逛博(bo)物馆时(shi),如果留心(xin)观察,我们(men)有时(shi)会发现馆内竖有禁止使用(yong)(yong)闪(shan)光(guang)灯(deng)(deng)(deng)的标(biao)识。为什么在博(bo)物馆需要禁用(yong)(yong)闪(shan)光(guang)灯(deng)(deng)(deng)?开了闪(shan)光(guang)灯(deng)(deng)(deng),对展品会有什么影响吗?

为什么博物馆需要禁用闪光灯呢?图片来源:pixabay  

为(wei)什么博物(wu)馆需要禁用闪光灯呢?图片来源:pixabay

  问题的(de)根源(yuan):光携带能量(liang)

  所有的光(guang)都(dou)蕴含着能(neng)量,但这些能(neng)量却是文物老化的罪魁祸(huo)首之一。其中最致(zhi)命的可能(neng)是光(guang)化学反(fan)应:在这些能(neng)量的作用下,文物表面(mian)的分子或者分解,或者与其他物质反(fan)应,从(cong)而失去(qu)了原本(ben)的特征。

  不过,光(guang)(guang)的能(neng)量并(bing)不是(shi)平等的。光(guang)(guang)传递能(neng)量时并(bing)不连续,而(er)是(shi)分成一个(ge)(ge)个(ge)(ge)的小能(neng)量包,每个(ge)(ge)包对(dui)应(ying)一个(ge)(ge)“光(guang)(guang)子(zi)”。越(yue)(yue)蓝的光(guang)(guang),每个(ge)(ge)光(guang)(guang)子(zi)的能(neng)量就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)大,通常而(er)言造成的光(guang)(guang)化学破坏(huai)也越(yue)(yue)大;而(er)就(jiu)(jiu)算总能(neng)量相同,越(yue)(yue)红的光(guang)(guang),造成的光(guang)(guang)化学破坏(huai)也较小。

  所以(yi),关(guan)注(zhu)光(guang)对文物的(de)影响,需要注(zhu)意两(liang)点(dian):一是(shi)光(guang)携带的(de)总能量大(da)小,二是(shi)其(qi)中多少(shao)光(guang)子是(shi)高能的(de),多少(shao)是(shi)低(di)能的(de)。在讨(tao)论展出文物时,前者(zhe)可(ke)(ke)以(yi)用“照度”来近似,而后者(zhe)可(ke)(ke)以(yi)用“色温”来近似。

博物馆里的(de)光。图片来(lai)源:Pinterest

  光(guang)的能量,严格说应(ying)该用辐射功率来衡量。但是日常(chang)环境中,我们(men)主要是用眼睛接收(shou)光(guang),最常(chang)用的判(pan)断标准就(jiu)是眼睛感受到的明亮程度,所以在讨论可见光(guang)的能量时(shi),我们(men)常(chang)常(chang)使用“照度”——把光(guang)强折合为人眼感受到的亮度。

  光(guang)(guang)子(zi)能(neng)量分布(bu),严(yan)格说应该用(yong)(yong)光(guang)(guang)谱信(xin)息(xi)来衡量。但(dan)博(bo)物馆和摄(she)影一般不会使用(yong)(yong)奇(qi)怪的(de)光(guang)(guang)源,普通光(guang)(guang)源很多都(dou)可以用(yong)(yong)理想的(de)黑体来近似。所以,我们用(yong)(yong)黑体的(de)对应温(wen)度——“色温(wen)”来描述光(guang)(guang)子(zi)的(de)能(neng)量状况:色温(wen)越高(gao),高(gao)能(neng)光(guang)(guang)子(zi)越多,光(guang)(guang)化学破坏力也越大。

  闪(shan)光灯的光与(yu)展品(pin)的耐受力

  在纯(chun)粹的(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)暗中保管文(wen)物(wu)当然最理想(xiang),但(dan)这(zhei)样(yang)就失去(qu)了文(wen)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)教育(yu)和审美意(yi)义(yi)。好的(de)(de)(de)(de)(de)博物(wu)馆(guan)会严格控制(zhi)馆(guan)内光(guang)源,既能(neng)(neng)让参观者肉眼看到重要细节,又能(neng)(neng)尽可能(neng)(neng)延长(zhang)文(wen)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)寿命;但(dan)再(zai)好的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi),面对外来的(de)(de)(de)(de)(de)闪光(guang)灯也会化为泡(pao)影。那么,拍照时(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)闪光(guang)灯会发出怎样(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)?是否超过了展品的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)受(shou)能(neng)(neng)力呢?

  以最常用(yong)的(de)(de)氙(xian)气(qi)闪光(guang)(guang)(guang)灯为(wei)例,为(wei)了(le)更详细地了(le)解它的(de)(de)发光(guang)(guang)(guang)性质,我(wo)们结合氙(xian)气(qi)闪光(guang)(guang)(guang)灯的(de)(de)发射(she)光(guang)(guang)(guang)谱加(jia)以讨论。图中(zhong)可(ke)以看(kan)出(chu),除可(ke)见光(guang)(guang)(guang)区(qu)(400 nm - 700 nm)外,氙(xian)气(qi)闪光(guang)(guang)(guang)灯还(hai)有两个明显的(de)(de)发射(she)区(qu),分别(bie)在(zai)波长(zhang)(zhang)更短、能(neng)量更高的(de)(de)紫外光(guang)(guang)(guang)区(qu)(200 nm - 400 nm),和比红色(se)光(guang)(guang)(guang)波长(zhang)(zhang)更长(zhang)(zhang)、具(ju)有明显热效应的(de)(de)红外区(qu)(700 nm – 1200 nm)。

 

氙气闪光灯(deng)发射光谱:横坐标(biao)为波(bo)长范围(wei),纵坐标(biao)为强度。图(tu)片(pian)来源:参(can)考文献[1]

  那么氙气(qi)闪光灯是否符合(he)要求呢(ni)?首先看色温,作(zuo)为阳(yang)光的(de)绝佳替代品,氙灯的(de)色温与其相近(jin),一般(ban)在(zai)6200K左右,这已经超过了对光有(you)一定敏感(gan)度的(de)藏品的(de)要求了。作(zuo)为闪光灯,氙灯发光的(de)时间虽然很(hen)短(duan),但在(zai)距离(li)物品2米处(chu)时,其瞬时照度可以达到上万(wan)勒克斯——这显然远远大于(yu)藏品所能承受照度值。

  

展品照度(du)的(de)推(tui)荐值。图片来源:参(can)考文(wen)献[13]

  光,让(rang)纺织品“容颜(yan)不(bu)再”

  多彩的(de)织物依(yi)赖(lai)于各种染料(liao),但染料(liao)本身很脆(cui)弱,使得彩色织物更(geng)加难以保存。

  造成染(ran)(ran)料(liao)(liao)如此“娇弱”的原因很多,“光漂白(bai)”便是罪(zui)魁祸(huo)首(shou)之(zhi)一(yi)。顾名思义(yi),染(ran)(ran)料(liao)(liao)的光漂白(bai)就是指染(ran)(ran)料(liao)(liao)在光照作(zuo)用下发(fa)(fa)生褪色。这其中的机理较为复杂(za),但多数研究表明(ming),染(ran)(ran)料(liao)(liao)光漂白(bai)可以(yi)分为染(ran)(ran)料(liao)(liao)的直接分解和氧化(hua)分解两种途径(jing)。直接分解一(yi)般需要能量较高的紫外光,发(fa)(fa)生条(tiao)(tiao)件稍(shao)显苛刻;而氧化(hua)分解对光的要求不高,加上(shang)氧气无处不在,在平常条(tiao)(tiao)件下就很容易发(fa)(fa)生。

  

染(ran)料会在光照作用下褪色。图片来源:Pinterest

  根据被光(guang)(guang)活化(hua)后,染料分子如何(he)与氧(yang)气反应(ying),光(guang)(guang)促进氧(yang)化(hua)分解的途径(jing)又(you)可(ke)以分为(wei)两种。

  第一(yi)种(zhong)途径是光(guang)(guang)通过(guo)染料(liao)(liao)活化(hua)氧(yang)气(qi)(qi),被活化(hua)的(de)(de)氧(yang)气(qi)(qi)反过(guo)来(lai)(lai)把(ba)染料(liao)(liao)破(po)坏掉。为(wei)了(le)更好地了(le)解这两种(zhong)途径,我们需要先引入一(yi)个概念——能(neng)级(ji)。为(wei)了(le)简单理解,我们可以把(ba)能(neng)级(ji)看成是不(bu)同高度的(de)(de)楼层(ceng)。虽然(ran)分子(zi)喜欢(huan)在稳定的(de)(de)最底层(ceng)呆着,但一(yi)旦有了(le)光(guang)(guang)照,染料(liao)(liao)分子(zi)会吸收(shou)合适(shi)的(de)(de)光(guang)(guang)能(neng),跃上更高层(ceng)。另一(yi)方面,虽然(ran)光(guang)(guang)照很难让处于底层(ceng)状态的(de)(de)氧(yang)气(qi)(qi)“嗨(hai)”起来(lai)(lai),但吸收(shou)了(le)光(guang)(guang)能(neng)的(de)(de)染料(liao)(liao)分子(zi)会慷慨地将(jiang)光(guang)(guang)能(neng)送给氧(yang)气(qi)(qi),自己退回底层(ceng)。获得能(neng)量(liang)的(de)(de)氧(yang)气(qi)(qi)则一(yi)跃成为(wei)能(neng)量(liang)更高的(de)(de)单线(xian)态氧(yang),把(ba)染料(liao)(liao)氧(yang)化(hua)得干干净净。

  

单线态(tai)氧的产生方式。

  另一种光促进氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化的(de)(de)途径是(shi)(shi)直接产生(sheng)自由(you)基(ji)超(chao)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)阴(yin)离(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)。更微(wei)观地(di)看,分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)内部也有不同的(de)(de)楼(lou)层,房(fang)客则(ze)是(shi)(shi)一个个的(de)(de)电子(zi)(zi)(zi)(zi)。当电子(zi)(zi)(zi)(zi)吸收了光能,会(hui)跳到更高(gao)的(de)(de)楼(lou)层。氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)气(qi)(qi)的(de)(de)出(chu)现使得不安(an)分(fen)的(de)(de)高(gao)层电子(zi)(zi)(zi)(zi)有了新(xin)的(de)(de)去(qu)处——被(bei)光照(zhao)活(huo)化的(de)(de)染料分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)会(hui)将(jiang)电子(zi)(zi)(zi)(zi)移交(jiao)给氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)气(qi)(qi),自身被(bei)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化为(wei)自由(you)基(ji)正离(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi),而氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)气(qi)(qi)则(ze)被(bei)还原为(wei)自由(you)基(ji)超(chao)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)阴(yin)离(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)。自由(you)基(ji)超(chao)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)阴(yin)离(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)兼具自由(you)基(ji)的(de)(de)活(huo)泼(po)和氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)强氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化性,会(hui)将(jiang)染料分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)解(jie)殆尽。

 

超氧(yang)阴离子的(de)产生方式。

  尽管(guan)古(gu)代(dai)(dai)没有(you)那么丰(feng)富的人工(gong)合成染(ran)料(liao)(liao),人们还是(shi)从大自然(ran)获得了种类繁多的天然(ran)染(ran)料(liao)(liao),比如(ru)靛(dian)蓝、花青素、紫草(cao)素、小襞(bi)碱等。古(gu)代(dai)(dai)的靛(dian)蓝染(ran)色依靠的是(shi)从植物中(zhong)(zhong)提(ti)取的汁液,在染(ran)色过程中(zhong)(zhong),除了靛(dian)蓝以外,还常(chang)常(chang)因染(ran)色时温度、pH值的变(bian)化而产生靛(dian)玉(yu)红(hong)——一种与(yu)靛(dian)蓝结(jie)构相近(jin)的分(fen)子。有(you)研究发现(xian),主波长(zhang)为365 nm的紫外灯对染(ran)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的靛(dian)玉(yu)红(hong)有(you)明显的降解作用。

利用靛(dian)蓝染色(se)制成的纺织品。图(tu)片来源:albanyinstitute.org

  另(ling)外,靛蓝染料中的靛蓝胭脂红(hong)(hong)在紫外灯(deng)和氧(yang)气的作用下,也会很(hen)快发生氧(yang)化分解,生成靛红(hong)(hong)磺酸(suan)。

  光,让绘画“黯(an)然(ran)失色”

  织物(wu)常用各种(zhong)有机(ji)(ji)染料来(lai)增(zeng)添色彩,而绘画(hua)还会使(shi)用各种(zhong)无机(ji)(ji)颜料,比如铅白(bai),朱砂等等。那(nei)么,使(shi)用无机(ji)(ji)颜料的藏品能否逃过闪(shan)光灯的追杀呢?

  闪光灯(deng)对绘画(hua)是(shi)否(fou)有(you)影响呢(ni)?图片来(lai)源:Pixabay

  遗(yi)憾的是(shi),不(bu)能(neng)。举例来说,亮黄色的绘画(hua)颜料中会使(shi)用一(yi)种叫做硫化镉(CdS)的成分,这(zhei)种成分因其(qi)着(zhe)色力强(qiang)、稳定以(yi)及颜色鲜亮,广受画(hua)家们的欢迎(ying)。莫奈、梵高、毕加索等绘画(hua)大(da)家的作品中都大(da)量使(shi)用了这(zhei)种颜料。

  但是在可(ke)见光(guang)的(de)(de)作用下,硫(liu)(liu)(liu)(liu)化镉(ge)中的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)会被(bei)(bei)逐(zhu)步氧(yang)(yang)化成(cheng)硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸根。这个过程还是可(ke)以用之前提到(dao)的(de)(de)能级(ji)模型来解释(shi):光(guang)照会将(jiang)硫(liu)(liu)(liu)(liu)化镉(ge)中的(de)(de)电子赶到(dao)更高的(de)(de)楼(lou)层中,而一旦有(you)空出来的(de)(de)房(fang)间(jian),原本住(zhu)在硫(liu)(liu)(liu)(liu)中的(de)(de)电子就会趁虚而入(ru)。结果硫(liu)(liu)(liu)(liu)失去电子,被(bei)(bei)氧(yang)(yang)化为单质(zhi)硫(liu)(liu)(liu)(liu),而单质(zhi)硫(liu)(liu)(liu)(liu)很容易被(bei)(bei)氧(yang)(yang)气(qi)氧(yang)(yang)化为硫(liu)(liu)(liu)(liu)酸根,最终(zhong)使颜(yan)料(liao)被(bei)(bei)完全破坏。

  油画作品中使用的硫化镉(ge)(ge)(镉(ge)(ge)黄)。图(tu)片来源:webexhibits.org

  光照对藏(zang)品(pin)的(de)破(po)坏(huai)还远不(bu)止于(yu)此——红外光虽然能量较低,但(dan)是其显(xian)著的(de)热效应可(ke)以加(jia)速(su)纸张、木器(qi)等纤维素丰富的(de)藏(zang)品(pin)脱(tuo)水(shui)开裂(lie);有机(ji)藏(zang)品(pin),比如(ru)动植物标本(ben)、骨(gu)器(qi)等中富含的(de)羰基、芳基等发(fa)色团,同样可(ke)以在光照的(de)条件下(xia)被激发(fa),发(fa)生氧化,或干脆直接被分解。

  闪(shan)(shan)光灯一次小小的(de)(de)(de)闪(shan)(shan)烁,肯(ken)定不会像(xiang)实验室中的(de)(de)(de)模(mo)拟条件那样苛刻,但(dan)是日(ri)积月累的(de)(de)(de)伤(shang)害却足以产(chan)生水滴石穿的(de)(de)(de)效果。为(wei)了历(li)史的(de)(de)(de)厚(hou)重可以千百(bai)年的(de)(de)(de)传承下去,请关闭闪(shan)(shan)光灯,小心翼翼地欣赏那些珍贵的(de)(de)(de)藏(zang)品吧!

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  [10] http://www.cap-xx.com/resources/docs/cap-xx_wp_0906_comparison_of_xenon_flash_and_led_flash_v3.pdf

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  [13] 《博物馆(guan)建筑设计(ji)规范 JGJ66-91》

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