蜡看起来很新鲜。但不能确定是当时古人加工好时就上的，还是后人为了保养而后打的；但在另一部分老翡翠成品和老翡翠半成品上，都没有观察到蜡的沉积现象。在样品的裂纹沉积处，普遍具有稍明显的紫外荧光反应，肉眼和放大仔细观察裂纹沉积处，似乎有某种接近无色透明的物质牢固地附着在上面，用手抠不动，证明不是蜡。

B、部分老翡翠成品表面的浮蜡，用有机溶剂或车用的除蜡剂较容易除去，而紫外荧光现象仍然存在，证明仍然有不知名的有机物存在。

C、老翡翠裂纹沉积处上的无色透明的物质附着非常牢固，采用常规的极性和非极性类有机溶剂，尽管采取加温、超声波粉碎等助溶措施，仍然效果不大，有机物相当地稳定，初步判断这可能是一类有机高分子聚合物，决不是低分子量的蜡类物质。

D、用配方不详的日本进口电路板清洗专用环氧树脂溶解液，对酸洗充环氧树脂的B货翡翠镯子进行处理，发现有效果，B货翡翠镯子表面出现凸凹不平现象，证明有部分环氧树脂溶胀、溶解；但用该溶解液处理清代老翡翠时，则几乎没有效果。初步证明老翡翠内含物同环氧树脂无关。

E、用氧化剂、强碱等试剂对老翡翠进行破坏性实验时发现：强碱对老翡翠内含有机物有一定作用，可能由于温度低和反应时间的关系，效果仍然不明显；用次氯酸钠、双氧水等强氧化剂处理老翡翠时发现表面有发黄现象，证明老翡翠内含有机物有部分被氧化，用还原剂处理发黄的老翡翠时，又能大部分还原，黄色几乎消失。种种反应现象表明，这可能是一类生物高分子聚合物。

F、后期用不太常规的、溶胀生物高分子能力比较强的化学试剂，如N.N二甲基甲酰胺等处理老翡翠，终于发现较明显的效果，老翡翠大裂纹处，原来附着很强的透明物质开始溶胀并成块掉下，分析酰胺类溶剂的化学结构，含有酰胺化学键，而蛋白质肽链上也有大量的酰胺键，即所谓的肽键，它是由氨基酸脱水缩合形成。根据化学理论“相似相溶的原理”已初步推断出，老翡翠内含有机物为蛋白质类生物有机高分子聚合物。

动物胶已部分溶解、溶胀脱落，显现裂纹

G、将老翡翠溶胀掉下来的有机物微块，用蛋白质的特异检测试剂“双缩脲”进行检测，显紫色反应，进一步辅证了老翡翠内含有机物的主要成分为蛋白质类有机聚合物。

H、用紫外荧光电筒分别照射苯丙氨酸和酪氨酸试剂，发现有类似的荧光反应现象。间接证实了有机物很可能是蛋白质类动物胶，因为动物胶所含蛋白质的肽键上，普遍含有这两种氨基酸残基。

部分实验现象及结果解释

5.10 实验结果分析

5.10.1蛋白质的来源

老翡翠内含的蛋白质类有机物来源是什么？是否由于长期佩戴接触皮肤分泌物受沁所致，显然不是，汗液的主要成分为无机盐、尿素、乳酸、脂肪酸等，并不含蛋白质，这种说法无法解释没有佩戴过的老翡翠半成品，同样有蛋白质成分存在这一现象，显然不是受沁所致。从它在翡翠半成品的加工过程中就加入这一现象分析，此蛋白质类物质主要起粘接和加固作用，符合胶粘剂的特性；从实验中发现这类蛋白质物质整体显凝结状的形态，并且从此凝结物具有强度高、稳定性好，一般的小分子有机溶剂无法溶解的特点分析，此类蛋白质已发生了交联、変性、固化等物理和化学作用，已变成了生物高分子聚合物，而在固化前应为可流动的夜体状态，否则无法有效地浸入翡翠的裂纹中。这些种种特性，只有以蛋白质为主要成分的动物胶才能具备，蛋白质类的胶粘剂就是动物胶。

5.10.2动物胶的化学性质

动物胶的主要成分就是蛋白质类，含量可达80%，蛋白质中又以胶原蛋白为主，胶原蛋白才具有比较强的粘接性能，动物胶除了含有蛋白质外，还可能含有部分水解生成的氨基酸、清除不尽的脂肪、色素、核苷酸等物质，总之，动物胶是一个十分复杂的生物高分子混合物，混合物的成分并不是固定的，受原料来源、熬胶方法，以及熬胶过程中工艺参数控制的稳定性等因素的影响而有所不同，甚至每一批熬出的胶同下一批次熬出的胶，其化学成分和结构都会有所不同，是一个生物高分子混合物。动物胶中的不同种类的蛋白质上活性基团除了可以发生交联形成共价键以外，还可相互形成氢键、盐键、范氏引力、疏水键等非共价键，从而产生聚合固化，也容易发生变性作用，这样形成的高分子聚合物结构体系，其成分和结构都极其复杂，尤其是空间立体结构几乎是随机和无序的，现有的化学仪器分析手段还无法准确地探明其结构。因为，即使一种普通的蛋白质肽链上的氨基酸测序都是一个浩大的分析工程。凝固后的动物胶还有一特性，稳定性比较好，耐久性也比较强。民间有一种说法“阿胶不怕放”，意思是阿胶无论放置多长时间都不会变质，阿胶是驴皮熬制的一种动物胶，从这点看出动物胶良好的稳定性。

由于天然动物胶成分的复杂性，靠现有的化学仪器分析手段，还无法根据其化学特性来确定老翡翠内含动物胶是牛皮熬的、还是驴皮、鱼鳔熬的；就像现代人用马皮熬的胶来冒充阿胶，也没法通过较有效的分析方法鉴别一样，也没有办法破解古代的熬胶工艺。本次化学实验研究唯一发现的是：“古人用了一种特殊熬制的、接近无色透明的、以天然蛋白质为主要成分的动物胶，在加工过程中对老翡翠进行浸胶处理”。由于蛋白质现在无法人工合成，因此，它是天然物质。

史海遗珍 翠璨中华——2018中国翡翠文化高峰论坛在京成功举办

连载：清代翡翠的研究（1）

连载：清代翡翠的研究（2）硅酸钠反应釜转速

连载：清代翡翠的研究（3）