utjecaj gama zraČenja na predmete kulturne …...utjecaj gama zraČenja na predmete kulturne...
TRANSCRIPT
UTJECAJ GAMA ZRAČENJA NA PREDMETE UTJECAJ GAMA ZRAČENJA NA PREDMETE KULTURNE BAŠTINE OD ORGANSKIH KULTURNE BAŠTINE OD ORGANSKIH
MATERIJALAMATERIJALA
Irina PucićLaboratorij za radijacijsku kemiju i dozimetriju
Institut Ruđer Bošković Zagreb, Hrvatska
seminar
“Radijacijske metode u zaštiti kulturne baštine”
2
ORGANSKI MATERIJALI U KULTURNOJ BAŠTINIORGANSKI MATERIJALI U KULTURNOJ BAŠTINI
prirodne polimere sadržavaju: ● drvo ● papir ● koža● pergament● krzno
● tekstil● užad ● slonovača ● kosti● jantar
sintetički polimeri:● celuloza-acetat ● poliester ● guma
anorganski materijali:
● staklo ● poludrago kamenje● minerali ● sedef
komponente polikromnih objekata:
● premazi ● veziva● pigmenti ● gips
uz navedene materijale kao dijelovi objekata pojavljuju se
3
biodeterioranti: insekti, gljivice, plijesni, bakterije itd., nastanjuju objekte kulturne baštine i hrane se njihovim materijalima: ● celuloza → drvo, papir, pamuk ● proteini → koža, pergament (kolagen), svila, vuna
djeluju u svim stupnjevima proizvodnje i uskladištenja
● uzrokuju promjenu izgleda (obezbojenje, obojene mrlje) ● gubitak čvrstoće● djelomičnu ili potpunu razgradnju materijala
izazaivaju kemijske promjene
● promjene stupnja oksidacije● smanjenje stupnja polimerizacije ● razgradnja molekularne strukture
ŠTETNICI I NJIHOVO DJELOVANJE NA MATERIJALEŠTETNICI I NJIHOVO DJELOVANJE NA MATERIJALE
4
fumigacija ● toksična i/ili štetna za okoliš ● opasna za operatere, restauratora, kustosa pa i posjetitelje muzeja ● zakonska ograničenja● ne prodire dovoljno u dubinu ● neki insekti su u stanju proizvesti zaštitne prepreke ● upitno djeluje li na jajašca ● niska pouzdanost● skupa, naročito za veće objekte● materijali tretirani etilen-oksidom mogu biti osjetljiviji na novi napad
od netretiranih
radijacijska obrada γ - zračenjem ● zaustavlja biodegradaciju● koristi se za konzervaciju ● može se koristiti i za konsolidaciju● osniva se na saznanjima prikupljenim za radijacijsku obradu
farmaceutika, kozmetičkih, medicinskih materijala i sl.
BIODETERIORANTI - UKLANJANJEBIODETERIORANTI - UKLANJANJE
5
RADIJACIJSKA OBRADA PREDMETA KULTURNE BAŠTINERADIJACIJSKA OBRADA PREDMETA KULTURNE BAŠTINE
1978. radijacijska dezinfestacija mumije Ramsesa IIu suradnji stručnajka iz Arc-NucleArt Laboratorija, Grenoble, Francuska
početci u 1960-im i 1970-im
6
● γ-zračenje je visoko-energetsko elektromagnetsko zračenje koje emitira radioaktivna jezgra
● ozračivanje je interakcija zračenja i tvari, prijenos energije ● energija gamma zračenja koje se primjenjuje u radijacijskoj obradi ne
pobuđuje jezgre atoma ozračenog objekta → ne generira sekundarnu radioaktivnost
● velika prodornost osigurava efikasnost i pouzdanost biocidnog djelovanja
Radio valovi10 -10-10-6 eV Mikrovalovi
Infra crvene zrake
-Vidljivo svijetlo
Ultra-ljubičaste X-zrake γ− zrake100keV – 2 MeV
GAMA ZRAČENJEGAMA ZRAČENJE
Ionizacija i ekscitacija atoma i molekula
ABAB+ + e-
AB+ + e-
A• + B•AB*
izlaganjem tvari ionizirajućem zračenju dolazi do cijepanja kemijskih veza= strukturne promjene na molekulskoj razini koje imaju fizikalne, kemijske i biološke posljedice
7
ABSORBIRANA DOZA, D, je najvažniji parametar o kojem ovise svi efekti zračenja= energija zračenja koju je primio ozračeni medij,SI jedinica je Gy (= J kg-1)
D' = D / t
Brzina doze, D', ovisi o jačini polja zračenja koja ovisi o aktivnosti izvora, tj. broju raspada u vremenu. Jačina polja se smanjuje s kvadratom udaljenosti od izvora zračenja. Brzina doze može se po potrebi smanjiti primjenom.
Osoblje u laboratoriju za radijacijsku obradu osigurava dozimetrijsku kontrolu i određuje optimalnu geometriju.
Bira se najmanja doza koja ne proizvodi neželjene efekte a osigurava konzervaciju.
ABSORBIRANA DOZAABSORBIRANA DOZA
8
1 Gy1 mGy 1 kGy 1 MGy1 0.001 1 000 1 000 000
BIOLOŠKO DJELOVANJE ZRAČENJA
DJELOVANJE ZRAČENJA NA MATERIJALE
25 kGy medicinska sterilizacija
dezinsekcija
uklanjanje gljivica
letalna dozaza ljude
promjena boje
radioliza
polimerizacija
degradacija
3 mSv godišnjeprirodno zračenje
6 mSv godišnjeprirodno zračenje+medicina
DOZA D
uklanjanje bakterija
ABSORBIRANA DOZA I DJELOVANJE ZRAČENJAABSORBIRANA DOZA I DJELOVANJE ZRAČENJA
9
RRADIADIJJAACCIIJSKIJSKI UREĐAJI POSVEĆENI ISKLJUČIVO UREĐAJI POSVEĆENI ISKLJUČIVO KONZERVACIJI PREDMETA KULTURNE BAŠTINEKONZERVACIJI PREDMETA KULTURNE BAŠTINE
ARC-NucléArt, Grenoble, Francuska
Muzej Središnje Češke, Roztoky pokraj Praga, Češka
Vodeći na području u posljednjih 30 godina:
10
Uređaj za ozračivanje u Laboratoriju za radijacijsku kemiju i dozimetriju, IRB
RRADIADIJJAACCIIJSKIJSKI UREĐAJI PRI ISTRAŽIVAČKIM UREĐAJI PRI ISTRAŽIVAČKIM LABORATORIJIMA ILI KAO POSEBNE JEDINICELABORATORIJIMA ILI KAO POSEBNE JEDINICE
IRB – Zagreb (Hrvatska)
IRASM – Bucharest (Romania)
MITR – Łódź (Poland)
ENEA – Casaccia (Italy)
11
●Pucanje veza ●Stvaranje nezasićenja●Oksidacija●Umrežavanje●Degradacija – većina prirodnih polimera
DJELOVANJE ZRAČENJA NA MATERIJALEDJELOVANJE ZRAČENJA NA MATERIJALE
Ionizacija i ekscitacija atoma i molekula
ABAB+ + e-
AB+ + e-
A• + B•AB*
degradacija umrežavanje
12
PAPIRPAPIR
gljivice probavljaju celulozu●smanjenje stupnja polimerizacije●gubitak mehaničkih svojstava●otpuštanje metabolita
celuloza ● od tekstila ili od drvne kaše● više stotina vrsta gljivica napada papir iz arhiva, muzeja i knjižnica● polako degradira ● gljivice mogu naškoditi i ljudima koji moraju raditi s tim papirom
13
RADIJACIJSKA OBRADA PAPIRA RADIJACIJSKA OBRADA PAPIRA
● raspon doza od 5 do 18 kGy ● protiv pljesnji koje se uobičajeno sreću u arhivima 8 kGy● cilj nije postići sterilnost
8 do 9 kGy dovoljno za uništavanje većine štetočina
za potpuno uklanjanje gljivica potrebno je 18 kGy ● minimalne promjene fizičkih, mehaničkih i kemijskih svojstava papira ● promjene primjetne nakon ubrzanog starenja ● sinergizam ubrzanog starenja i efekata zračenja ● efekti umjetnog starenja ne podudaraju se s onim prirodnog
istraživanje i primjena zračenja papira započeti u 60-imvelike doze → velika degradacijapredrasude prema zračenju istovremeno širenje tehnika fumigacije
14
PAPIR - ISPITIVANJE DJELOVANJA ZRAČENJAPAPIR - ISPITIVANJE DJELOVANJA ZRAČENJA
ispitivanje ● otpornosti papira i tiskarske tinte● u rasponu doza širem od nužnog za konzervaciju kako bi se lakše uočile promjene koje su posljedica zračenja
problem referentnog papira● Whatman – preosjetljiv, čista celuloza iz drvne kaše koja pokazuje znakove degradacije već pri 5 kGy ● permanentni papir bez lignina ● papir za kopiranje
mehanička svojstva otpornost na savijanje pokazatelj promjena stupnja polimerizacije
kemijska svojstva
10 kGy
Cijepanje lanacaKarbonilne grupeKarboksilne grupe
djelotvornosti zračenja na biološke agense koji napadaju papir
oksidacija – pojava karboksilnih i karbonilnih skupina neznatna ispod D=10 kGy
otpornost ozračenog papira na starenje i naknadne napade bioloških agensajoš je predmet istraživanja
15
uz primjenu minimalne potrebne doze● za insekte dovoljno 0.2 do 0.5 kGy● za gljivice 8 do 9 kGy ● osigurava dezinfekciju u najvećem broju
slučajeva● radijacijska oštećenja zanemariva
RADIJACIJSKA OBRADA PAPIRA RADIJACIJSKA OBRADA PAPIRA
unatoč ograničenjima nezamjenjiva● kod opsežne kontaminacije● kad je biološki napad počeo na drvu i prešao na papir● kad je informacija koju papir nosi važnija od samog papira● kad se druge kolekcije želi zaštititi od moguće kontaminacije ● u katastrofalnim situacijama● za papirne tapete
16
● suho drvo napadaju insekti● vlažno drvo napadaju gljivice● oštećeno još osjetljivije
DRVODRVO
● 41- 43 % celuoloza● 20 -30 % hemiceluloza● 23 - 27 % lignin● smole, masne kiseline i steroli celulozne fibrile ugrađene u matriks od lignina
17
RADIJACIJSKI OBRAĐENO DRVORADIJACIJSKI OBRAĐENO DRVO
dezinfestacija drva γ-zračenjem od 1960.-ihprodornost γ-zračenja – idealna za velike objekte termička i mehanička svojstva skoro nepromijenjena do 100 kGy, mehanička svojstva do 50 kGy čak i nešto bolja nego kod neozračenog – lignin “štiti” drvo od zračenja
jasika – elastičnostceluloza norveške smreke – stupanj kristalnostibukva – kompresibilnost okomito na vlakna orijentalna smreka – kompresibilnost okomito na vlaknanorveška smreka – otpornost na savijanje
10 kGy
opažena promjena zvuka ozračene violine (doza nije navedena)
18
POLIKROMNO DRVO – PIGMENTI I ADITIVI POLIKROMNO DRVO – PIGMENTI I ADITIVI
kod doza koje se primjenjuju za dezinfekciju drva promjene pigmenata zanemarive
Rumunjska - ikona 11-36 kGy (!) promjene kod pigmenata krom-žuta i minij
10 kGy
● laneno ulje i gumiarabika nešto osjetljiviji● instrumentalno utvrđene promjene boje nevidljive ljudskom oku osim za kredu i podloge s kredom● kod krom-žute i minija veća brzina doze povećavala efekt, ● promjene veće ako nije bilo laka
19
pigment 6 kGy 10 kGy 25 kGycrni 5 5 4-5azurno plavi 5 5 4-5žuta okra 5 5 4-5mars crveni 5 5 5svijetlo smeđi 5 5 5sivi 5 5 5
PIGMENTI RADIJACIJSKI OBRAĐENE SLIKE PIGMENTI RADIJACIJSKI OBRAĐENE SLIKE
Peru: Leonardo Flores “Sveta obitelj s anđelima”
17.st
● kontaminirana gljivicama● zračena u 2 navrata!● D= 6 kGy + 9 kGy● nisu uočene promjene
materijala i pigmenata
komparativna skala boja1= velika promjena5= nema promjene
20
KOŽA, PERGAMENTKOŽA, PERGAMENT
Protein kolagenniti čiji raspored, orijentacija i konzistentnost određuju svojstva kože. Struktura kolagena ostaje nepromijenjena do 50 kGy.
kožuh iz rumunjske etnografske zbirke,
D=10 kGy
21
KOŽAKOŽA
10 kGy
promjene fizikalnih svojstava kolagena s dozomkolagen u koži umrežen štavljenjem pergament je neštavljen ali podnosi doze potrebne za dezinfekciju
22
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
10 100 1000 10000 100000 1000000
Dose (Gy)
Rela
tive
beha
vior
CottonLaineLinSoieTraction rupture loads
Fibers from animal origin
Fibers from vegetal origin
Vlakna životinjskog porijekla
Vlakna biljnog porijekla
Čvrstoća na istezanje
10 kGy
VLAKNAVLAKNA
Vlakna životinjskog porijekla = proteinski polimeriVlakna biljnog porijekla = celulozni polimeri
U modelnim uzorcima tekstila pri D = 5 kGy uočene samo prolazne kemijske promjene
23
Rumunjska - filmska arhiva
nosač: celuloza-acetat i poliestervezivna želatina hrana za gljivice
ispitane doze D=25 kGy i 50 kGy
primijenjena D=25 kGy
utrvrđivan utjecaj zračenja na boju u svakom sloju nije bilo promjene boja čak ni nakon ubrzanog strarenja 6h na 75 ºC
SINTETIČKI POLIMERISINTETIČKI POLIMERI
mehanička ispitivanja – umreženje oko 10%, razmaci među perforacijama nepromijenjeni zaostali slobodni radikali - nakon tjedan dana nisu više detektirani
24
Predmete kulturne baštine koji se čuvaju u zatvorenim prostorima
Preventivni postupak, važna indirektna metoda: - održavanje propisanih konzervacijskih uvjeta: vlažnost, temperatura, itd.
Kurativne metode, nakon izbijanja infekcije
PARAMETRI PRI ODLUČIVANJU O RADIJACIJSKOM POSTUPKUPARAMETRI PRI ODLUČIVANJU O RADIJACIJSKOM POSTUPKU
OBJEKTINFESTACIJA
FUNKCIJAOKOLINA
DEZINFEKCIJA
efikasnostpouzdanost
sigurnost
PREVENTIVNO
KURATIVNO
25
MATERIJAL dezisnsekcija(0,5 do 2 kGy)
uklanjanje gljivica
(do 20 kGy)
MATERIJAL dezisnsekcija(0,5 do 2 kGy)
uklanjanje gljivica
(do 20 kGy)drvo DA DA jantar DA NE
papir DA DA, ali staklo NE NE
tekstil, užad DA DA prozirni kristalidragi kamen
NE NE
koža, pergament
DA DA neprozirni dragi kamen, tinjac
DA DA
krzno, dlaka DA DA mramor, porculan
izbjegavati NE
kosti, rog, slonovača,bijeli sedef
izbjegavati NE
smole, lakovi,gume i veziva
DA DA materijali za restauriranje
DA DA
pigmenti DA DA
RADIJACIJSKA OBRADA GLAVNIH MATERIJALA RADIJACIJSKA OBRADA GLAVNIH MATERIJALA KULTURNE BAŠTINEKULTURNE BAŠTINE
26
PREDNOSTI RADIJACIJSKOG POSTUPKAPREDNOSTI RADIJACIJSKOG POSTUPKAZA MATERIJALE ORGANSKOG PORIJEKLAZA MATERIJALE ORGANSKOG PORIJEKLA
● ozračeni objekti ne postaju radioaktivni ● nema opasnosti ni za restauratore ni kustose ni posjetitelje ni okoliš● djeluje po cijelom volumenu● ovisi o samo jednom parametru, apsorbiranoj dozi, koju je lako kontrolirati● visoka pouzdanost● moguće postići dezinfekciju bez vidljivih i/ili mjerljivih promjena skoro svih materijala organskog porijekla● istovremeno djeluje na sve štetne organizme u svim fazama njihova razvoja, prodire kroz ambalažu ● postupak relativno brz i veći broj objekata se može tretirati istovremeno● postupak se provodi na odabranoj, u pravilu sobnoj temperaturi ● moguća obrada u smrznutom stanju, nema zagrijavanja● osjetljivost zagađivača može se povećati zagrijavanjem
27
prije restauracije (2003.) poslije restauracije (2005.)
Oltar Majke Božje Loretske, Sv. Juraj, Plešivica
ozračen i restauriran
SURADNJA HRZ I IRBSURADNJA HRZ I IRB
zahvaljujući radijacijskoj obradi očekuje se dugotrajnija očuvanost
28
LITERATURA1.M. Adamo, G. Magaudda, A. Tata, Radiation technology for cultural heritage restoration, Restaurator-International Journal for the Preservation of Library and Archival Material. 25(3):159-170, 2004. 2.R.K. Bamber, D.F. Sangster, Observations on the sectioning characteristics of normal and gamma-irradiated conifer wood, IAWA bulletin 1 (1977) 12-16.3.I.A. Bhatti, S.Adeel, M. Asghar Jamal, M. Safdar, M. Abbas, Influence of gamma radiation on the colour strength and fastness properties of fabric using turmeric (Curcuma longa L.) as natural dye, Radiation Physics and Chemistry 79 (2010) 622-625.4.E. Bratu, I.V. Moise, M. Cutrubinis, D.C. Negut, M. Virgolici, Archives decontamination by gamma irradiation, Nukleonika, 54 (2009) 77-84. 5. F.J. Butterfield, The potential long-term effects of gamma radiation on paper, Studies in Conservation 32 (1987) 181-1916.M. da Silva, A.M.L. Moraes, M.M. Nishikawa, M.J.A. Gatti, M.A.V de Alencar, L.E. Brandao, A. Nobrega, Inactivation of fungi from deteriorated paper materials by radiation, International Biodeterioration and Biodegradation. 57 (2006) 163-167. 7.B. Katušin Ražem, D. Ražem, M. Braun, Irradiation treatment for the protection and conservation of cultural heritage artefacts in Croatia, Radiation Physics and Chemistry 78 (2009) 729–731. 8.M.E. Gonzalez, A.M. Calvo, E. Kairiyama, Gamma radiation for preservation of biologically damaged paper, Radiation Physics and Chemistry 63 (2002) 263–265.9.G. Magaudda, The recovery of biodeteriorated books and archive documents through gamma radiation: some considerations on the results achieved, J. Cultural Heritage 5 (2004) 113–118.10.S. M'Garrech, F. Ncib, Colorimetric study of effect of gamma-radiation on the color of cotton fabric colored by "henna" dye [Review], Applied Radiation and Isotopes, 67(2009) 2003-2006.11.M.L. OteroD’Almeida, P. de Souza Medeiros Barbosa, M.F. Guerra Boaratti, S.I. Borrely, Radiation effects on the integrity of paper, Radiation Physics and Chemistry 78 (2009) 489–492.12.M.M. Rizzo, L.D.B. Machado, S.I. Borrely, M.H.O. Sampa, P.R. Rela, J.P.S. Farah, R.I. Schumacher, Effects of gamma rays on a restored painting from the XVIIth century, Radiation Physics and Chemistry 63 (2002) 259–262.13.M.M. Rizzo, L.D.B. Machado, Y Kodama, Gamma rays irradiation process on a restored painting from the xviith century International Nuclear Atlantic Conference - 2009, http://pintassilgo2.ipen.br/biblioteca/2009/inac/15220.pdf (3.10.2011.)14.O. Salvadori, The control of biodeterioration, Coalition No. 6 (2003) 16-20.15.L.C.Severiano, F.A.R. Lahr, M.A.G. Bardi, A.C. Santos, L.D.B. Machado, Influence of gamma radiation on properties of common Brazilian wood species used in artwork, Progress in Nuclear Energy. 52 (2010) 730-734, 2010.16.D. Solpan, O. Guven, Preservation of beech and spruce wood by allyl alcohol-based copolymers, Radiation Physics and Chemistry 54 (1999) 583-591. 17.P. Tiano, Biodegradation of Cultural Heritage: Decay Mechanisms and Control Methods, http://www.arcchip.cz/w09/w09_tiano.pdf (3.10.2011.)