光学传感器辅助氧气消耗法监测文物保存状况的研究进展.pdf
《光学传感器辅助氧气消耗法监测文物保存状况的研究进展.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光学传感器辅助氧气消耗法监测文物保存状况的研究进展.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷 第 期 年 月文物保护与考古科学 .收稿日期:修回日期:基金项目:国家重点研发计划项目()资助作者简介:许梦颖()女 年博士毕业于中国科学院大学物理化学方向中国国家博物馆馆员研究方向为金属文物的保护修复 :.文章编号:():././.知识介绍光学传感器辅助氧气消耗法监测文物保存状况的研究进展许梦颖张 然(中国国家博物馆北京)摘要:通过测量氧气消耗量可以完全无损地检查考古文物的稳定性氧气的快速消耗说明样品状态不稳定 本工作综述了光学传感器辅助氧气消耗法的基本原理、影响因素、应用范围和适用对象 利用氧气的荧光猝灭性实现光学传感法监测氧气浓度 依靠光学传感的氧气消耗法可以快速、有效、准确地测
2、量出文物样品的氧气消耗速率对评估文物保存状态有重要意义 其监测系统会受相对湿度、温度、压力、光照等环境因素的影响 该方法根据文物样品的大小和形貌选择合适的监测体系可以实现对所有氧气消耗反应的监测具备更好的便携性和普适性因此光学传感器辅助氧气消耗法可用于评估保护材料和保护手段的有效性关键词:光学传感氧气消耗文物保存状况中图分类号:文献标识码:引 言氧化反应在日常生活中无时无刻不在发生如有机物腐败、橡胶老化、金属腐蚀等 在文物保护领域中氧化反应也直接关系到文物的安全 氧气是氧化反应的重要参与者是文物材料劣化的关键因素 因此在文物保护科学领域实现氧气浓度的实时测量和耗氧量的量化至关重要 通过测量氧气
3、消耗量可以完全无损地检查考古文物的稳定性氧气的快速消耗说明样品状态不稳定 氧气变化量监测方法目前对于氧气含量的监测有多种方法:)气压监测法对反应体系内气体压力的变化进行监测 利用 呼吸机测量密闭容器内总压力的变化评估高分子聚合物吸附氧气的效果 这种方法因监测体系压力的变化会受到其他气体的干扰不满足对氧气的单一选择性无法应用于文物保护领域 因此部分研究者以分子筛或碱溶液吸收特定氧化反应下的气体产物消除氧化过程中其他气体对气压监测的影响 这种方式虽然有效但需要对不同的监测体系选择适合的吸附材料不具有普适性)成分分析法将反应体系内的气体引入带有各种传感器的气体测量循环装置以现代仪器分析手段测定氧气和
4、其他气体的含量 等用质谱表征染色纺织品老化后氧气和二氧化碳的变化量 和 用 呼吸机表征木材中参与硫化物氧化过程的两种气体的含量与压力监测法相比成分分析法可以更准确地对特定气体进行定量分析 但设备成本过高且监测过程涉及气路传输有氧气泄露的隐患)其他监测方法如传统的呼吸计量法和燃料电池法等 光学氧传感器监测密闭空间内氧气含量具有灵活性的优点 该方法可以针对不同类型、体积的样本选择不同种类、型号的密封容器 光学传感氧气测量技术的另一个优点是其便携性密封容器不必与测量装置气路连接 因此无需局限于样品的存放位置 和 以此方法测量了第 期许梦颖等:光学传感器辅助氧气消耗法监测文物保存状况的研究进展 玻璃密
5、封体系中铁钉的耗氧量 以评估脱盐效果 以此方法研究了刚性和柔性密封体系中四方纤铁矿()的形成机理及不同相对湿度()下 对铁基体腐蚀速率的影响 和 通过光传感辅助的方法对大型金属材料原位监测从而评估不同封护材料的保护效果 研究结果表明光学传感方法能够快速、准确地监测氧气含量的变化因此可将光学传感辅助氧气消耗法应用于文物保护领域 光学传感氧气消耗法的监测原理光学传感氧气消耗法基于氧气对荧光分子的猝灭作用监测文物样品耗氧情况 荧光物质被激发后或荧光发射或将能量以弛豫现象转移给其他分子这种转移行为造成荧光猝灭 由于与氧气分子碰撞过程中的能量转移大多数荧光材料会发生动态荧光猝灭 具体过程如下:)荧光分子
6、()被特定波长的光源所激发)被激发的荧光分子()通过荧光发射或者非辐射跃迁的方式返回基态)荧光强度随时间呈指数型衰减衰减速率即为特征荧光寿命)氧气与荧光分子碰撞在此过程中能量转移至氧气分子从而造成荧光猝灭 )这种荧光猝灭现象表现为氧气存在下物质的荧光强度和荧光寿命都降低)氧气的猝灭行为几乎是一个理想模型其造成的荧光猝灭直接与氧气的分压有关基于以上的理论支持以具有荧光性的铑化合物为氧气传感点激发波长为 利用如图 所示的装置测定传感点的荧光性能 通过分析传感点所发出的荧光强度和寿命的变化量化容器内的氧气含量 以这种光学传感的方式实现密封体系内氧气含量的快速测定图 光传感氧气测量装置.仪器监测结果反
7、应的是密封容器内氧气的分压 由于氧气消耗量受容器体积和温度的影响为了使不同时间段测得的数据具有可比性使用理想气体公式()将其转化为摩尔量 ()因此计算耗氧速率需确定反应体系的初始气体体积即空白体积 对于刚性的反应容器初始体积可通过容器容积与内容物体积的差值计算得到 对于柔性反应容器可采用两种方法:其一向容器内注射确定量的气体直接得到初始气体体积其二向容器内注射确定体积、确定浓度的气体用氧气含量与氧气分压的等式()、()计算出容器的初始气体体积 ().()式中代表注入气体前密封体系内的气体体积()代表注入的气体体积()代表氧气浓度监测初始状态时密封体系内的气体体积()代表注入气体前密封体系内气体
8、的氧气浓度()代表注入气体的氧气浓度()代表注入气体后密封体系内气体的氧气浓度()代表监测初始状态时密封体系内气体的氧气浓度()等式()成立的前提是监测过程中无其他气体产生新气体的产生会导致柔性体系中氧气分压降低影响耗氧速率计算的准确性对于这种有新气体产生的监测体系可以在刚性容器中进行 待确定初始气体体积后依据等式()计算耗氧速率耗氧速率/()式中 是空气中的氧气浓度常数(/)/是氧气消耗曲线的斜率(/)影响耗氧量测试数据的因素环境因素及人为操作会影响光学传感器辅助氧气消耗法的耗氧过程和监测数值的准确性.相对湿度众所周知相对湿度对金属文物的腐蚀速率影响巨大 在耗氧速率测量过程中要保证体系湿度的
9、相对稳定只有在相同或相近的湿度下耗氧速率才具有可比性 可通过饱和盐溶液或调湿硅胶稳定环境湿度从而研究不同相对湿度下金属的腐蚀速率 综上所述可以看出控制反应容器内 文物保护与考古科学第 卷相对湿度对获得准确的实验结果非常重要 此外外部环境相对湿度的改变会造成分子振幅和氧气分压的改变从而影响监测的准确性.温度温度的改变会造成相对湿度的波动这种波动对于缓冲型调湿材料(如硅胶)影响更大温度会影响氧化反应速率温度升高密封容器内气压升高对容器内外环境中的氧气交换产生影响温度影响荧光寿命 另外监测过程中温度波动也会影响监测数值 因此在整个测试过程中体系温度应尽量保持恒定.光照光学传感法测量氧气浓度的方法依赖
10、于荧光传导激发光与发射光均通过光纤传递于传感点与仪器之间 自然光干扰会导致所测氧气分压升高 因此理想的测试环境应避免外界光源 当外界光线不可避免时应尽量考虑稳定光源 由于荧光物质的特殊性仪器测得的氧气分压随传感点的曝光时间增加而增大 所以在非测量时段应将传感点进行遮光处理提高测试的准确性.气压气压的波动会干扰柔性包覆材料密封体系中的氧气含量测量值 对于柔性密封体系氧气分压与环境气压正相关 外部气压增加柔性材料发生形变体系内氧气压力升高 因而对于长期监测刚性容器可更有效抵抗气压变化的干扰 针对于只能采用柔性体系的监测样本可通过空白实验排除气压波动的影响 此外测试过程中应避免人为施压造成形变影响结
11、果准确性.其他人为因素除以上环境因素外其他于测试过程中的人为操作也可能引起测试偏差如测试时光纤与传感点的角度和距离、容器的厚度及透光度等因此实际测量时应尽量保持人为操作的一致性 三种测试方法的比较根据监测对象自身的特点通常选择与其相匹配的密封容器 光传感辅助氧气消耗法对监测系统有如下要求:)无漏气情况即不会人为降低耗氧速率)密封材料自身几乎无氧气消耗)针对不同类型和形状大小的文物可选择尺寸合适的密封体系)尽可能降低成本 为满足以上的需求目前常见的监测体系有三种:玻璃容器、柔性阻氧膜、表面皿等玻璃片原位监测参照图 所示 这三种密封体系采用相同的光传感辅助法监测耗氧情况监测环境温度控制在 .玻璃容
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 光学 传感器 辅助 氧气 消耗 监测 文物 保存 状况 研究进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。