每个人都在博物馆用闪光灯,梵高的向日葵就变成白菊花了

2021-09-26 04:57:36 阅读 评论

逛博物馆时,如果留心观察,我们有时会发现馆内竖有禁止使用闪光灯的标识。为什么在博物馆需要禁用闪光灯?开了闪光灯,对展品会有什么影响吗?为什么博物馆需要禁用闪光灯呢?丨pixabay问题的根源:光携带能量所有的光都蕴含着能量,但这些能量却是文物老化的罪魁祸首之一。其中最致命的可能是光化学反应:在这些能量的作用下,文物表面的分子或者分解,或者与其他物质反应,从而失去了原本的特征。不过,光的能

  逛博物馆时,如果留心观察,我们有时会发现馆内竖有禁止使用闪光灯的标识。为什么在博物馆需要禁用闪光灯?开了闪光灯,对展品会有什么影响吗?为什么博物馆需要禁用闪光灯呢?丨pixabay

  问题的根源:光携带能量

  所有的光都蕴含着能量,但这些能量却是文物老化的罪魁祸首之一。其中最致命的可能是光化学反应:在这些能量的作用下,文物表面的分子或者分解,或者与其他物质反应,从而失去了原本的特征。

  不过,光的能量并不是平等的。光传递能量时并不连续,而是分成一个个的小能量包,每个包对应一个“光子”。越蓝的光,每个光子的能量就越大,通常而言造成的光化学破坏也越大;而就算总能量相同,越红的光,造成的光化学破坏也较小。

  所以,关注光对文物的影响,需要注意两点:一是光携带的总能量大小,二是其中多少光子是高能的,多少是低能的。在讨论展出文物时,前者可以用“照度”来近似,而后者可以用“色温”来近似。博物馆里的光丨Unsplash

  光的能量,严格说应该用辐射功率来衡量。但是日常环境中,我们主要是用眼睛接收光,最常用的判断标准就是眼睛感受到的明亮程度,所以在讨论可见光的能量时,我们常常使用“照度”——把光强折合为人眼感受到的亮度。

  光子能量分布,严格说应该用光谱信息来衡量。但博物馆和摄影一般不会使用奇怪的光源,普通光源很多都可以用理想的黑体来近似。所以,我们用黑体的对应温度——“色温”来描述光子的能量状况:色温越高,高能光子越多,光化学破坏力也越大。

  闪光灯的光与展品的耐受力

  在纯粹的黑暗中保管文物当然最理想,但这样就失去了文物的教育和审美意义。好的博物馆会严格控制馆内光源,既能让参观者肉眼看到重要细节,又能尽可能延长文物的寿命;但再好的控制,面对外来的闪光灯也会化为泡影。那么,拍照时的闪光灯会发出怎样的光?是否超过了展品的耐受能力呢?

  以最常用的氙气闪光灯为例,为了更详细地了解它的发光性质,我们结合氙气闪光灯的发射光谱加以讨论。图中可以看出,除可见光区(400 nm - 700 nm)外,氙气闪光灯还有两个明显的发射区,分别在波长更短、能量更高的紫外光区(200 nm - 400 nm),和比红色光波长更长、具有明显热效应的红外区(700 nm – 1200 nm)。氙气闪光灯发射光谱:横坐标为波长范围,纵坐标为强度丨参考文献[1]

  那么氙气闪光灯是否符合要求呢?首先看色温,作为阳光的绝佳替代品,氙灯的色温与其相近,一般在6200K左右,这已经超过了对光有一定敏感度的藏品的要求了。作为闪光灯,氙灯发光的时间虽然很短,但在距离物品2米处时,其瞬时照度可以达到上万勒克斯——这显然远远大于藏品所能承受照度值。展品照度的推荐值丨参考文献[13]

  光,让纺织品“容颜不再”

  多彩的织物依赖于各种染料,但染料本身很脆弱,使得彩色织物更加难以保存。

  造成染料如此“娇弱”的原因很多,“光漂白”便是罪魁祸首之一。顾名思义,染料的光漂白就是指染料在光照作用下发生褪色。这其中的机理较为复杂,但多数研究表明,染料光漂白可以分为染料的直接分解和氧化分解两种途径。直接分解一般需要能量较高的紫外光,发生条件稍显苛刻;而氧化分解对光的要求不高,加上氧气无处不在,在平常条件下就很容易发生。染料会在光照作用下褪色丨Pinterest

  根据被光活化后,染料分子如何与氧气反应,光促进氧化分解的途径又可以分为两种。

  第一种途径是光通过染料活化氧气,被活化的氧气反过来把染料破坏掉。为了更好地了解这两种途径,我们需要先引入一个概念——能级。为了简单理解,我们可以把能级看成是不同高度的楼层。虽然分子喜欢在稳定的最底层呆着,但一旦有了光照,染料分子会吸收合适的光能,跃上更高层。另一方面,虽然光照很难让处于底层状态的氧气“嗨”起来,但吸收了光能的染料分子会慷慨地将光能送给氧气,自己退回底层。获得能量的氧气则一跃成为能量更高的单线态氧,把染料氧化得干干净净。单线态氧的产生方式

  另一种光促进氧化的途径是直接产生自由基超氧阴离子。更微观地看,分子内部也有不同的楼层,房客则是一个个的电子。当电子吸收了光能,会跳到更高的楼层。氧气的出现使得不安分的高层电子有了新的去处——被光照活化的染料分子会将电子移交给氧气,自身被氧化为自由基正离子,而氧气则被还原为自由基超氧阴离子。自由基超氧阴离子兼具自由基的活泼和氧的强氧化性,会将染料分子分解殆尽。超氧阴离子的产生方式

  尽管古代没有那么丰富的人工合成染料,人们还是从大自然获得了种类繁多的天然染料,比如靛蓝、花青素、紫草素、小襞碱等。古代的靛蓝染色依靠的是从植物中提取的汁液,在染色过程中,除了靛蓝以外,还常常因染色时温度、pH值的变化而产生靛玉红——一种与靛蓝结构相近的分子。有研究发现,主波长为365 nm的紫外灯对染料中的靛玉红有明显的降解作用。利用靛蓝染色制成的纺织品丨albanyinstitute.org

  另外,靛蓝染料中的靛蓝胭脂红在紫外灯和氧气的作用下,也会很快发生氧化分解,生成靛红磺酸。

  光,让绘画“黯然失色”

  织物常用各种有机染料来增添色彩,而绘画还会使用各种无机颜料,比如铅白,朱砂等等。那么,使用无机颜料的藏品能否逃过闪光灯的追杀呢?闪光灯对绘画是否有影响呢?丨Pixabay

  遗憾的是,不能。举例来说,亮黄色的绘画颜料中会使用一种叫做硫化镉(CdS)的成分,这种成分因其着色力强、稳定以及颜色鲜亮,广受画家们的欢迎。莫奈、梵高、毕加索等绘画大家的作品中都大量使用了这种颜料。

  但是在可见光的作用下,硫化镉中的硫会被逐步氧化成硫酸根。这个过程还是可以用之前提到的能级模型来解释:光照会将硫化镉中的电子赶到更高的楼层中,而一旦有空出来的房间,原本住在硫中的电子就会趁虚而入。结果硫失去电子,被氧化为单质硫,而单质硫很容易被氧气氧化为硫酸根,最终使颜料被完全破坏。油画作品中使用的硫化镉(镉黄)丨webexhibits.org

  光照对藏品的破坏还远不止于此——红外光虽然能量较低,但是其显著的热效应可以加速纸张、木器等纤维素丰富的藏品脱水开裂;有机藏品,比如动植物标本、骨器等中富含的羰基、芳基等发色团,同样可以在光照的条件下被激发,发生氧化,或干脆直接被分解。

  闪光灯一次小小的闪烁,肯定不会像实验室中的模拟条件那样苛刻,但是日积月累的伤害却足以产生水滴石穿的效果。为了历史的厚重可以千百年的传承下去,请关闭闪光灯,小心翼翼地欣赏那些珍贵的藏品吧!

  参考文献

  [1] Batchelor, S. N., et al. The photofading mechanism of commercial reactive dyes on cotton, Dyes and Pigments, 2003, 59, 269.

  [2] Oakes, J. Photofading of textile dyes, Review of Progress in Coloration and Related Topics, 2001, 31, 21.

  [3] Wilkinson, F., et al. Rate constants for the decay and reactions of the lowest electronically excited singlet state of molecular oxygen in solution. An expanded and revised compilation, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1995, 24, 663.

  [4] Egerton, G. S., et al. The photochemistry of dyes. IV-The role of singlet oxygen and hydrogen peroxide in photosensitised degradation of polymers, Journal of the Society of Dyers and Colourists, 1971, 87, 268.

  [5] Bandara, J., et al. Fast kinetic spectroscopy, decoloration and production of H2O2 induced by visible light in oxygenated solutions of the azo dye Orange II, New Journal of Chemistry, 1999, 23, 717.

  [6] Roy, A. National Gallery Technical Bulletin, 2007, 28, 58.

  [7] Fiedler, I., et al. Cadmium yellows, oranges and reds. Artists’Pigments. A Handbook of their History and Characteristics; Cambridge University Press: Cambridge, 1986; Vol. 1, pp 65.

  [8] Leone, B., et al. The deterioration of cadmium sulphide yellow artists’pigments. In Preprints of The 14th Triennial Meeting of ICOM International Committee for Conservation; 2005; Vol. 2, pp 803.

  [9] http://dpanswers.com/content/canon_flash.php

  [10] http://www.cap-xx.com/resources/docs/cap-xx_wp_0906_comparison_of_xenon_flash_and_led_flash_v3.pdf

  [11] 王永礼, 博士论文, 物理环境对古代丝织品色泽和丝质的影响研究, 东华大学, 2007

  [12] Saunders, D. Photographic Flash: Threat or Nuisance? National Gallery Technical Bulletin, 1995, 16, 66.

  [13] 《博物馆建筑设计规范 JGJ66-91》

  [14] http://people.ds.cam.ac.uk/mhe1000/musphoto/flashphoto2.htm

  [15] Schaeffer., T. T. Effects of Light on Materials in Collections: Data on Photoflash and Related Sources, Getty Conservation Institute, Los Angeles, California: 2001

  作者:winter_鼠包

  原标题:《每个人都在博物馆用闪光灯,梵高的向日葵就变成白菊花了》

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