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便携式拉曼光谱仪对古代雕塑的研究分析

发布时间:2017-06-09

便携式拉曼光谱仪对古代雕塑的研究分析


摘要:耐候钢具有抗环境腐蚀的能力,现已广泛应用于建筑和雕塑领域中。本文利用便携式拉曼光谱仪研究了室内和室外存放环境因素对雕塑表面风化状况的影响以便更好地保护古代的雕塑。通过利用拉曼光谱无损分析技术对雕塑的风化产物进行研究表明,室内雕塑风化产品中存在多种形态的三价铁化合物:是铁矿(a-Fe2O3)、纤铁矿(γ-FeOOH)、四方纤铁矿(β-FeOOH),除此之外二价铁氧化物和磁铁矿(Fe3O4)也在室内风化产物中发现。室外的雕塑的风化产物主要是纤铁矿(γ-FeOOH)而不是针铁矿(α-FeOOH)。针铁矿是雕塑稳定的保护层。通过研究分析消除环境中的不利因素保持艺术作品长时间的稳定性。

图1. Guggenheim博物馆(Bilbao)拉曼光谱进行原位分析

结果与讨论

通过拉曼光谱分析技术,多种形态三价铁化合物在雕塑中被发现。三价铁化合物的形态会随着雕塑暴露在空气的时间而发生变化。在Besarkada XI雕塑中,在生锈层出现的主要矿物形态是纤针矿(γ-FeOOH),如图2所示。纤针矿不是很稳定,随着雕塑暴露在空气中的时间的增加会转变成针铁矿(α-FeOOH)。在创建于1996的雕塑中,α/γ形态的比值很低,因为雕塑的风化层出现了大量的纤针矿而针铁矿的含量却很低。科学家们以α/γ的比值作为雕塑风化层保护能力的一个指标,也可以说明该雕塑的风化层仍处于比较活跃的状态。

图2. Besarkada XI表面上纤针矿的拉曼光谱图

通过图3拉曼光谱的峰位归属可以发现,发现风化层中存在Fe2O(SO4)2.7H2O化合物。分析发现三价铁硫酸化合物有可能是风化产物中的纤针矿和Sox气体相互作用形成的产物。这一发现有让人惊讶,因为此雕塑是存放与博物馆中,且一直与外界空气隔绝。但是,在雕塑的安装过程中,可能在运输过程中,遭受城市空气的污染。

图3. Inverse Blind Point中纤针矿、磁铁矿和三价铁硫酸化合物的拉曼光谱,2003-2005, Richard Serra

雕塑和室外雕塑相比有几大不同的地方:例如,赤铁矿和方铁矿同时在Plow雕塑的风化层中被发现(FeO,520和655cm-1)图4所示。方铁矿是磁铁矿的还原产物。

图4. Plow中赤铁矿和方铁矿的拉曼光谱,1992, Richard Serra

结论

尽管耐候钢因其良好的抗腐蚀能力是雕塑保护层的理想材料,但是城市环镜中的污染能损坏其表面造成风化层失去抗腐蚀的能力。相反,在室内环境中,耐候钢能很好的保护雕塑表面,虽然稳定保护层形成的时间比较久,也就是纤针矿形成针铁矿的过程比较缓慢。

参考文献

[1] J. Aramendiaa, L.Gomez-Nublaa, D. Vegab, A. Sanz López de Heredia b, A. García Ibáñez de Opakuab, and J. M. Madariagaa, THE CONSERVATION OF WEATHERING STEEL SCULPTURES, A COMPARATIVE STUDY OF CHILLIDA´S SCULPTURES EXPOSED IN BILBAO.

[2] K. Castro1, J. Aramendia, A. Sanz, D. Vega2 and J.M. Madariaga, Environmental Impact on Richard Serra’s sculptures: A Portable Instrumentation Study.]