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有機質文物的光老化模擬試驗研究

作者:標準集團 添加時間:2019-09-02
任何被照亮的物體都會不斷地受到光子的照射。頻率f等于光速c除以波長λ。光子的能量與波長成反比,波長越短,能量越大。隨著光子比例的增加,光照導致物質分子感光的概率也會增加。光照是造成文物褪色或化學損壞的主要原因,尤其有機質文物對光照是極為敏感的。在策展時,保護文物避免受光老化的影響是至關重要的。
 
FARKE M等研究設計了一組光老化模擬裝置,使用不同的照明系統,如熒光燈、鹵素燈、金鹵燈和LED燈等對選取的有機材料的損傷潛力進行了試驗研究。為了證明各種光源對有機材質的影響,試驗制備了一些光敏樣品,如植物染料染色的紡織品等,并在不同的光照條件下進行測試。
 
試驗裝置選擇4個相同的展示柜,尺寸均為:353 mm×707 mm×1 000 mm,頂部的燈箱裝有不同的光源:展示柜1:熒光燈;展示柜2:鹵素燈,光纖聚焦鏡頭;展示柜3:金鹵燈;展示柜4:LED半球形光學透鏡(可變輻射角在30°~60°)。展示柜的側壁由10 mm厚的夾層安全玻璃板制成,設計為三向滑動門,由雙壁硅膠型材密封。燈箱插入殼體頂部框架中,底部框架通過玻璃底座與展示柜的內部密封,在試驗期間放置材料樣品。通過玻璃基座中的入口,適當調節空氣。
 
放入展示柜的材料包括,由天然著色劑(藏紅花、紅花、染帚、巴西木、胭脂紅和葉片)染色的絲綢、棉布和羊毛織物。將每種織物在40℃下,在軟化水(0.1 mol/L)和染料(10%)溶液中染色30 min。
 
隨著預防性保護研究的深入,損害的定義已經從機械損害擴大到包括周圍環境的影響,如周圍的空氣和光線等。使用HAHN RK-2(Glasbau Hahn GmbH,Frankfurt,Germany),展示柜均設定23℃和RH 50%的恒溫恒濕值,目的是最大限度地減少環境因素帶來的影響。且展示柜均外配一個防光的紡織罩,以防止相鄰展示柜的相互交叉照明。為了模擬真實的展覽條件,采用每6 h照明間隔12 h黑暗的周期循環,一個月的總照明時長為240 h。試驗采用直徑為300 μm、長度為5 m的單股多模光纖(Vis-NIR,0,22NA,Avantes,Apeldoorn,荷蘭)對各展示柜的光源進行采樣。為了避免傳輸損耗,將纖維卷入直徑40 cm的線圈中,連接到在200~850 nm波長范圍內工作的紫外-可見(UV-Vis)光譜儀(USB2000 UV-Vis,Ocean Optics,Dunedin,FL,美國)。該光纖兩端均有SMA-905連接器,手動調節采樣端的位置以收集最高的信號強度。用手持式光強度檢測器(Mini-Lux,Cristoph Waller,Eichstetten,德國)測量光源的積分強度,并使用HOBO U12(Onset Computer Corporation,Cape Cod,MA,美國)持續記錄。使用SPM 100分光光度計(Greta-Imaging AG,Regensdorf,瑞士)對老化過程進行評價,其可測量380~780 nm范圍內的可見光反射率。該裝置允許測量直徑約3mm的小斑點。通過可見光反射率光譜檢測具無損性,易操作且適用于博物館的日常工作。
 
以反射光譜為起始點,測定參考樣品在光照前后的CIE L*a*b*(CIELAB)值。在CIELAB系統中,使用3個參數L*,a*和b*通過三維坐標系來描述每種顏色。L*值表示亮度(0~100);a*正值表示紅色,負值表示綠色;b*正值表示黃色,負值表示藍色。使用CIEDE 2000公式來評估顏色差異。CIE L*a*b*(CIELAB)值總是在均勻樣品的3個點處確定,并以平均值表示。標準偏差小于1%,因此以下忽略不計。用1~5個月曝光時間來確定每種參考材料的色差值ΔE00。
 
試驗測得照明系統的發射光譜:熒光燈在435、490、595、685和610 nm處有明顯的發射譜。鹵素燈和金鹵燈具有寬的鐘形的發射光譜,最大值為595 nm。LED燈在550和600 nm處有兩個峰值,在460 nm處具有另外的頻帶。
 
研究結果表明,表面處理可以使材料對光損傷的抵抗力產生很大影響。軟木著色對試驗中使用的所有光源非常敏感。除了展示柜4中的LED燈之外,添加蠟或蟲膠增加了這些樣品對光源的靈敏度。在紙樣中,鹵素燈照射下的樣品變色較少。樣品在第一次光照后出現初期的色變,程度各不相同。這不僅取決于所使用的照明,即光源和照度,而且還取決于所研究的材料及其保存狀態。研究中,依據臨時展覽的慣例,特意將曝光時間保持在相對短的范圍內。本試驗很好地證明了光敏材料長時間曝光(如永久性展覽)是不可行的。
 
最后,需要指出的是,“光損害的可接受程度”問題不能僅僅通過儀器研究來解決,因為它涉及參觀者、照明和展覽之間的相互作用,在這方面仍需進行更具體的研究。