基于拉曼光谱分析的文物光损伤判定方法技术

本发明专利技术属于文物保护、照明技术、分析化学的交叉学科领域，为评价光源对文物的照明损伤提供一种科学、精确、可操作的技术，提供一种针对不同企业所生产的光源产品的检测、评估方法，本发明专利技术，基于拉曼光谱分析的文物光损伤判定方法，步骤如下：1)、模型试件(1)对于单一材料构成的文物：将构成物质制成模型试件；(2)对于复合材料构成的文物：将主要构成物质分别制成模型试件；2)、实验光源(1)选取标准对比光源；(2)选取待测实验光源；3)、照射实验4)、参数检测通过分析试件照射前后的拉曼光谱特征峰变化，得到光照对材料微观分子结构的定量化影响。5)、数据分析。本发明专利技术主要应用于文物保护、照明场合。

Damage detection method of cultural relics based on Raman spectrum analysis

The invention belongs to the interdisciplinary field of cultural relics protection, lighting technology and analytical chemistry. It provides a scientific, accurate and operable technology for evaluating the lighting damage of cultural relics caused by light sources, and provides a detection and evaluation method for light source products produced by different enterprises. The invention provides cultural relics based on Raman spectrum analysis. The steps of light damage determination are as follows: 1) model specimen (1) for cultural relics consisting of a single material: model specimen is made of the constituent material; (2) for cultural relics consisting of composite materials: model specimen is made of the main constituent material; 2) experimental light source (1) selection of standard contrast light source; (2) selection of experimental light source to be tested; By analyzing the changes of Raman spectrum characteristic peaks before and after irradiation, the quantitative effects of irradiation on the micro-molecular structure of materials were obtained. 5) data analysis. The invention is mainly applied to cultural relic protection and lighting occasions.

【技术实现步骤摘要】
基于拉曼光谱分析的文物光损伤判定方法
本专利技术属于文物保护、照明技术、分析化学的交叉学科领域，特别是涉及在博物馆等场所的展品照明中，以拉曼光谱为分析手段，通过实验方法定量化评价不同光源对各类型展品造成的光学辐射损伤。具体讲,涉及基于拉曼光谱分析的文物光损伤判定方法。
技术介绍
1.背景光照、温度、湿度、空气质量是文物受损的影响因素。但在博物馆环境中，温度、湿度、空气质量均可通过空调、新风、过滤等相关技术手段调节至文物保存所需的最适宜状态，而任何光照都会对展品产生影响。同时为避免强光刺激，目前敏感性文物展厅中(如书画、古籍、织物、动植物标本、漆器等)均不使用天然采光，但为满足展示需求人工照明又不可或缺，因此光源中的光学辐射是造成文物受损的最重要因素，导致文物变脆、粉化、开裂等机械损伤，以及褪色、变色、甚至颜色消失等色彩损伤。综上，照明光照保护是博物馆文物保护的最关键问题。但该问题的解决目前存在如下两个难点：(1)在对国内外多座著名博物馆进行调研后发现，文物照明光源的种类繁多，包括卤钨灯、荧光灯、金卤灯、发光二极管(LED,LightEmittingDiode)等，不同光源的光谱功率分布区别很大，它们对展品造成的光损伤程度存在差异。此外，不同类型文物的材料组成不同，微观分子结构以及所能承受的光子能量阈值迥异。因此，各类文物在不同光源照射下的光化学反应非常复杂，如何定量化评价不同光源对各类文物造成的光辐射损伤，是难点之一。(2)文物开裂和褪色等可见性破坏均为文物受损的表现形式，其根本原因在于光源发出的辐射能量被展品吸收，当吸收的能量超过被照物所能承受的光子能量阈值时，展品将会发生光化学反应，造成物质内部的微观分子结构改变，从而表现出机械损伤和色彩变化。但目前对于文物光损伤的评价方法主要是基于周期性色差检测，该方法仅能够评价照明对染色性文物的色彩影响，不能对粉化、变脆、开裂等机械损伤进行判定，也不能对非染色型文物进行评估；此外，色彩变化仅是文物受损的一种表现形式，但某些文物经光照后虽色彩没有衰变，但材料本身已损伤，对于该情况色差评价方法并不适用。因此，如何定量化评价光源辐射对展品微观结构造成的影响，是进行文物光照保护的根本途径，也是待解决的另一难点。综上所述，本专利将文物保护、照明科学、分析化学等专业进行学科交叉，通过光照实验和拉曼光谱分析相结合的方法，提出一种能够科学、精确、量化评价不同光源对各类文物造成的光损伤技术。该技术可为博物馆光源产品的检测提供方法、为照明设计的光源选择提供依据、为博物馆照明标准的修订提供基础。2.技术拉曼光谱法是基于拉曼散射原理，对样品受入射光激发而产生的散射进行测量。每种物质都有其特定的组成和结构，若与光存在相互作用，在拉曼光谱上就可以观察到特定的光谱曲线。拉曼光谱的峰带通常较狭窄，具有准确的特征标志。也就是说，每种物质都有其拉曼散射信号，即拉曼光谱特征峰，不同特征峰对应该物质的主要官能团。利用拉曼谱线的频率、峰强的不同，可以研究物质的结构和性质。因此，通过查阅待测物质的拉曼光谱数据库，找到该物质的特征峰以及对应的官能团，进而通过分析入射光经物质散射后特征峰的位置和强度，得到该物质官能团的特征振动频率，达到从分子水平研究样品结构及分析鉴定物质。同时由于拉曼光谱是以光子为探针,且对样品的结构和成分极为敏感,相较于对样品基体的极度敏感的近红外光谱及高能量的紫外光谱，拉曼光谱更适用于易损和不允许取样的珍贵文物的无损分析。3.目前与本申请最接近的现有专利如下：(1)高显色性多光谱光源、博物馆展品的展览照明灯及布展和照明方法(专利号：CN106793326A)。该专利技术提供了一种高显色性多光谱光源,包括光源芯片、光源安装基板、驱动模块。该专利技术还提供了博物馆展品的展览照明灯及布展和照明方法。该专利技术具有高显色性及避开文物展品敏感光谱的特点,能避免或减少在展出中受到的光氧化作用,能通过光谱独立驱动技术和多光谱光源测试及自动控制系统达到对照明光源中不同波段光强的精密控制,适应不同文物的需求,可以在保证光源显色性充分展示文物展品的同时,减少光源对文物的影响。该专利主要用于对照明光源光强达到自动精准控制，不能评价不同光源对不同类型文物的损伤程度，同时对不同类型文物的光源选择并无相关依据。(2)天然靛蓝染色蚕丝织物的拉曼光谱鉴别方法(专利号：CN105136772A)。该专利技术采用无损的拉曼光谱技术对天然靛蓝染色蚕丝织物及合成靛蓝染色蚕丝织物进行表征测试。根据天然靛蓝染色蚕丝织物与合成靛蓝染色蚕丝织物在拉曼光谱中表现出的差异作为鉴别依据，从而达到快速鉴别的目的,在食品开发、织物染色及古代纺织品的鉴别和维护中具有重要意义。其中，该专利技术增加了铜质衬底于傅立叶变换红外一拉曼光谱仪中,显著增强拉曼光谱测试中入射激发光强度,提高拉曼光谱测试的精确度及准确性。该专利主要用于对天然靛蓝染色蚕丝织物及合成靛蓝染色蚕丝织物的鉴定测试中，不能基于拉曼光谱评价照明对文物的照明影响程度。4.目前与本申请最接近的研究如下：(1)天津市天津大学建筑物理环境与生态技术重点实验室的党睿副教授，选取国内外典型博物馆进行现场调研，以书画类等敏感性展品为例对调研成果进行分析研究，说明目前展陈照明在照明方式、照明光源、照度指标方面所存在的问题，为博物馆的文物光照保护提供参考。(党睿、张明宇，基于文物保护的博物馆展陈照明调查研究[J]，照明工程学报，2013，24(3)：18-23)(2)天津市天津大学建筑物理环境与生态技术重点实验室的党睿副教授，通过对我国四座著名美术馆展厅光环境的调查研究，综合考虑光照保护和视觉效果，基于现场指标检测和数据计算分析等方法，总结在室内表面特性、照明方式、照明光源、照度指标以及照明新技术方面的规律和特点，并提出存在问题，为相关研究提供数据基础，为照明设计提供案例资料，并为制定我国美术馆照明设计规范提供参考。(党睿、魏智慧、张明宇,美术馆展厅光环境调查研究,照明工程学报[J]，2013，24(5)：16-21)(3)华东理工大学的武敬青硕士，针对博物馆馆藏文物中的古书画类文物经常使用的五种颜料和丝织品类文物受环境中紫外光的长时间辐照所发生的变化,采用了漫反射紫外可见光谱和近红外光谱两种无损分析技术对其变化过程进行监测,探讨其发生这种变化的机理,为文物保护工作的开展提供依据。(武敬青.颜料和丝织品类文物材料光致变色的分子光谱评价研究[D].2012.)(4)安徽大学的纵浩硕士，将8种中国画颜料分别放在如下四种条件下进行老化实验,包括：紫外光老化条件、干热老化条件、酸老化条件、碱老化条件。运用色度学来研究材料的老化状况,测量试样色差值,色差是评价中国画颜料耐久性的最佳标准。(纵浩.中国画颜料老化色差值分析[D].2005.)(5)华东理工大学的刘娟硕士，用多种仪器分析方法对老化丝织品进行系统的综合研究，如色差分析及扫描电镜形貌分析、高效液相色谱氨基酸分析，红外分析等分析手段来研究。综合老化评价体系的确立和试验结果为博物馆在陈列展览、保存保护丝织品过程中提供了一定的理论依据，使其能采取措施有效规避对可能造成丝织品文物损害的因素。(刘娟.多种仪器分析方法对丝织品老化的综合研究[D].2014.)(6)吉林大学的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拉曼光谱分析的文物光损伤判定方法，其特征是，步骤如下：1)、模型试件(1)对于单一材料构成的文物：将构成物质制成模型试件；(2)对于复合材料构成的文物：将主要构成物质分别制成模型试件；2)、实验光源(1)标准对比光源：采用CIE(Commission Internationale de L'Eclairage)标准A光源，同时结合使用红外滤光片滤除其红外光谱，作为标准对比光源；(2)待测实验光源：待测光源作为实验光源，且可多种光源同时进行测试；3)、照射实验(1)在全暗光学实验室中进行，避免天然光和其他非实验光源的干扰；(2)按照下表1要求控制室内温度、湿度及空气质量且在实验期间保持恒定：表1实验室室内温度、湿度及空气质量标准

【技术特征摘要】
1.一种基于拉曼光谱分析的文物光损伤判定方法，其特征是，步骤如下：1)、模型试件(1)对于单一材料构成的文物：将构成物质制成模型试件；(2)对于复合材料构成的文物：将主要构成物质分别制成模型试件；2)、实验光源(1)标准对比光源：采用CIE(CommissionInternationaledeL'Eclairage)标准A光源，同时结合使用红外滤光片滤除其红外光谱，作为标准对比光源；(2)待测实验光源：待测光源作为实验光源，且可多种光源同时进行测试；3)、照射实验(1)在全暗光学实验室中进行，避免天然光和其他非实验光源的干扰；(2)按照下表1要求控制室内温度、湿度及空气质量且在实验期间保持恒定：表1实验室室内温度、湿度及空气质量标准(3)将标准对比光源和待测实验光源放置在互相分隔的独立空间内，使各组实验不产生光的相互干扰；(4)将模型试件放置于光源下方，使光源对试件进行垂直照射，通过调节光源的光通量输出和光源至试件高度，使被照物表面的照明数量相等；(5)实验采用长周期照射，不同光敏感度文物的照射时间不同，如下表2所示。随着照射时间延长，被照物总曝光量...

【专利技术属性】
技术研发人员：党睿，刘刚，谭慧姣，王楠，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12