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闪光灯对博物馆藏品有多大伤害?

作者:佚名 来源:果壳网 点击数: 更新时间:2015-5-4

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。[1,2]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。[3]

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。[4]

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[5-7]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。[8]

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。[9]

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[10]。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。[11]

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。[12]

 展品照度推荐值。[13]

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。[14]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。[15]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!(编辑:球藻怪、Ent)

参考文献:

  1. Batchelor, S. N., et al. The photofading mechanism of commercial reactive dyes on cotton, Dyes and Pigments, 2003, 59, 269.
  2. Oakes, J. Photofading of textile dyes, Review of Progress in Coloration and Related Topics, 2001, 31, 21.
  3. Wilkinson, F., et al. Rate constants for the decay and reactions of the lowest electronically excited singlet state of molecular oxygen in solution. An expanded and revised compilation, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1995, 24, 663.
  4. Egerton, G. S., et al. The photochemistry of dyes. IV-The role of singlet oxygen and hydrogen peroxide in photosensitised degradation of polymers, Journal of the Society of Dyers and Colourists, 1971, 87, 268.
  5. Bandara, J., et al. Fast kinetic spectroscopy, decoloration and production of H2O2 induced by visible light in oxygenated solutions of the azo dye Orange II, New Journal of Chemistry, 1999, 23, 717.
  6. Roy, A. National Gallery Technical Bulletin, 2007, 28, 58.
  7. Fiedler, I., et al. Cadmium yellows, oranges and reds. Artists’Pigments. A  Handbook of their History and Characteristics; Cambridge University Press: Cambridge, 1986; Vol. 1, pp 65.
  8. Leone, B., et al. The deterioration of cadmium sulphide yellow artists’pigments. In Preprints of The 14th Triennial Meeting of ICOM  International Committee for Conservation; 2005; Vol. 2, pp 803.
  9. http://dpanswers.com/content/canon_flash.php
  10. http://www.cap-xx.com/resources/docs/cap-xx_wp_0906_comparison_of_xenon_flash_and_led_flash_v3.pdf
  11. 王永礼, 博士论文, 物理环境对古代丝织品色泽和丝质的影响研究, 东华大学, 2007
  12. Saunders, D. Photographic Flash: Threat or Nuisance? National Gallery Technical Bulletin, 1995, 16, 66. 
  13. 《博物馆建筑设计规范 JGJ66-91》
  14. http://people.ds.cam.ac.uk/mhe1000/musphoto/flashphoto2.htm
  15. Schaeffer., T. T. Effects of Light on Materials in Collections: Data on Photoflash and Related Sources, Getty Conservation Institute, Los Angeles, California: 2001

文章题图:flickr.com

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