圖書資料紙張自然老化檢測(cè)分析

史 蓉

(西安醫(yī)學(xué)院 圖書館，陜西 西安 710021)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)于紙張的種類要求越來(lái)越多。在日常生活中，除去大量的辦公印刷所需要的白色紙張，還需要更多的顏色鮮亮及外觀好看的紙張用于裝飾和工業(yè)包裝等領(lǐng)域，用此滿足客戶的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，商業(yè)用途的染料超過(guò)了10 000多種，我國(guó)染料年產(chǎn)量為15萬(wàn)t。中國(guó)作為色紙主要的生產(chǎn)國(guó)家和消費(fèi)國(guó)，導(dǎo)致我國(guó)的染紙工業(yè)的水、能源、物料消耗較高，因此成為主要污染源。

圖書館內(nèi)的實(shí)體圖書以及檔案等的載體均為紙張。對(duì)于這些實(shí)體文獻(xiàn)而言，適當(dāng)?shù)谋４姝h(huán)境和定期的紙張性能檢測(cè)，是延長(zhǎng)其保存壽命的關(guān)鍵。然而，即便在相同的保存環(huán)境下，不同的圖書或檔案紙張之間也會(huì)呈現(xiàn)出不同的保存壽命，有的書籍保存壽命可以超過(guò)數(shù)百年甚至上千年；而有的書籍保存壽命不過(guò)區(qū)區(qū)十幾年或幾十年。歸根結(jié)底是因?yàn)閳D書的紙張?jiān)谏a(chǎn)之初便使用了不同的材料、工藝等，其紙張材料固有的老化速度、耐久度等差距極大。傳統(tǒng)的圖書紙張老化檢測(cè)多需要在原紙張上進(jìn)行取樣，是一種有損檢測(cè)。這種有損檢測(cè)一方面會(huì)對(duì)某些珍貴的古籍、文獻(xiàn)等造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞；另一方面也常因?yàn)闄z測(cè)流程過(guò)于復(fù)雜而給圖書檢測(cè)工作帶來(lái)不必要的麻煩。因此，本文在對(duì)幾種常見(jiàn)的紙張無(wú)損檢測(cè)工藝進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)了一種基于近紅外光譜分析法的圖書紙張老化檢測(cè)流程，旨在為我國(guó)實(shí)體圖書、古籍、檔案文獻(xiàn)的保存和檢測(cè)工作提供借鑒。

1 常用無(wú)損檢測(cè)法優(yōu)劣勢(shì)

1.1 氣味檢測(cè)法

氣味檢測(cè)法是一種通過(guò)檢測(cè)紙張老化散發(fā)出的酸性氣體，對(duì)紙張老化程度進(jìn)行判斷的方法，主要運(yùn)用的技術(shù)有微萃取法和氣體色譜分析法。氣味檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，對(duì)紙張不會(huì)造成損壞。但缺點(diǎn)是對(duì)圖書的保存環(huán)境要求較高，如果圖書保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)空氣流動(dòng)性較好，往往無(wú)法得到理想的檢測(cè)結(jié)果。

1.2 無(wú)損pH值測(cè)試法

無(wú)損pH值測(cè)試法是一種對(duì)紙張老化過(guò)程中生成的甲酸、醋酸等物質(zhì)進(jìn)行pH值檢測(cè)，從而獲得紙張老化程度的檢測(cè)方法。通常情況下紙張的pH值越低則紙張中揮發(fā)性有機(jī)物的含量越高，紙張的老化程度也就越高。但是這種檢測(cè)方法雖然從物理破壞的角度不會(huì)損毀圖書紙張，但是由于檢測(cè)時(shí)需要用到滴水測(cè)試，因而無(wú)可避免地會(huì)在紙張表面留下水痕或斑痕。嚴(yán)格意義上這種檢測(cè)方法并不屬于無(wú)損檢測(cè)。

1.3 白度檢測(cè)法

白度檢測(cè)法檢測(cè)的是圖書紙張的泛黃程度，通常情況下圖書紙張的顏色越黃則一般表明該紙張的老化程度越高。然而，這種檢測(cè)方法通常僅適用于統(tǒng)一類紙張的檢測(cè)，不同紙張之間對(duì)比白度并沒(méi)有多高的參考意義，對(duì)于圖書保存環(huán)境的整體優(yōu)化沒(méi)有明顯的指導(dǎo)作用。因此這種無(wú)損檢測(cè)也逐漸被定位于檢測(cè)某一本特定的圖書不同部位老化程度的不同，缺乏普及性。

可見(jiàn)，這些無(wú)損檢測(cè)方法都具有較為明顯的優(yōu)劣勢(shì)，但綜合而言對(duì)于大規(guī)模圖書紙張老化檢測(cè)以及圖書、紙質(zhì)文獻(xiàn)保護(hù)工作的貢獻(xiàn)有限，需要一種綜合檢測(cè)效果更為顯著，可以充分模擬紙張老化情況，從而針對(duì)性優(yōu)化圖書保存條件的檢測(cè)方法。

2 近紅外光譜分析法

2.1 近紅外光譜分析法工作原理

圖1所示為近紅外光譜分析法進(jìn)行圖書紙張老化檢測(cè)時(shí)工作流程。近紅外光譜分析法是一種完全無(wú)損檢測(cè)法，研究人員通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)量極為龐大的紙張性能數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)學(xué)建模，能夠方便圖書管理人員以及紙張檢測(cè)人員調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)各類型圖書紙張的性能進(jìn)行分析。

圖1 近紅外光譜分析法工作原理Fig.1 Working principle of NIR spectroscopy

利用近紅外光譜分析法進(jìn)行圖書紙張老化檢測(cè)時(shí)，首先需要對(duì)海量圖書紙張的樣品進(jìn)行匯集，得益于大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)開(kāi)源性的不斷增強(qiáng)，現(xiàn)在獲取圖書紙張數(shù)據(jù)的便捷性大幅提升，網(wǎng)絡(luò)提供的海量數(shù)據(jù)可以為圖書紙張檢測(cè)人員提供極大的便利；其次，工作人員需要同時(shí)利用傳統(tǒng)紙張老化分析法和近紅外光譜分析法對(duì)同一類紙張的性能進(jìn)行分析，有損檢測(cè)法的監(jiān)測(cè)結(jié)果作為對(duì)照組，而將近紅外光譜分析檢測(cè)的結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)組；之后，將兩組數(shù)據(jù)同時(shí)采用化學(xué)計(jì)量學(xué)分析，建立數(shù)學(xué)模型，模型中的樣本數(shù)據(jù)越豐富，則該分析模型的可靠性就越高；最后，利用近紅外光譜軟件對(duì)紙樣的酸堿度、纖維聚合度、高錳酸鉀值光譜等進(jìn)行針對(duì)性建模和分析，得到判斷紙張老化檢測(cè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

2.2 近紅外光譜分析法紙張老化檢測(cè)應(yīng)用

紙張樣品信息

表1所示為利用近紅外光譜分析法進(jìn)行紙張老化檢測(cè)時(shí)所采集的樣品紙張。這些紙張都是圖書、檔案等用紙中最常見(jiàn)的紙張類型，紙張樣品數(shù)量總計(jì)為100份，其余老紙、新紙的數(shù)量情況見(jiàn)表1。

表1 紙樣樣品信息Tab 1 Paper sample information

將表1中的紙樣分別按照判斷紙張老化程度的幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)如pH值、纖維聚合度、高錳酸鉀值等進(jìn)行實(shí)測(cè)，利用近紅外光譜分析法對(duì)紙樣進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，將2種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到紙樣樣品的老化檢測(cè)數(shù)據(jù)。

pH值驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比

通常情況下同一類紙張的老化程度越高則該紙張的pH值越低，紙張約偏向于酸性。表2所示為2種不同方法測(cè)得的樣品紙張pH值對(duì)比情況。

表2 紙樣pH值測(cè)試結(jié)果Tab. 2 pH test results of paper sample

由表2可知，實(shí)測(cè)法得到的樣品紙張結(jié)果與近紅外光譜分析法得到的紙張pH值結(jié)果之間的偏差最大不超過(guò)0.3，且在30個(gè)測(cè)試樣品中只有一個(gè)樣品測(cè)試偏差為0.3，其他樣品的測(cè)試偏差基本為±0.1～±0.2，可見(jiàn)近紅外光譜分析法得到的紙張老化測(cè)試結(jié)果在pH值方面的表現(xiàn)已經(jīng)極為優(yōu)異。

纖維素聚合度驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比

紙張當(dāng)中的纖維是在纖維素分子鏈的鏈狀高分子化合物作用下緊密連接而成，紙張纖維素聚合度越高則紙張的紅光物理強(qiáng)度通常也會(huì)越高。隨著紙張的不斷老化，紙張內(nèi)部酸性逐漸提升，此時(shí)紙張的纖維素聚合度一般會(huì)有不同程度的下降，最終圖書紙張逐漸呈現(xiàn)出發(fā)脆、易壞等現(xiàn)象，紙張的抗張強(qiáng)度、耐折度等指標(biāo)隨之下降。表3所示為2種不同方法測(cè)得的樣品紙張纖維素聚合度對(duì)比情況。

表3 紙樣纖維素聚合度值測(cè)試結(jié)果Tab.3 Test results of degree of polymerization of paper cellulose

由表3可知，從二者的偏差角度來(lái)看，紙樣纖維素聚合度值測(cè)試結(jié)果偏差最大值為-71，最小偏差值僅為1。這一檢測(cè)結(jié)果已經(jīng)與實(shí)際測(cè)量值極為接近，完全能夠滿足圖書紙張老化檢測(cè)領(lǐng)域的實(shí)際需求，使用近紅外光譜分析法對(duì)紙張的纖維素聚合度進(jìn)行測(cè)定的方法具有可行性和可信性。

高錳酸鉀值驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比

紙張中高錳酸鉀的含量能夠很大程度反映紙張內(nèi)部木質(zhì)素等可氧化物質(zhì)的總量，高錳酸鉀值越高通常情況下紙張中的可氧化物含量越低則紙張的老化程度越高。表4所示為2種不同方法測(cè)得的樣品紙張高錳酸鉀值對(duì)比情況。

表4 高錳酸鉀值測(cè)試結(jié)果Tab. 4 Test results of potassium permanganate value

由表4可知，最大偏差值為0.3且僅有一組；其余大多數(shù)偏差值為0或0.1。由此可見(jiàn)，這種利用近紅外光譜分析法對(duì)紙張中的高錳酸鉀值進(jìn)行測(cè)試的方法同樣可以獲得極高的準(zhǔn)確率，且相交于之前兩項(xiàng)參數(shù)測(cè)試而言，高錳酸鉀值的測(cè)試結(jié)果更加接近實(shí)測(cè)值，不少檢測(cè)組與實(shí)測(cè)組的測(cè)試結(jié)果完全相同。

3 結(jié)語(yǔ)

人們對(duì)文化上的享受與品味的追求隨著現(xiàn)代化發(fā)展而進(jìn)步，對(duì)各種類別的圖書及紙張也有更高的要求，要求圖書有時(shí)尚性、耐用性、耐收藏及安全環(huán)保性。在圖書保存以及紙張保存領(lǐng)域，更多選擇無(wú)損檢測(cè)方法用于替換傳統(tǒng)的有損檢測(cè)方法，以達(dá)到簡(jiǎn)化檢測(cè)流程、保護(hù)圖書資料的目的。本文選擇了紙張無(wú)損檢測(cè)方法中的近紅外光譜分析法進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試，從幾項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果對(duì)比情況來(lái)看，利用近紅外光譜分析法對(duì)影響紙張老化程度的指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，得到的結(jié)果已經(jīng)非常接近有損法得到的實(shí)測(cè)結(jié)果。證明近紅外光譜分析法是一種可行性較高的圖書紙張老化檢測(cè)方法。