艺术品检测分析技术手册-10（同步辐射傅里叶变换红外光潽法(SR-FTIR））

发布时间：2023-02-10　　　来源:北达燕园微构分析测试中心

关注我们 获取更多精彩内容




精选优质文章分享给大家，希望文章内容对您有所帮助，欢迎您继续关注，如能转发不胜感激，我们愿和大家一起学习交流，共同提高。


上一篇文章回顾：艺术品检测分析技术手册-9-（拉曼光谱法+傅里叶变换红外光谱法）

同步辐射傅里叶变换红外光潽法(SR-FTIR）

珍妮弗 •马斯 ( Jennifer Mass)


1.分类

同步辐射傅里叶变换红外光谱法 (synchrotron radiation Fourier transform infrared spectroscopy，SR-FTIR) 通常归类于微取样检测技术，常用于颜科层断面分折或薄片分析。SR-FTIR 需要与颜料层断面尺寸 「通常为 100 um x (200~300》um] 相当的样品，属于侵入式技术。可将样品断面制成薄片在透射模式下进行分析。


2.说明

FTIR(傅里叶变换红外光谱法）是当今文化遗产科学中最常用的分子分析或分子指纹技术之一，广泛应用于文物研究。它也是表征和鉴定绘画颜料的最常用技术之一。此外，它还有许多其他的应用，包括识别金属腐蚀产物，表征合成聚合物与其他颜料黏结剂（油、树脂、树胶和蜡等)。FTIR 有透射和反射两种模式，可根据分子振动的特征模式来表征或识别分子。

使用FTIR时，入射红外光束被样品中的分子吸收，当红外光束与分子特征频率相符时，会增强分子振动。把这种特征频率的模式画成吸收强度与波数（cm-1)的函数曲线，就可以用作分子识别指纹。这项技术已在文化遗产科学领域应用了数十年之久。IRUG（红外与拉曼用户工作组），一个致力于在该领域建立材料研究数据库的组织，已为这些应用建立了档案。

这套档案的对象包括绘画颜料、颜料黏结剂、 颜料催千剂和保护材料。建档完成后，就可以用这项技术来绘制样品吸光度的二维分布图，也就可以对样品中的各种颜料粉、填充料、黏结剂和劣化产物进行定位了。

现在在为绘画颜料层断面和家具乐器样品做 FTIR 成像的时候，人们已经用上了配同步辐射红外光束的FTIR 光谱仪。使用这项技术，可以辨识一种特定化合物在断面各层的分布情况。譬如，可以利用碳酸盐的拉伸振动带或弯曲振动带来识别铅白(2P6C03 Pb(OH）2），或白垩 （CaCO3），再简明直观地显示出它们在整个样品中的分布情况。这种技术现在又多了一项重要的应用，即以可视化形式显示颜料断面中颜料劣化产物，包括造成颜料表面出现疱疹状突起(甚至是疱珍状脱落）的铅皂凝结物，以及碳酸镉和硫酸镉之类的镉黄降解产物。

不同于用陶瓷发光棒作红外射线源的台式红外光谱仪，同步辐射红外光谱仪的红外射源是利用磁场弯转循环电子束在超高真空环境中生成的辐射。辐射能量的频率可覆盖电磁频谱上从硬X射线到远红外的所有波段。用这种光源获得的红外光子亮度是发光棒光源亮度的2-3个数量级。同步辐射红外显微镜通常用衍射限制条件来控制分辨率。当限制条件为4000-500cm-1的中红外区域时，成像的空间分辦率为1.7-13um。红外光束从同步加速器储存环中一提炼出来，就会通过红外透明窗口进入 SR-FTIR光束线，然后才从光束线进入商用FTIR显微镜，为减少或避免光洁数据中山现水和二氧化碳的信号，须用千燥空气或干燥氦气净化FTIR显微镜。

这种技术可直投对对象表面进行分析，无须取样（反射模式）或制薄片样 （透射模式）。


3. 应用

这项技术可应用于有机材料，如植物性的树脂涂层和纸张；也可用于无机材料，如金属和陶瓷；它还可以广泛应用于无机-有机复合材料，如颜料层、牙料和骨料。一般来说，这项技术长于对高度异质性的微小样品进行化学表征和成像。


人们曾利用反射模式 SR-FTIR 研究过青铜锈蚀，但这种技术采用的主要还是透射模式。迄今为止进行过的实验包括古代家具表面有机涂层（18世纪和 19世纪家具饰面层）研究、颜料断面研究、古代化妆品研究和乐器表面清漆的研究。颜料断面有看特殊的复杂性，它既包含无机/有机的颜料粉和填充料，也包含有机黏结剂、光油，还含有和劣化产生的金属有机化合，尤其适合用这种方法进行分析。


4. 局限性

由于样品易碎且质地不均，为透射模式制备切片样品有难度。普耶( Pouyet )等已对这个问题进行了深入研究，已经可以用精选的镶嵌树脂成功地操纵切片样品了。基于同步辐射的技术还有个限制，申请实验需要时问，还需将样品送至实验设施所在地进行数据采集。分析和解释数据通常也需要专门的软件和专业培训。


5. 补充技术

显微拉曼光谱法、傅里叶变换红外光谱法、同步辐射X射线荧光成像以及同步辐射X射线衍射。


6.技术规范与注意事项

—样品镶嵌和制备技术
—同步辐射设备和光束线
—分隔存储环与光束线的红外透明窗口
—成像总大小
—数据采集步长
—采集次数
—与光束线相连的分光计品牌型号
—识别用光谱数据库


7.技术简史

2003 年，格雷戈里•D•史密斯 (Gregory  D. Smith）将 SR-FTIR引入了文化遗产科学领域，用作材料研究与成像的工具。大约在同一时间，亚普•布恩(Jaap Boon)、 苏珊·德格罗特 ( Suzanne de Groot) 和同事们利用这项技术在台式机上为颜料断面的铅皂劣化现象做了成像。这些成果共同推进了文物材料 SR-FTIR的发展。


8.文献

[1] Prati et al., ''ATR-FTIR Microscopy in Mapping Mode for the Study of Verdigris and Its Secondary Products''. (2015)

[2] Pouyet E., M. Cotte, B. Fayard, M. Salome, F. Meirer, A. Mehta, E.S. Uffelman, 2D X-ray and FUR Micro-Analysis of the Degradation of Cadmium Yellow Pigment in Paintings of Henri Matisse'', Appl. Phys. A Applied Physics A : Materials Science & Processing, 121, no. (3), pp. 967-80. (2015)

[3] Pouyet E., B. Fayard, M. Salome, Y. Taniguchi, F. Sette, M. Cotte, ''Thin-Sections of Painting Fragments: Opportunities for Combined Synchrotron-Based Micro-Spectroscopic Techniques'', Herit Sci Heritage Science 3, no. (1), pp. 1-16. (2015)

[4] Osmond G., J.J. Boon, L. Puskar, J. Drennan, Metal Stearate Distributions in. Modem Artists'' Oil Paints: Surface and Cross-sectional Investigation of Reference Paint Films Using Conventional and Synchrotron Infrared Microspectroscopy'', Applied Spectroscopy 66, no. 10, pp. 1136-1144. (2012)

[5] Cotte M., P. Dumas, Y. Taniguchi, E. Checroun, P. Walter, J. Susini, ''Recent Applications and Current Trends in Cultural Heritage Science Using Synchrotron-Based Fourier Transform Infrared Micro- Spectroscopy'', COMREN Comptes Rendus -Physique 10, no. (7), pp. 590-600. (2009)

[6]  Cotte M., J. Susini, V.A. Solae, Y. Taniguchi, J. Chillida, E. Checroun, P. Walter, ''Applications of Synchrotron-Based Micro-Imaging Techniques to the Chemical Analysis of Ancient Paintings'', Journal of Analytical Atomic Spectrometry 23, no. (6,) pp. 820-828. (2008)

[7] Keune K., J.J Boon, ''Analytica Imaging Studies of Cross-sections of Paintings Affected by Lead Soap Aggregate Formation'', Studies in Conservation 52, no. (3), pp. 161-176.(2007)

[8] Smith G.D., Infrared Microspectroscopy using a Synchrotron Source for Art-Science Research'', Journal of the American Institute for Conservation, 42 (3), pp. 399-406.（2003）




▲

END


北京北达智汇微构分析测试中心有限公司
技术咨询服务包括：北京高校科技资源对接、危险废弃物梳理、环境影响评价、环保项目竣工验收、场地环境调查等多个领域。
开展的分析测试服务包括：X射线衍射分析、土壤矿物检测、水质检测、场地环境检测、二噁英检测、建材VOC检测、固废检测、理化参数等检测项目，已取得CMA检验检测机构资质认定和ISO/IEC 17025检测实验室认可资质。
科学仪器研发方面：具备国内领先的 X 射线衍射 / 荧光分析仪器的研发生产能力，在 X 射线分析仪器的开发领域拥有多项自主知识产权。
单位先后通过北京市级企业科技研究开发机构、高新技术企业、中关村高新技术企业等认证。    
若您有任何咨询问题，可联系我们，我们会为您解答。
服务热线：400-0064-028 、010-62423361
公司网址：www.labpku.com