پیرشدن و آهار از عوامل تاثیرگذار در شناسایی کاغذهای تاریخی با روش طیف‌سنجی FTIR_ATR

حسینی صومعه, محدثه; آزادی بویاغچی, مهرناز; پورطهماسی, کامبیز; افشارپور, مریم; نژاد ابراهیمی, صمد

doi:10.22092/ijwpr.2025.100916.1792

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دکتری مرمت اشیای فرهنگی و تاریخی و کارشناس آزمایشگاه مؤسسه کتابخانه و موزه ملی ملک، تهران، ایران

² دانشیار، گروه مرمت آثار، دانشکده مرمت، دانشگاه هنر اصفهان، اصفهان، ایران

³ استاد، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

⁴ استاد، گروه شیمی معدنی، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران. ایران

⁵ دانشیار، گروه فیتوشیمی، پژوهشکده گیاهان و مواد اولیه دارویی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

https://doi.org/10.22092/ijwpr.2025.100916.1792

چکیده

سابقه و هدف: شناسایی کاغذهای تاریخی یکی از مراحل مهم مطالعه بر روی آثار آرشیوی و کاغذی است و حفاظت صحیح از آن را تضمین می‌کند. ازآنجاکه خمیرکاغذهای تاریخی متشکل از الیاف گیاهان غیرچوبی است و ترکیبات آلی کربوهیدرات مانند سلولز، همی‌سلولز و لیگنین‌ها در ساختار این الیاف وجود دارد، روش‌های آنالیز دستگاهی تجزیه‌ای مانند طیف‌سنجی مادون‌قرمز- تبدیل فوریه مجهز به طیف‌بینی بازتاب کلی تضعیف شده برای شناسایی آنان مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش، شناسایی مقادیر اصلی ذکر شده ارزیابی و براساس نقاط داده و کسر حاصل از شدت این ترکیبات اصلی محاسبه شده است؛ اما عواملی مانند لیگنین در ساختار درونی و آهار در ساختار بیرونی کاغذهای تاریخی وجود دارند که به مرور زمان نه‌تنها منجر به آسیب بلکه در شناسایی با این روش دستگاهی مؤثر هستند. بنابراین اهمیت این پژوهش در آن است تا تأثیر تغییرات پیرشدگی و آهار را بر روی دو دسته از کاغذهای تاریخی معروف به سمرقندی و دولت‌آبادی با این روش دستگاهی بررسی نماید و نتایج شناسایی با این روش دستگاهی را ارزیابی کند.
مواد و روش‌ها: از میان کاغذهای تاریخی 8 نمونه به‌طور تصادفی انتخاب شد. این نمونه‌ها همگی با ویژگی خود رنگ بودن و آهار یکسان نشاسته انتخاب و برای این منظور با استفاده از آزمون لوگل سنجیده شدند. برای بررسی تغییرات انجام شده در ساختار درونی کاغذها و آهار موجود در سطح کاغذهای تاریخی، از آزمون پیرسازی مصنوعی که روشی تسریعی در تخریب ساختار مولکولی مواد آلی کاغذ است استفاده شد. برای آماده‌سازی نمونه‌ها، حدود g5 از دو نمونه کاغذ تاریخی D2 و S4 برداشته شد و به مدت h 24 ساعت در شرایط °C23 و در رطوبت نسبی 50% قرار گرفتند. سپس برای آزمون پیرسازی تسریعی در حرارت °C80 و رطوبت نسبی 65٪ به مدت 24 روز به انکوباتور منتقل شدند. از دستگاهFTIR Spectrometer مدل TENSOR 27ساخت شرکتBruker آلمان در دانشگاه هنر تهران، با سطح آنالیزور کریستال ZnSe و به روش انعکاس کلی ضعیف شده در محدوده cm^-1 400 تا cm^-1 4000 استفاده شد.
یافته‌های تحقیق: پس از گذشت دو دوره 12 روزه (576 ساعت و تقریباً برابر 50 سال) مقادیر اسیدیته در دو نمونه کاغذ تاریخی، کاهش میزان عدد pH را نشان می‌دهند. این مقادیر اکسیداسیون سلولز را آشکار می‌کنند که ناشی از فرایند همزمان پیرسازی تسریعی حرارتی و رطوبتی می‌باشند. نتایج افزایش اسیدی شدن کاغذها پیک‌های واضحی را در ناحیه cm ^-1 1730 ظاهر و یا به شدت آنان افزودند. این نوارهای جذبی مربوط به پیوندهای C=O در گروه‌های کربونیل هستند که در مقایسه با نمونه‌های قبل از پیرسازی وجود نداشتند و پس‌ازآن آشکار شدند. مقایسه میان دو کاغذ تاریخی پیرسازی شده به مدت 50 سال بیشتر از نمونه‌های کاغذ اصلی در طیف‌سنجی FTIR- ATR نشان می‌دهند که پس از پیرسازی، شدت مقادیر سلولزی و ترکیبات آلی در مقایسه با مقادیر لیگنین کاهش یافته است و با افزایش شدت پیک لیگنین در ناحیه cm ^-1 1595 خود را آشکار کرده است؛ این دو نمونه نسبت به نمونه کاغذهای اصلی خود در ارتفاع دورتر و بالاتری قرارگرفته‌اند که به دلیل افزایش مقادیر لیگنین به نسبت مقادیر سلولز و ترکیبات آلی است؛ بنابراین نقش پیرسازی و تغییر اسیدیته را در تغییر نقاط شناسایی الیاف با توجه به نمودار گارسید با خطا مواجه می‌کنند. همچنین تأثیر عامل خارجی آهار نشاسته نیز با تغییر در اعداد موجی و شدت آنان در نقاط اصلی cm ^-1 1595، cm ^-1 1105 و cm^-1 2900 نمود می‌یابد. در طیف‌سنجی کاغذ اصلی کاهش شدت پیک کاملاً مشهود است و این نشان می‌دهد که آهار منجر به پوشش سطح کاغذ و درنهایت کاهش شدت طیف شده است؛ بنابراین با شستن کاغذها، شدت‌ها تغییر کرده و اندکی از میزان لیگنین کاسته شده است اما بر میزان ترکیبات آلی و سلولز افزوده شده است.
نتیجه‌گیری: یافته‌ها نشان دادند که میزان اسیدیته که با روند افزایش عمر و با افزایش لیگنین در کاغذهای تاریخی ظاهر می‌گردد بر روی نقاط شدتِ حاصل از طیف‌سنجی FTIR_ATR تأثیر داشته و آنان را در نمودار گارسید جابجا می‌کند. همچنین آهار نیز عامل دیگری است که نقش بسزایی در تغییر داده‌های نمودار گارسید در شناسایی الیاف کاغذهای تاریخی دارد و نقاطی متفاوت را نشان می‌دهند؛ بنابراین آهار نشاسته و روند پیرسازی که با تغییر میزان اسیدی شدن کاغذهای تاریخی در ارتباط است بر روی طیف‌سنجی FTIR_ATR تأثیرگذارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

طیف سنجی

مراجع

-Al-Biruni, Abu Rehan Muhammad bin A., 1996. Al-Jamahir Fi Al-Jawahir (362-440 AH). According to the research of Youssef Al-Hadi. Tehran: Scientific and Cultural Publications. (In Persian).

-Akyuz, T., Akyuz, S., Balci, K. and Gulec, A., 2017. Investigations of Historical Textiles from the Imperial Pavilion (Hunkar Kasri) of the New Mosque Eminonu-Istanbul (Turkey) by Multiple Analytical Techniques. Journal of Cultural Heritage 25:180-184.

-Birjundi, Abdul A., 2008. Knowledge of farming (twelve chapters on agriculture). Through the efforts of Iraj Afshar. Tehran: Written Heritage Research Center pub. (In Persian).

-Bloom, Jonathan M., 2001. Paper before print (The history and impact of paper in the islamic world). London: Yale Univ. Press of New Haven and London. https://doi.org/10.1162/002219503322645 899

-Cocca, M., D’Arienzo, L. and D’Orazio, L., 2011. Effects of different artiﬁcial aging on structure and properties of Whatman paper samples. International Scholarly Research Network ISRN Materials Science 7-1. https://doi.org/10.5402/2011/863083

-Doyle Walter M., 2017. Principles and Applications of Fourier Transform Infrared (FTIR) Process Analysisand, Technical Note AN– (906) :1-24.

-Espejo, T., Duran, A., Lopez-Montes, A. and Blanc, R., 2010. Microscopic and spectroscopic techniques for the study of paper supports and textile used in the binding of hispano-arabic manuscripts from Al-Andalus: A transition model in the 15th century. Journal of Cultural Heritage 11(1): 50-58. https://doi.org/10.1016/j.culher.2009.01.007

-Feller, Robert, L., 1994. Accelerated aging photochemical and thermal aspects, research in conservation, The Getty conservation institute, United States of America.

-Ferrer, N. and Sistach, M.C., 2007. FTIR technique use to study acidic paper manuscripts dating from the Thirteenth to the Sixteenth century from the Archive of the Crown of Aragon, The book and paper group annual 26: 21-25.

-Garside, P. and Wyeth, P., 2003. Identification of Cellulosic Fibres by FTIR Spectroscopy (Thread and single fiber analysis by attenuated total reflectance). Study in conservation 48: 275-269. https://doi.org/ 10.1179/sic.2003.48.4.269

-Garside, P. and Wyeth, P., 2004. Polarized-ATR-FTIR characterization of cellulosic fibers in relation to historic artifacts. 249-259. https://doi.org/10.1515 /rest.2004.249

-Garside, P. and Wyeth, P., 2006. Identification of cellulosic fibres by FTIR Spectroscopy: Differentiation of flax and hemp by Polarized ATR FTIR. studeis in conservation, 51(3): 205-211. https://doi.org/10.1179/sic.2006.51.3.205

-Graminski, E.L., Parks, E.J. and Τoth, Ε.Ε., 1978. The effects of temperature and moisture on the accelerated aging of paper. Summary of a Report Prepared for National Archives and Records Service 2: 175-178. https://doi.org/10.6028/nbs.ir.78-1443

-Gorassini, A., Calvini, P. and Baldin, A., 2008. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis of historic paper documents as a preliminary step for chemo-metrical analysis. Multivariate Analysis and Chemometry Applied to Environment and Cultural Heritage, Ventotene Island, Italy, Europe, 1-4 June.

-ISO 5630-3 International standard.1996. Paper and board - Accelerated ageing - Part 3: Moist heat treatment at 80 C^○and 65 % relative humidity, Second edition. https://doi.org/10.3403/00171793u

-Karabacek, Joseph V., 1991. Arab paper. London.

-Kostadinovska, M., Spirovska, Z. J. and Taylor, T., 2016. A procedure for identifying cellulose fibers in paper artifacts Differentiating between flax, hemp and cotton. The 4th International Virtual Conference on Advanced Scientific Results (10): 162-156. https://doi.org/10.18638/scieconf.2016.4.1.335

-Lee, K. and Inaba, M., 2017. Accelerated Ageing Test of Naturally Aged Paper (Part IV)-Effect of Humidity, Amount of Oxygen and of Organic Acids on the Degradation of Paper in Sealed Tube Method. Japan TAPPI Journal 71 (10): 1204-1214. https://doi.org/10.2524/jtappij.71.1204

-Loveday, H., 2001. Islamic paper: A study of the ancient craft. London.

-National Standard of Iran 4706., 1999. The method of accelerating aging of paper and cardboard at a temperature of 80 °C and a relative humidity of 65 %. Tehran: Iranian Institute of Standards and Industrial Research, 48-1. (In Persian).

-National Standard of Iran 3568-1., 2020. Paper, cardboard and paper pulp - pH determination of the extracted solution- Part 1: Extracted with cold water. Tehran: Iranian Institute of Standards and Industrial Research, 48-1. (In Persian).

-Odegaard, N., Scott C. and Zimmt, W.S., 2005. Material characterization tests for objects of art and archaeology. Archetype Publications. London.

-Omenna, E.Ch. and Ailenokhuoria, B.V., 2017. FTIR Characterisation and chemo-mechanical distinction of retted kenaf fibers. Sustainability, Agri, Food and Environmental Research 5(4): 81-66. https://doi.org/ 10.7770/safer-v5n4-art1311

-Peets, P., Kaupmees K., Vahur S. and Leito I., 2019. Reflectance FT-IR spectroscopy as a viable option for textile fiber identification, Heritage Science 7(93): 2-10. https://doi.org/10.1186/s40494-019-0337-z

-Pfäffli, Sisko M., 1995. Fiber atlas identification of papermaking fibers. College of Environmental Science and Forestry Syracuse, New York.

-Porter, Y., 2010. Painters, paintings and book: an essay on Idno- Persian technical literature, 12-19th Centuries. Tr. Rajabi Z. Tehran: Matn works of art pub. (In Persian). https://doi.org/10.4324/9781003 082217

-Seves, A. M., Sora, S., Testa, G., Bonfatti, A.M., Rossi, E. and Seves, A., 2000. Eeffect of thermal accelerated aging on the properties of model canvas paintings, Journal of cultural heritage 1: 315-322. https://doi.org/10.1016/s1296-2074(00)01078-5

-Shahani, C., 1995. Accelerated aging of paper: Can it really foretell the permanence of paper, proceedings from the ASTM/ISR workshop on the effects of aging on printing and writing papers. Philadelphia, Preservation Research and Testing Office Library of Congress, Washington, D.C.

-Shi, J. and Li, T., 2013. Technical investigation of 15th and 19^th century Chinese paper currencies: Fiber use and pigment identification. Journal of Raman spectroscopy 892- 898. https://doi.org/10.1002 /jrs. 4297

-Stuart, Barbara H., 2007. Analytical Techniques in Materials Conservation.

-Titok, V., Leontiev, V., Yurenkova, S., Nikitinskaya, T., Barannikova, T. and Khotyleva, L., 2010. Infrared Spectroscopy of fiber Flax. Journal of Natural Fibers (7):61-69. https://doi.org/10.1080/ 1544047090357 9275

-Todorciuc, T., Capraru, A. M., Kratochvilova, I. and Popa, V. I., 2009. Characterization of Non-Wood Lignin and its Hydroxymethylated Derivatives by Spectroscopy and Self- Assembling Investigations. Journal of Cellulose Chemistry and Technology 43(9-10): 399-408.

تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران

پیرشدن و آهار از عوامل تاثیرگذار در شناسایی کاغذهای تاریخی با روش طیف‌سنجی FTIR_ATR

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 3 - شماره پیاپی 92
مهر 1404
صفحه 245-262

پیرشدن و آهار از عوامل تاثیرگذار در شناسایی کاغذهای تاریخی با روش طیف‌سنجی FTIR_ATR

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 3 - شماره پیاپی 92مهر 1404صفحه 245-262

دوره 40، شماره 3 - شماره پیاپی 92
مهر 1404
صفحه 245-262