纸质文物辐照消毒研究进展.pdf
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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:科技部重点研发项目()资助高能所创新基金()资助中国青少年发展基金会梅赛德斯 奔驰星愿基金资助作者简介:汪泽生()男 年毕业于上海大学核技术应用专业硕士研究方向为辐照技术在馆藏文物保护中的应用:.通信作者:罗 敏女副研究员研究方向为核技术应用 :.文章编号:():././.论 坛纸质文物辐照消毒研究进展汪泽生邵 阳罗 敏徐殿斗马玲玲(.中国科学院高能物理研究所北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心北京 .上海大学环境与化学工程学院上海)摘要:纸张是人类历史文化信息的重要载体纸质文物的妥善保存是文明延续的一部分 纸制品在
2、使用及存储期间除发生自然老化外还受到以真菌为主的微生物损害因此纸张消毒处理是保护过程中的重要步骤 本文总结了微生物对纸制品的危害以及常用的化学和物理消毒方法重点介绍了电离辐射对纸制品消毒的成效并分析了辐照对纸张机械性能、颜色和聚合度等方面的影响关键词:电子束辐照消毒色差聚合度机械性能老化中图分类号:.文献标识码:引 言上千年来人类的大部分历史文化以各种形式记录在纸张上纸张也是最通用的信息储存介质因此对它们的保护至关重要 纸张的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素和添加剂(填料、胶料、颜料)随着时间的推移纸张会经历自然老化而其成分也决定了它容易受到微生物的损害因此在纸张的保护过程中良好的保存环境和
3、有效的消毒非常重要为了避免生物因素的威胁人们常用的消毒方法分为化学和物理方法 化学方法有乙醇、甲醛、百里酚试剂和溴甲烷、环氧乙烷熏蒸等化学法品类多应用方便但会在处理过的物品上留下对人类健康有危害的残留物也会对纸张有一定影响如乙醇等会使纸张失去光泽甲醛会使纸张失去弹性而电离辐射、紫外线作为物理方法具有高效的杀菌性以及无残留物等优点 辐射消毒已被成功应用于医疗用品及部分文物 也逐渐被成功用于受微生物损害的书籍和档案的处理 但辐射会对纸张基质产生一定影响如造成机械性能、颜色和纤维素聚合度的变化 所有文物保护方法都有时效性如果后续保护不当易受二次侵害并且纸张的多次辐照容易使纸张变脆 本文通过分析国内外
4、纸制品的消毒研究现状探究电离辐射对受微生物损害的纸张消毒的优势与缺点总结消毒过程与纸张质基材损害的规律以期为我国受损害的纸质文物辐照消毒提供参考借鉴 保存中的威胁纸张在保存过程中面临的主要问题来源于自然老化和微生物的损害:自然老化可以定义为随时间推移缓慢发生的不可逆的变化纸张性能下降不再适合作为信息的载体微生物威胁主要来自真菌及其孢子真菌的生长发育会造成纸张的机械损伤、酸腐蚀、酶降解以及对人体的健康产生危害 认知这些问题能够帮助人们更好地去保护纸张这一重要的历史信息媒介.纸的老化影响纸张自然老化的因素有内源性的 值、金属离子、木质素、降解产物以及外源性的光、温度、湿度、氧化、污染等 其中由酸催
5、化的水解是使纸张降解的主要原因金属离子、降解产物、污染等的存在都会加速这一过程而木质素的存在则容易引起纸张的变色 对温度和湿度的控制有利于减缓纸张 文物保护与考古科学第 卷的降解目前推荐图书馆、档案馆和博物馆中存放纸张的区域应将温度保持在尽可能低的水平(以下)且相对湿度()介于 自然老化会导致纸张性能的全面降低引起聚合度 关于降解的最重要的化学指标的下降 聚合度的降低直接影响机械性能纸张的耐折性首当其冲然后是撕裂度抗张强度对于聚合度降低的响应较弱据报道即使是严重老化的纸张仍能保持很大比例的抗张强度 纸张的光学性能也会受到老化的影响主要表现在于 色度中(亮度)值的降低以及 值的升高(变黄)此外纸
6、张的人工加速老化是研究纸张长期变化的一种重要手段通过在适当的温度和湿度以及环境中加速纸张的老化有助于阐明和理解纸张的降解机理评估纸张降解的动力学途径 当前推荐的是在恒温恒湿箱中进行 、条件下的湿老化又由于纸张的不均匀性以及材质差异目前仍没有自然老化和人工老化关系间定量的结论但加速老化实验仍具有很强的参考意义也在研究中被广泛使用.真菌威胁.种属和危害 馆藏文物中的真菌种类众多其存在严重威胁纸张的保存 从图书馆材料中分离出 个真菌属共 种统计出科英布拉大学档案馆的书籍和档案上存在真菌 属 种其中最常见的种是枝状枝孢()、产黄青霉()、杂 色 曲 霉()、肉 桂 铬 霉()最常见的属是枝孢属(.)、
7、曲霉属(.)和青霉属(.)闫丽等从中国文化遗产研究院提供的书画文物霉斑处共分离出 株真菌且均属于曲霉属和青霉属以烟曲霉()、棒曲霉()和黑曲霉()居多 任珊珊总结了国内公开发表的有关图书馆、档案馆和博物馆内微生物种类的研究并按我国七大地理分区进行分类分析相关论文后发现各分区内部微生物种类有相似也有不同从全国范围来看检出种类最多的真菌是曲霉属和青霉属同时各地区均有区别于其他地区特有的微生物从生物学角度来看图书馆中的有机材料为各种微生物提供了合适的定殖场所它们通过正常代谢活动释放出各种有机物质 螯合物、有机酸、无机酸和色素加速纸张的降解其生长和收缩、溶胀现象所施加的机械压力会对支撑材料造成不同类型
8、的损伤:机械损伤(磨损和洞穿)和化学损伤(溶解和新的反应产物产生)一些纸质文物遭受微生物损害的情况如图 所示图 受微生物损害的文物.第 期汪泽生等:纸质文物辐照消毒研究进展.消毒方法 为抵御真菌对纸张的损害人们已使用来自多个学科领域的方法用于阻止真菌的生长比如使用试剂等化学方法隔绝水和氧气、极端温度、电离辐射和紫外线等物理方法 通常使用化学试剂杀菌效率高但处理后的化学残留物不可避免且最终会从材料中释放出来危及工作人员和使用者此外经过化学试剂处理之后真菌可能产生药物抗性物理方法无残留但消毒效果有限化学试剂通过其活性成分作用于微生物细胞特定位置以达到消毒功能 合适的消毒试剂应当是一种广谱试剂具有良
9、好的化学稳定性、低成本、对人体无毒性以及对处理过的材料无不良影响下面介绍几种国内外常用于纸张保护的化学试剂(表)表 化学消毒试剂的比较 试剂优点缺点对纸张的影响参考文献乙醇易蒸发、无残留多数情况仅抑菌杀菌效果有限失去光泽、增加不透明度、溶解介质甲醛有杀菌作用可用于大范围处理易在材料上沉积、穿透性低、致癌性使纤维素失去弹性、腐蚀油墨百里酚可用于大范围处理仅抑菌不能杀菌人体毒性机械性能下降、变黄、溶解油墨 环氧乙烷杀菌性强、穿透性强、可用于大范围处理类致癌物、提高处理物品受污染敏感性无明显影响 溴甲烷消毒性强、可用于大范围处理剧毒、破坏臭氧层无明显影响 精油无污染降低纸张水分挥发快、有效成分不稳定
10、无明显影响 纳米材料低毒性、杀菌广泛持久抗菌效果取决于纳米颗粒性质潜在毒性导致变色 大范围消毒处理最常用的是环氧乙烷()熏蒸 自 年以来环氧乙烷被广泛用于历史文物的消毒它拥有消毒剂所需的高反应性和扩散性具有很高的消毒效率但环氧乙烷已被证明具有致癌性且会附着在处理后的物品上导致许多国家禁止使用 而对于纸张上出现的小型菌斑工作人员则常使用体积分数 的乙醇处理再对区域进行隔离物理消毒方法无残留对人体健康的威胁更小虽然杀菌效果不如化学方法但是在消毒后为藏品提供适宜的储藏环境依旧能使其得到良好的保护表 列举了几种物理消毒的方法表 物理消毒方法的比较 方法优点缺点对纸张的影响参考文献脱水无残留抑菌不能杀菌
11、物理变形冷冻无残留无法杀死干燥的分生孢子杀菌效果依赖时间和温度增加纸张孔隙率和厚度改变吸光度和机械性能 电离辐射无残留、可用于大范围处理诱导真菌产生更多有色代谢产物高剂量下会降低机械性能以及聚合度降低、变黄高温降低纸张中含水量需要 以上才能杀死孢子加速降解速率气氛无有毒残留只能减缓真菌生长无法阻止含量高会改变纸张的酸性 紫外辐射无残留、可作为杀菌剂穿透性低引起纤维素氧化导致纸张变黄变脆 辐射消毒及影响.电离辐射电离辐射包括能量高于 的电磁波(如 射线和 射线)、高能荷电粒子(如被加速的电子、质子、氦核)和裂变中子 目前大多数研究集中在 射线和电子束对于纸张的保护两者各有优势:射线比电子束具有更
12、高的穿透性电子束则能做到更高的剂量率且源强度可调节同时电子束不涉及放射性物质的处置需要的防护要求也比较低 量化电离辐射对物质的影响程度通常使用吸收剂量 每单位质量辐照材料吸收的能量国际单位为()/辐射消毒成本低、安全可控已被广泛应用于从医疗用品到食品、香料和药 文物保护与考古科学第 卷用植物、文物等领域.辐射消毒辐射消毒的原理在于电离辐射通过电离效应对细胞 造成直接且不可逆的损伤 辐射的直接效应表现为在细胞中产生活性氧()通过双链断裂使 变性(细胞中最严重的 损伤形式)它还诱导突变破坏蛋白质(通过施加氧化损伤使酶失活)并最终杀死细胞 此外细胞内外的水分子辐解这一间接效应导致活性氧、自由基、过氧
13、化物和离子的形成它们与生物分子如单链和双链 反应致使其变性电离辐射对纸张进行消毒的研究始于 世纪 年代利用 射线对受真菌损害纸张进行消杀此后学者们进行了更广泛的研究 等通过在各种纸张上接种黄曲霉、黑曲霉、绿色木霉()和单格孢()随后进行 的 辐照结果显示 剂量足以消灭这些真菌 剂量可以实现整体的无菌性 年约翰霍普金斯大学的档案保管员曾对已完全被微生侵蚀的具有较高研究价值的 盒纸质文件进行了.剂量的 辐照结果显示在辐照后的二十多年中文件没有出现任何问题可以继续正常使用清洁 对产黄青霉进行的 辐照实验表明 即可对其消灭(图)等对从被化学试剂处理过的书籍中提取出的杂色曲霉进行了 辐照发现其在 剂量下
14、仍有抗性而在 时被消灭同时他们还从中分离出顶孢属(.)、曲霉属、枝孢属、镰刀菌属(.)、青霉属和毛孢子菌属(.)均在 剂量内被消灭 笔者所在课题组也做过微生物的辐照实验使用能量 、吸收剂量 的电子束辐照严重抑制了气单胞菌属(.)的生长(图)图 进行的产黄青霉辐照实验.图 辐照前(左)后(右)气单胞菌属生长情况(笔者课题组进行的实验).()()电子束辐照对纸制文物上使用的油墨、色彩等影响也有一定的研究 等曾成功使用 射线对一幅来自 世纪秘鲁的蛋彩画进行了辐照消毒处理结果表明 剂量成功对受真菌侵害的画作进行了消毒且 的辐照剂量未使画作颜色发生显著变化 等研究了 辐射对十种常见的印刷油墨的影响表明即
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