Сравнение значений показателей белизны и рН контрольных образцов бумаги с соответствующими значениями этих показателей у образцов бумаги после обработки (Табл. 2) показывает, что обработка поверхности бумаги лазерным пучком не оказывает отрицательного воздействия на свойства бумаги, характеризуемые этими показателями.
Таблица 1. Влияние лазерной обработки на физико-механические свойства бумаги (показатель сопротивления излому)
Проведенное тепловое старение образцов бумаги (Табл. 3) также не показало отрицательного влияния лазерной обработки поверхности бумаги на ее долговечность, т. к. изменения значений показателей сопротивления излому, белизны и рН у контрольных образцов были аналогичны изменениям значений этих показателей у образцов бумаги, обработанных лазером.
Таблица 2. Влияние лазерной обработки на белизну бумаги и значение показателя кислотности (рН)
Таблица 3. Изменение физико-механических, оптических и химических свойств контрольных образцов бумаги и образцов бумаги с лазерной обработкой после теплового старения (100ºС, 72 часа)
Визуальный осмотр зон очистки (при помощи оптического стереомикроскопа МБС-10) показал, что в результате однократной лазерной обработки происходит удаление значительной части загрязнений без нарушения структуры поверхности бумаги и ее колористических характеристик.
После успешного завершения серии тестовых испытаний на модельных образцах, продемонстрировавших безопасность воздействия лазера на бумагу, в работе были проведены эксперименты по лазерной очистке подлинного исторического документа – листа списанной рукописной книги XVII века с типичными загрязнениями (см. ил. 1, 2).
В результате лазерной обработки были удалены основные поверхностные загрязнения. Состояние бумаги до и после лазерной очистки контролировалось при помощи оптического и электронного сканирующего микроскопов.
Ил. 3. Изображения поверхности листа рукописной бумажной книги, полученные на электронном сканирующем микроскопе: слева – исходное состояние, справа – после очистки с помощью лазера
Изображения поверхности бумажного листа, полученные на электронном сканирующем микроскопе JSM-35, приведены на ил. 3. На этих изображениях отчетливо видно, что с помощью лазера были удалены основные загрязнения поверхностного слоя бумаги, и при этом полностью отсутствуют нарушения морфологии поверхности бумаги и повреждения структуры целлюлозных волокон.
Таким образом, проведенные исследования показали, что лазерная обработка с использованием импульсно-периодического лазера с длиной волны излучения 1,06 мкм, наносекундной длительностью и частотой повторения импульсов единицы-десятки кГц в сочетании с высокоскоростным (скорость 200–500 мм/с) сканированием лазерного луча является эффективным и безопасным способом очистки бумаги, который может быть рекомендован для практического использования в реставрации документов на бумажных носителях.
В заключение авторы выражают благодарность М. Д. Геращенко за помощь в обработке образцов с помощью лазера и Н. Н. Сапрыкиной за их исследование на электронном сканирующем микроскопе.
Литература
1. Salimbeni R. Laser techniques in Conservation in Europe // SPIE Proceedings. 2005. Vol. 5857. P. 8–18.
2. Парфенов В. А. Лазерные технологии реставрации и исследования произведений искусства // Исследования в консервации культурного наследия: Материалы международной научно-методической конференции, посвященной 50-летнему юбилею ГосНИИР. М., 2008. Вып. 2. С. 217–226.
3. Cooper M. Laser Cleaning in conservation: An introduction // Butterworth-Heinemann. Oxford, 1998 (special issue), Mayer & Comp. Vienna, 1997. P. 69–78.
4. Sportun S., Cooper M., Stewart A., Vest M., Larsen R., Poulsen D. V. An investigation into the effect of wavelength in the laser cleaning of parchment // Journal of cultural heritage. Vol. 1 (2000). P. 225–232.
5. Friberg T. R., Zafiropulos V., Petrakis Y., Fotakis C. Removal of fungi and stains from paper substrates using laser ceaning Strategies // Kautek W., Konig E. (eds.). Lasers in the conservation of artworks (LACONA I), Restauratorenblatter (special Isuue), Mayer & Comp. Vienna, 1997. P. 79–82.
6. Pilch E., Pentzien S., Madebach H., Kautek W. Anti-fungal treatment of paper: a model Study with a laser wavelength of 532 nm // Laser in the conservation of artworks (LACONA V), Springer-Verlag, Berlin; Heidelberg, 2005. P. 18–27.
7. Landucci F., Pecchioni E., Torre D. et al. Toward an optimised cleaning procedure to treat important paleontological specimens // Journal of Cultural Heritage. Vol. 4 (2003). P. 106–146.
8. Парфенов В. А. Лазерная очистка бумаги и пергамена // Основы реставрации западно-европейского переплета и сохранности фотодокументов. М., 2008. С. 37–43.
9. Вилесова М. С., Лазарева С. Я., Сапрыкина Н. П., Ткачев Б. И., Левашова Л. Г., Хализова Е. М., Исследование термических превращений бумаги // БАН: 10 лет после пожара: Материалы международн. научн. конф., С.-Петербург, 16–18 февраля 1998 г. СПб., 1999. С. 135–139.
А. Н. Геращенко, И. Ю. Кирцидели, В. А. Парфенов. Противодействие биологическим поражениям памятников с помощью лазерной обработки
В настоящее время биологические поражения являются одной из главных причин разрушения памятников. Биоповреждением принято называть изменение свойств материала памятника вследствие воздействия на него живых организмов. Это комплексная проблема, которая затрагивает самые различные материалы: камень (мрамор, известняк, песчаник), органические материалы (бумагу, кожу, ткань, древесину и т. д.), керамику, стекло и даже металл [1, 2]. В качестве биодеструкторов памятников выступают бактерии, плесневые грибы, микроскопические водоросли, лишайники, мхи, а иногда и высшие семенные растения.
Микромицеты (их еще иногда называют плесневыми грибами) – многочисленная и разнородная в систематическом отношении группа биологических организмов. Мицелий грибов состоит из длинных разветвленных нитей – гиф, которые разрастаются на поверхности материала и часто проникают в него.
Споры грибов часто очень стойки к экстремальным воздействиям. Благодаря своему малому весу споры легко распространяются воздушными потоками и, оседая на предметы, проникают в мелкие поры и трещины. Отличаясь большим разнообразием физиологических и биохимических свойств, они способны к жизнедеятельности в экстремальных условиях, непригодных для других организмов.
Появление микроорганизмов на поверхности объектов культурного наследия приводит к ухудшению их внешнего вида, что проявляется в изменении исходного цвета. Однако это только «верхушка айсберга», поскольку главная опасность биологических поражений связана с физическим и химическим воздействием микроорганизмов на материал памятника. Проникая в материал исторического объекта, они постепенно разрушают его структуру. Например, при биопоражении мрамора и известняка микромицеты, укоренившиеся в порах между кристаллами кальцита, вызывают отслаивание (с последующим «отшелушиванием») отдельных фрагментов поверхностного слоя. В результате микроорганизмы могут ускорять темпы деструкции камня во много раз.
Используя материал памятника как субстрат, микроорганизмы растут на нем, питаются, размножаются, выделяют продукты обмена веществ. В качестве питательных веществ они могут использовать вещества органической природы (в том числе, остатки старой плесени или слизистой бактериальной пленки), пыль (как музейную, так и привносимую извне), следы рук, реставрационные полимерные материалы и т. п. Более того, многие грибы и бактерии могут получать необходимые им углерод и энергию из органических веществ, содержащихся в минеральных материалах.
Для того чтобы использовать различные вещества в качестве источника своего питания, микроорганизмы выделяют специфические белки – ферменты, которые катализируют реакции в процессах расщепления сложных структурных макромолекул материала на отдельные фрагменты. Так, например, микроорганизмы, разрушающие материалы растительного происхождения (бу маг у, древесину, холст и др.), выделяют группу ферментов – целлюлазы, которые катализируют реакции расщепления целлюлозы (структурного полисахарида растительных материалов) до моно– и дисахаридов, т. е. до глюкозы и целлобиозы, соответственно. Клеи расщепляются при воздействии амилазы на крахмал, или протеаз – на белки. С помощью протеиназ микроорганизмы повреждают материалы животного происхождения (кожу, пергамент, шерсть, рог).
Кроме этого микроорганизмы выделяют также пигменты, углекислый газ, аммиак, сероводород, спирты и такие агрессивные для многих материалов продукты обмена веществ, как кислоты. Грибы и большинство бактерий выделяют органические кислоты: молочную, лимонную, уксусную, глюконовую, щавелевую, яблочную, фумаровую и др.
Из представленного здесь краткого обзора становится ясна острота проблемы биопоражений памятников. К сожалению, сегодня реставраторы часто сталкиваются с трудностями ее решения. Наиболее распространенный способ, который до сих пор доминирует во многих музеях, – это использование метода химической защиты. В настоящее время существует множество различных биоцидов, способных подавлять рост микроорганизмов. Однако в реставрационной практике и, особенно, при работе с музейными объектами число пригодных для использования препаратов в значительной мере ограничено спецификой сохранности культурных ценностей. Препарат не только должен быть эффективным в борьбе с биопоражениями, но он должен быть безопасен для самого материала (не влиять на его структуру и окраску), а также безопасен для работающих с ним людей.
