圖書資料紙張自然老化檢測分析

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，人們對于紙張的種類要求越來越多。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)用途的染料超過了10 000多種，我國染料年產(chǎn)量為15萬t。中國作為色紙主要的生產(chǎn)國家和消費(fèi)國，導(dǎo)致我國的染紙工業(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，是延長其保存壽命的關(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數(shù)百年甚至上千年；而有的書籍保存壽命不過區(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多需要在原紙張上進(jìn)行取樣，是一種有損檢測。這種有損檢測一方面會(huì)對某些珍貴的古籍、文獻(xiàn)等造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞；另一方面也常因?yàn)闄z測流程過于復(fù)雜而給圖書檢測工作帶來不必要的麻煩。因此，本文在對幾種常見的紙張無損檢測工藝進(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流程，旨在為我國實(shí)體圖書、古籍、檔案文獻(xiàn)的保存和檢測工作提供借鑒。

1 常用無損檢測法優(yōu)劣勢

1.1 氣味檢測法

氣味檢測法是一種通過檢測紙張老化散發(fā)出的酸性氣體，對紙張老化程度進(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。氣味檢測法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，對紙張不會(huì)造成損壞。但缺點(diǎn)是對圖書的保存環(huán)境要求較高，如果圖書保護(hù)現(xiàn)場空氣流動(dòng)性較好，往往無法得到理想的檢測結(jié)果。

1.2 無損pH值測試法

無損pH值測試法是一種對紙張老化過程中生成的甲酸、醋酸等物質(zhì)進(jìn)行pH值檢測，從而獲得紙張老化程度的檢測方法。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，但是由于檢測時(shí)需要用到滴水測試，因而無可避免地會(huì)在紙張表面留下水痕或斑痕。嚴(yán)格意義上這種檢測方法并不屬于無損檢測。

1.3 白度檢測法

白度檢測法檢測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，這種檢測方法通常僅適用于統(tǒng)一類紙張的檢測，不同紙張之間對比白度并沒有多高的參考意義，對于圖書保存環(huán)境的整體優(yōu)化沒有明顯的指導(dǎo)作用。因此這種無損檢測也逐漸被定位于檢測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，這些無損檢測方法都具有較為明顯的優(yōu)劣勢，但綜合而言對于大規(guī)模圖書紙張老化檢測以及圖書、紙質(zhì)文獻(xiàn)保護(hù)工作的貢獻(xiàn)有限，需要一種綜合檢測效果更為顯著，可以充分模擬紙張老化情況，從而針對性優(yōu)化圖書保存條件的檢測方法。

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時(shí)工作流程。近紅外光譜分析法是一種完全無損檢測法，研究人員通過構(gòu)建數(shù)據(jù)量極為龐大的紙張性能數(shù)據(jù)庫和數(shù)學(xué)建模，能夠方便圖書管理人員以及紙張檢測人員調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對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時(shí)，首先需要對海量圖書紙張的樣品進(jìn)行匯集，得益于大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)開源性的不斷增強(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同一類紙張的性能進(jìn)行分析，有損檢測法的監(jiān)測結(jié)果作為對照組，而將近紅外光譜分析檢測的結(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紙樣的酸堿度、纖維聚合度、高錳酸鉀值光譜等進(jìn)行針對性建模和分析，得到判斷紙張老化檢測的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

2.2 近紅外光譜分析法紙張老化檢測應(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，利用近紅外光譜分析法對紙樣進(jìn)行無損檢測，將2種檢測結(jié)果進(jìn)行對比，得到紙樣樣品的老化檢測數(shù)據(jù)。

pH值驗(yàn)證結(jié)果對比

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種不同方法測得的樣品紙張pH值對比情況。

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

由表2可知，實(shí)測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0.3，且在30個(gè)測試樣品中只有一個(gè)樣品測試偏差為0.3，其他樣品的測試偏差基本為±0.1～±0.2，可見近紅外光譜分析法得到的紙張老化測試結(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種不同方法測得的樣品紙張纖維素聚合度對比情況。

表3 紙樣纖維素聚合度值測試結(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看，紙樣纖維素聚合度值測試結(jié)果偏差最大值為-71，最小偏差值僅為1。這一檢測結(jié)果已經(jīng)與實(shí)際測量值極為接近，完全能夠滿足圖書紙張老化檢測領(lǐng)域的實(shí)際需求，使用近紅外光譜分析法對紙張的纖維素聚合度進(jìn)行測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種不同方法測得的樣品紙張高錳酸鉀值對比情況。

表4 高錳酸鉀值測試結(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，這種利用近紅外光譜分析法對紙張中的高錳酸鉀值進(jìn)行測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)測試而言，高錳酸鉀值的測試結(jié)果更加接近實(shí)測值，不少檢測組與實(shí)測組的測試結(jié)果完全相同。

3 結(jié)語

人們對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，更多選擇無損檢測方法用于替換傳統(tǒng)的有損檢測方法，以達(dá)到簡化檢測流程、保護(hù)圖書資料的目的。本文選擇了紙張無損檢測方法中的近紅外光譜分析法進(jìn)行應(yīng)用測試，從幾項(xiàng)指標(biāo)的測試結(jié)果對比情況來看，利用近紅外光譜分析法對影響紙張老化程度的指標(biāo)進(jìn)行測試，得到的結(jié)果已經(jīng)非常接近有損法得到的實(shí)測結(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方法。