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有机质文物的光老化模拟试验研究

作者:标准集团 添加时间:2019-09-02
任何被照亮的物体都会不断地受到光子的照射。频率f等于光速c除以波长λ。光子的能量与波长成反比,波长越短,能量越大。随着光子比例的增加,光照导致物质分子感光的概率也会增加。光照是造成文物褪色或化学损坏的主要原因,尤其有机质文物对光照是极为敏感的。在策展时,保护文物避免受光老化的影响是至关重要的。
 
FARKE M等研究设计了一组光老化模拟装置,使用不同的照明系统,如荧光灯、卤素灯、金卤灯和LED灯等对选取的有机材料的损伤潜力进行了试验研究。为了证明各种光源对有机材质的影响,试验制备了一些光敏样品,如植物染料染色的纺织品等,并在不同的光照条件下进行测试。
 
试验装置选择4个相同的展示柜,尺寸均为:353 mm×707 mm×1 000 mm,顶部的灯箱装有不同的光源:展示柜1:荧光灯;展示柜2:卤素灯,光纤聚焦镜头;展示柜3:金卤灯;展示柜4:LED半球形光学透镜(可变辐射角在30°~60°)。展示柜的侧壁由10 mm厚的夹层安全玻璃板制成,设计为三向滑动门,由双壁硅胶型材密封。灯箱插入壳体顶部框架中,底部框架通过玻璃底座与展示柜的内部密封,在试验期间放置材料样品。通过玻璃基座中的入口,适当调节空气。
 
放入展示柜的材料包括,由天然着色剂(藏红花、红花、染帚、巴西木、胭脂红和叶片)染色的丝绸、棉布和羊毛织物。将每种织物在40℃下,在软化水(0.1 mol/L)和染料(10%)溶液中染色30 min。
 
随着预防性保护研究的深入,损害的定义已经从机械损害扩大到包括周围环境的影响,如周围的空气和光线等。使用HAHN RK-2(Glasbau Hahn GmbH,Frankfurt,Germany),展示柜均设定23℃和RH 50%的恒温恒湿值,目的是最大限度地减少环境因素带来的影响。且展示柜均外配一个防光的纺织罩,以防止相邻展示柜的相互交叉照明。为了模拟真实的展览条件,采用每6 h照明间隔12 h黑暗的周期循环,一个月的总照明时长为240 h。试验采用直径为300 μm、长度为5 m的单股多模光纤(Vis-NIR,0,22NA,Avantes,Apeldoorn,荷兰)对各展示柜的光源进行采样。为了避免传输损耗,将纤维卷入直径40 cm的线圈中,连接到在200~850 nm波长范围内工作的紫外-可见(UV-Vis)光谱仪(USB2000 UV-Vis,Ocean Optics,Dunedin,FL,美国)。该光纤两端均有SMA-905连接器,手动调节采样端的位置以收集最高的信号强度。用手持式光强度检测器(Mini-Lux,Cristoph Waller,Eichstetten,德国)测量光源的积分强度,并使用HOBO U12(Onset Computer Corporation,Cape Cod,MA,美国)持续记录。使用SPM 100分光光度计(Greta-Imaging AG,Regensdorf,瑞士)对老化过程进行评价,其可测量380~780 nm范围内的可见光反射率。该装置允许测量直径约3mm的小斑点。通过可见光反射率光谱检测具无损性,易操作且适用于博物馆的日常工作。
 
以反射光谱为起始点,测定参考样品在光照前后的CIE L*a*b*(CIELAB)值。在CIELAB系统中,使用3个参数L*,a*和b*通过三维坐标系来描述每种颜色。L*值表示亮度(0~100);a*正值表示红色,负值表示绿色;b*正值表示黄色,负值表示蓝色。使用CIEDE 2000公式来评估颜色差异。CIE L*a*b*(CIELAB)值总是在均匀样品的3个点处确定,并以平均值表示。标准偏差小于1%,因此以下忽略不计。用1~5个月曝光时间来确定每种参考材料的色差值ΔE00。
 
试验测得照明系统的发射光谱:荧光灯在435、490、595、685和610 nm处有明显的发射谱。卤素灯和金卤灯具有宽的钟形的发射光谱,最大值为595 nm。LED灯在550和600 nm处有两个峰值,在460 nm处具有另外的频带。
 
研究结果表明,表面处理可以使材料对光损伤的抵抗力产生很大影响。软木着色对试验中使用的所有光源非常敏感。除了展示柜4中的LED灯之外,添加蜡或虫胶增加了这些样品对光源的灵敏度。在纸样中,卤素灯照射下的样品变色较少。样品在第一次光照后出现初期的色变,程度各不相同。这不仅取决于所使用的照明,即光源和照度,而且还取决于所研究的材料及其保存状态。研究中,依据临时展览的惯例,特意将曝光时间保持在相对短的范围内。本试验很好地证明了光敏材料长时间曝光(如永久性展览)是不可行的。
 
最后,需要指出的是,“光损害的可接受程度”问题不能仅仅通过仪器研究来解决,因为它涉及参观者、照明和展览之间的相互作用,在这方面仍需进行更具体的研究。