专利名称：一种用于书画作品的稳定同位素防伪方法
技术领域：
本发明涉及一种用于书画作品的稳定同位素防伪方法，属于书画防伪技术领域。
背景技术：
当前，在书画作品领域，名家作品的仿作伪作太多。使用电子技术和宣纸印刷，其印刷品可以和真迹几乎完全一致。而现在字画的真伪鉴定，还停留在用肉眼观察，根据鉴定专家对原创名家的了解程度，做出主观的分析判断。缺乏可以用物理、化学、数学及其他科学手段测定的依据。所以经常发生几位鉴定专家对同一幅作品作出不同鉴定结论的情况。由于防伪保真问题没有解决，书画艺术品投资市场的发展受到了严重阻碍。
在工艺品市场，存在同样的情况，由于一些工艺品的年代久远，仅凭肉眼辨别和鉴别专家的个人经验对作品进行真伪鉴定，于是一些仿真程度极高的赝品就有可能被当做真品。这也极大的影响了工艺品市场的健康发展和进一步繁荣。也迫切需要能够适合艺术品的的防伪方法。
另外，在商品经济活动中，时常出现假冒商品和票据，通常防伪方法是采用防伪标识。现在使用的防伪标识，一般采用特殊纸张、特殊油墨印刷防伪图案，或者采用热敏等特殊材料制作图案，或者采用激光全息照相技术制作防伪图案。这些技术所需的材料和设备易于得到，有制备能力的单位和个人很多，伪造容易，因此难以起到防伪效果。对于一些重要文件、资料的防伪方面也存在容易仿造等问题。
综上所述，在国民经济和国家安全的各个领域，都需要简单方便、技术含量较高、不易仿造的防伪技术。而在目前，还没有一种可以广泛应用于各个领域的通用防伪方法。
在自然界中，各种宏观物体都是由各种元素构成的，有61种元素存在两种或两种以上的稳定同位素，如表1所示。每种元素的各种同位素的天然丰度是基本一致的，由于地理位置及生成环境的不同，各同位素的天然相对丰度仅有细微差别，因此，可以认为每种元素的稳定同位素分布是一个确定值。
元素的各种同位素具有相同的物理和化学性质，使用通常的物理或者化学方法无法将各种同位素分离开来，因此，在自然界中，每种元素的各种同位素之间的相对丰度保持不变，不受外界的物理和化学环境的影响。
表1稳定同位素元素表
目前，已经能够通过人工的方法改变同位素的丰度，即同位素分离技术，采用此技术，可以将某一种或几种同位素的丰度增高或降低。但是此项技术无论是从技术实现难度还是基础建设费用来讲，门槛都非常高，而对于重元素来说，技术难度更大，因为稳定同位素之间的质量数的差别(ΔM)与其质量数(M)相比非常小。以碲(Te)为例Te原子序数为52，质量数为127.60，共有八种稳定同位素，其天然丰度分布见表2。
表2碲(Te)的同位素
从表中可以看到，Te的相邻同位素间的最大质量数差别为2，ΔM/M≈1.6％。如果要将差别如此微小的同位素分离开来，其同位素分离技术的要求是非常高的。
同时由于同位素分离技术的敏感性，是各国严格控制的技术之一，并被写入《防止核扩散条约》，一般的社会单位和个人，是无法掌握这项技术并付诸实施的，因此，如果采用同位素分离技术人工改变元素的天然丰度分布，并将人工改变后的丰度分布作为“防伪密码”应用于防伪领域，将会具有极高的防伪性能并能广泛地应用各个领域。
发明内容
如上所述，本发明首次提出了使用稳定同位素组成“防伪密码”对产品进行防伪的技术，基本思想是将一种或几种具有两种或两种以上稳定同位素的元素(其稳定同位素丰度与天然同位素丰度有较大差别)的稳定同位素丰度分布作为一组“密码”，应用于防伪对象，使防伪对象具有独有的防伪特征。其内容如下1.使用特定元素作为“密码元素”，其稳定同位素的种类不少于两种，使用同位素分离技术改变天然同位素丰度后，就可以作为“密码元素”(即本文所说的“密码元素”是指具有两种或两种以上的同位素，并且其同位素丰度与天然同位素丰度有明显差别)，这样的元素共有61种(详见表1)，如下所示氢(H)、氦(He)、锂(Li)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氯(Cl)、钒(V)、铜(Cu)、镓(Ga)、溴(Br)、铷(Rb)、银(Ag)、铟(In)、锑(Sb)、镧(La)、钽(Ta)、铼(Re)、铱(Ir)、铊(Tl)、铕(Eu)、镥(Lu)、氧(O)、氖(Ne)、镁(Mg)、硅(Si)、氩(Ar)、钾(K)、硫(S)、铬(Cr)、铁(Fe)、锶(Sr)、铅(Pb)、铈(Ce)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)、锗(Ge)、锆(Zr)、钨(W)、钙(Ca)、硒(Se)、氪(Kr)、钯(Pd)、铪(Hf)、铂(Pt)、铒(Er)、钼(Mo)、钌(Ru)、钡(Ba)、锇(Os)、汞(Hg)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、镝(Dy)、镱(Yb)、镉(Cd)、碲(Te)、氙(Xe)、锡(Sn)。
2.根据防伪对象选用适合的元素作为“密码元素”，选用的元素可以与防伪对象包含的元素相同，也可以与防伪对象包含元素不同。
3.根据需要可以选择一种或者几种元素作为“密码元素”。
4.根据防伪对象的不同，防伪的形式可以有所不同，原则是容易鉴别，并且不会改变防伪对象原有的物理化学性质以及外观，主要的防伪形式可以分为如下几种(1)“密码元素”以与防伪对象包含的元素相同，此时，“密码元素”以与防伪对象相同的化合物形态应用于防伪对象，这种条件下是将“密码元素”组成的化合物在生产过程中置于防伪对象的特定位置。
(2)“密码元素”以与防伪对象包含的元素不相同或者不完全相同，此时，可以将“密码元素”掺入防伪对象的材料中，同时要保证“密码元素”的物质形态(包括单质和化合物)应稳定地长期存在于防伪对象的材料中，不与防伪对象产生反应，不改变防伪对象的物理化学性质，不影响防伪对象的性能和外观。
(3)将“密码元素”的适当的物质形态(包括单质和化合物)掺入油墨中，制作成防伪标识，作为标签或产品包装对产品进行防伪。
5.根据防伪对象的不同，“密码元素”可以以需要的任何物质形态存在，其中包括各种类型的化合物、单质，可以是气体、液体或固体。
6.通过上面的步骤，就使得最终的产品或作品等防伪对象具有了一组“防伪密码”，当需要进行真伪鉴定时，采用质谱技术分析防伪对象所包含的防伪信息(即“密码元素”的同位素丰度)，即可得到防伪对象的“防伪密码”，这样就可以确定产品或作品等防伪对象的真伪。
发明人单位通过40多年的研究，掌握了同位素分离的技术，拥有稳定同位素分离的能力和丰富的实际经验，有足够的技术能力制造“密码元素”，进行质谱分析。
本发明提出的稳定同位素防伪方法，具有如下优点1.应用范围广，可以应用于书画作品、工艺品、工业产品、货币(包括硬币或钞票)、各种商业票据凭证、工业原材料、文件防伪等各个领域。这个特点有以下三个方面构成(1)由于使用的防伪元素可以与应用对象相同或不同，因此应用形式极为灵活，如果“密码元素”与防伪对象相同，那么本技术就可以应用于任何对象；若使用的“密码元素”与防伪对象不同，可以使用“密码元素”制作防伪标识贴于产品上，或者置于防伪对象的特定位置，或者掺入防伪对象中。
(2)产生“防伪密码”只需要对元素的天然丰度进行适当的改变即可，并不需要将某种同位素的丰度富集得非常高，同时一些元素在自然界中大量存在，价格低廉，因此，采用同位素分离技术制造“密码元素”的成本不高，不会对防伪对象的价值产生较大影响。
(3)由于某些元素的同位素种类很多，可以得到数量巨大的密码，使不同的防伪对象具有不同的“防伪密码”。举例说明如下钼(Mo)有7种稳定同位素，锇(Os)有7种稳定同位素，钨(W)有五种同位素，若使用这三种元素作为特定的“密码元素”，以每种同位素的丰度作为“防伪密码”，为有效区分每种同位素的丰度，可以将每种同位素的变化单位设为10％，这样获得的“防伪密码”可达(7+7+5)10＝289,254.654,976种。使用更多的元素，就可以获得更多的“防伪密码”，可以满足各个领域的应用需求。
2.防伪程度高。
由于同位素分离技术的门槛非常高，即使通过质谱分析获得了“防伪密码”(即“密码元素”的各种同位素丰度)，要想获得同样的防伪材料，仿造者必须掌握同位素分离技术，并且完全重现了防伪材料的各种同位素的分离过程，并能够精确地对各种“密码元素”进行配比混合，仿造的难度将远远超出制造这个“防伪密码”的难度，而同位素分离技术本身就是世界上只有少数几个国家才拥有的技术，因此，仿造“防伪密码”只在理论上存在可能，而且即使能够仿造，所需的成本和费用也将远远超过产品本身的价值，在实际中很难做到。
3.随着质谱分析技术的发展，对防伪对象的真伪鉴别将会更快速、更方便，检测费用也会更低。
在科学史上，很多同位素就是通过质谱分析技术发现的。随着电子技术的快速发展，质谱分析技术发展也很快，需要的样品越来越少，检测精度越来越高，检测费用也逐渐降低。
目前的质谱检测技术取样只需要微克(g)量级，因此每个防伪对象使用的密码元素的用量很小，因而加入稳定同位素防伪密码的成本可以很低。
同时由于激光探针稳定同位素分析技术的发展，微区探测技术成为了常规的检测方法，使得质谱分析的效率有了很大提高，检测成本大大降低。
随着科技的发展，质谱分析将成为并且已经开始成为比较常规的检测技术之一，这也将推进本发明的应用和推广。
具体实施例方式
下面给出几个本发明的应用实例。
应用实例1书画作品的防伪将被人工改变了天然同位素分布的钼(Mo)的稳定氧化物MoO3固体粉末、锇(Os)的稳定氧化物OsO2固体粉末、钨的稳定氧化物WO3固体粉末各取少量混合，就可以获得一个“防伪密码”，将得到的混合物掺入书画作品的墨汁或颜料中进行书画创作，或者掺入印章的印泥中，当作品完成后用于作品盖章。这样，该作品就拥有了“防伪密码”。将此密码存档保存，当需要对作品进行鉴别时，在使用防伪密码的部位使用激光探针取极少量的样品进行质谱分析，就可以确定作品的真伪。在此应用中，防伪密码的成本仅需人民币几十元，检测成本也不到千元。对于目前动辄上万元甚至几十万元的作品来说，成本的增加还是可以承受的。
应用实例2陶瓷工艺品的防伪稳定同位素也可以用于陶瓷工艺品的防伪。由于陶瓷工艺品的主要原料为陶土，其主要成分为SiO2，因此可以人工改变硅(Si)的同位素分布，制得防伪材料，在陶瓷工艺品成型时，将防伪材料置入特定位置，而后进行烧制。这样该工艺品就具有了“防伪密码”。可以通过激光探针方法在保持工艺品完整行的基础上取极少量样品进行质谱分析来进行真伪鉴别。
应用实例3防伪标识的制作对于一些工业产品，可以采用加贴防伪标识的方法来进行防伪。在制作防伪标识的油墨中掺入特定的元素(其同位素丰度已经被人工改变)的化合物，或者人工改变制作油墨的元素(如碳)的同位素丰度，这样就可以得到包含“同位素防伪密码”的油墨，使用这样的油墨制作产品的防伪标识或商标或者包装等，就可以使产品具有了防伪的特性。
权利要求
1.一种用于书画作品的稳定同位素防伪方法，其特征在于，该防伪方法包括以下步骤第一步，获得一个“防伪密码”使用同位素分离技术将一种或几种具有两种或两种以上稳定同位素的元素改变天然同位素丰度后混合，获得的混合物即为一个“防伪密码”；第二步使作品拥有所述“防伪密码”将第一步得到的所述“防伪密码”掺入书画作品的墨汁或颜料中进行书画创作，或者，掺入印章的印泥中，当作品完成后通过作品盖章盖在书画作品上，这样，该作品就拥有了“防伪密码”；将此“防伪密码”存档保存；第三步真伪鉴别当需要对书画作品进行鉴别时，在使用防伪密码的部位使用激光探针取极少量的样品进行质谱分析其同位素丰度，就可以确定作品的真伪；所述具有两种或两种以上稳定同位素的元素为氢(H)、氦(He)、锂(Li)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氯(Cl)、钒(V)、铜(Cu)、镓(Ga)、溴(Br)、铷(Rb)、银(Ag)、铟(In)、锑(Sb)、镧(La)、钽(Ta)、铼(Re)、铱(Ir)、铊(Tl)、铕(Eu)、镥(Lu)、氧(O)、氖(Ne)、镁(Mg)、硅(Si)、氩(Ar)、钾(K)、硫(S)、铬(Cr)、铁(Fe)、锶(Sr)、铅(Pb)、铈(Ce)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)、锗(Ge)、锆(Zr)、钨(W)、钙(Ca)、硒(Se)、氪(Kr)、钯(Pd)、铪(Hf)、铂(Pt)、铒(Er)、钼(Mo)、钌(Ru)、钡(Ba)、锇(Os)、汞(Hg)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、镝(Dy)、镱(Yb)、镉(Cd)、碲(Te)、氙(Xe)、锡(Sn)。
全文摘要
一种用于书画作品的稳定同位素防伪方法，属于书画防伪技术领域。使用同位素分离技术将一种或几种具有两种或两种以上稳定同位素的元素改变天然同位素丰度后混合，获得“防伪密码”；将所述“防伪密码”掺入书画作品的墨汁或颜料中进行书画创作等这样该作品就拥有了“防伪密码”；当需要对书画作品进行鉴别时，在使用防伪密码的部位使用激光探针取极少量的样品进行质谱分析其同位素丰度，就可以确定作品的真伪；所述具有两种或两种以上稳定同位素的元素为氢(H)、氦(He)等。本发明应用范围广；防伪程度高；对防伪对象的真伪鉴别快速，方便，费用低。
文档编号G01N1/28GK101074933SQ20071011893
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者周明胜, 姜东君, 曾实 申请人:清华大学