【化学那些事儿】闪光灯对博物馆藏品有多大伤害?

三三77
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发表于:2015-07-21 10:05 [只看楼主] [划词开启]

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。可最近,发生在国家博物馆的一起“闪光灯事件”,引发了人们对这项规定的讨论:闪光灯真的会对博物馆的藏品造成伤害吗?

在博物馆参观时,经常能够看到禁止使用闪光灯的标识。有些人觉得开一次闪光灯没什么大不了,但实际上,一些娇贵的文物可禁不起谁都来“闪”一下。图片来源:中国国家博物馆

问题的根源:光携带能量

万物生长靠太阳,因为阳光蕴含着能量。其实所有的光都是如此,也正是这些能量成为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,或者和其他物质反应,从而失去了原本的特征。

不过,在光的例子里,能量并不是平等的。光传递能量时并非连续的,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。不严格地比喻说,这就像被普通网球分别砸一百下没有事,而被一个百倍质量的超级网球砸一下可能就要出事。


所以,关注光对文物的影响,需要注意两件事情: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。


严格地说,衡量光的能量,应该用辐射功率。但是日常环境中我们接收光的最主要仪器就是我们的眼睛,最常用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时候我们常常会使用“照度”——把光强折合为人眼感受到的亮度。


类似地,衡量光子能量分布,严格说应该用光谱信息。但博物馆和摄影一般不会使用什么奇怪的光源,而普通光源很多都可以用理想的黑体来近似。所以这里我们用黑体的对应温度——“色温”来近似描述光子的能量状况:每种情况下的光源都会发出能量大小不一的各种光子,但是色温越高,高能光子越多,光化学破坏力也越大


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?

实验室模拟:光照如何影响藏品?

多彩的织物依赖于各种染料。正所谓“成也萧何,败也萧何”,染料本身的脆弱,也使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。其中的氧化分解途径——或者说光促进氧化途径,因为对光的要求不高,再加上无处不在的氧气在其中“为虎作伥”,在平常条件下就很容易发生。


根据被光活化后,染料分子如何与氧气反应,光促进氧化途径又可以分为两种。


第一种途径是光通过染料活化氧气,被活化的氧气再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。俗话说,水往低处流。分子其实也都喜欢在稳定的最底层呆着。可是,一旦有了光照,染料分子会吸收合适的光能,纷纷蹦上更高层。而另一方面,平时沐浴在氧气中的我们欢蹦乱跳的,可能会觉得氧气很温和。其实,这是因为氧气一般都是三线态氧——处于底层状态的氧气。通常情况下,光照很难让氧气“嗨”起来,而吸收光能,蹦上高层的染料分子,恰好扮演了能量传递者的身份——它们慷慨的将光能送给氧气,自己则退回到底层。而获得能量的氧气一步登天,摇身一变成了能量更高的单线态氧,露出了杀手的本来面目。这单线态氧简直是白眼狼,回过头来就把染料氧化得干干净净。


单线态氧的产生方式。


另一种光促进氧化途径则来得更加直接。前面我们说到,分子可以登上不同的楼层。其实更微观的来看,分子内部也是有着不同的楼层,而房客则是一个个的电子。电子本来都规规矩矩的从低层到高层住着自己的房间,光一来,情况就不同了,电子在吸收光能后,会跳到更高的楼层。如果这个不安分的电子再跳回原来的房间,并把吸收的能量以其他方式释放出去,比如光,那么一切安好;但是,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,自身则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。自由基超氧阴离子可以说是结合了自由基的活泼和氧的强氧化性,是个瞪谁谁怀孕的恶魔。在这个恶魔面前,染料分子丢盔弃甲,被分解殆尽。


超氧阴离子的产生方式。

织物常用各种有机染料来增添色彩,而另一个彩色世界——绘画,还会使用各种无机颜料,比如铅白,朱砂等等。研究发现,光照对这些绘画作品中的无机颜料也有影响。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、稳定性以及颜色鲜亮,而广受画家们的欢迎。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。

硫化镉粉末。图片来源:kremerpigments.com

油画作品中使用的硫化镉(镉黄)。图片来源:webexhibits.org

闪光灯的光,和展品的耐受力

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。


作为阳光的绝佳替代品,氙气闪光灯的色温与其相近,一般在6200K左右,而在距离物品2米处时,瞬时照度可以达到上万勒克斯。那么闪光灯对藏品,究竟会造成多大的影响呢?

那么,闪光灯呢?

那么具体到闪光灯,其造成的危害如何呢?尽管前述有关染料光漂白的研究有很多,但直接使用闪光灯作为光源的研究还较少。有研究发现,丝绸在经历数千次的闪光灯闪光后,会产生明显的色差变化,甚至出现焦化点。即使在闪光次数较少时,丝绸依然会出现褪色。当闪光距离大于50厘米时,2500次闪光造成的色差变化才能降到较低的水平。此外研究还发现,闪光灯中红外光的热效应会加剧丝绸的焦化。


但对此,也有研究者提出了不同的意见,认为闪光灯与室内采光相比,并不会对藏品造成额外的破坏。研究发现,闪光灯对水彩颜料造成的损害,与照度为200勒克斯的光照条件相当,但对于敏感的藏品,照度推荐值仅为50勒克斯。一定的室内光线对于参观是必不可少的,额外的闪光灯伤害却应该避免。此外,如果不使用紫外滤光片,闪光灯的伤害会提高10%~15%,因此对于缺少相应滤光措施的闪光灯来说,造成的伤害会更大。


 展品照度推荐值。


在一篇讨论闪光灯危害的文章中,作者提出了基于互易原理的计算,据此认为其实闪光灯造成的危害并没有人们想象中那么大。简单地说,“互易原理”指的是只要照度×时间相等,无论是高照度短时间,还是低照度长时间,造成的结果都一样的。但是实际上,不遵循“互易原理”的物质是存在的,例如印度黄(Indian Yellow)、氧化铅(PdO)等。因此这篇文章中的结论,我们还需谨慎对待。

结论

尽管在实验室条件下,光照对于藏品的危害已经有了比较充分的研究,但目前直接关于闪光灯对藏品影响的研究还不够充分,结论也尚不明确。但考虑到一旦闪光灯对藏品造成损害,那么这种损害将会是不可逆的,而且闪光灯可能造成的这种额外伤害,是可以避免的,我们不应该用珍贵的藏品来冒这个险。


此外,一些博物馆禁止使用闪光灯还有出于知识产权保护方面的考量。作出这样规定的博物馆通常都是历史类、人物纪念类博物馆,主要是因为他们的展品丰富多样,像英国的大英博物馆,法国的卢浮宫,俄国的艾尔米塔什博物馆(冬宫),我国的故宫博物院、毛泽东同志纪念馆、邓小平同志纪念馆等,都是这类博物馆的代表。而且在博物馆使用闪光灯,还会对其他参观者造成干扰。因此,我们应该遵守博物馆方面的规定,看到禁止使用闪光灯的标识,就请自觉地关闭手机或相机的闪光灯吧!


--本文转至果壳网

分类: 小小化学家
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