Jeder verwendet Blitzlicht in Museen, und Van Goghs Sonnenblumen verwandeln sich in weiße Chrysanthemen

Wenn wir beim Besuch eines Museums genau aufpassen, werden wir manchmal auf Schilder stoßen, die die Verwendung von Blitzlicht verbieten. Warum ist Blitzlichtfotografie in Museen verboten? Hat das Einschalten des Blitzes Auswirkungen auf die Exponate?

Die Wurzel des Problems: Licht transportiert Energie

Jedes Licht enthält Energie, doch diese Energie ist einer der Hauptgründe für die Alterung von Kulturdenkmälern. Am gefährlichsten dürften dabei photochemische Reaktionen sein: Unter der Einwirkung dieser Energien zersetzen sich die Moleküle auf der Oberfläche der Kulturdenkmäler oder reagieren mit anderen Substanzen, wodurch sie ihre ursprünglichen Eigenschaften verlieren.

Die Energie des Lichts ist jedoch nicht gleich. Wenn Licht Energie überträgt, geschieht dies nicht kontinuierlich, sondern in kleine Energiepakete aufgeteilt, von denen jedes einem „Photon“ entspricht. Je blauer das Licht, desto höher die Energie jedes Photons und im Allgemeinen desto größer der verursachte photochemische Schaden. Und selbst wenn die Gesamtenergie gleich bleibt, gilt: Je röter das Licht, desto weniger photochemische Schäden verursacht es.

Wenn wir uns mit der Auswirkung von Licht auf Kulturgüter befassen, müssen wir daher auf zwei Punkte achten: Zum einen auf die Gesamtenergie, die das Licht mit sich bringt, und zum anderen darauf, wie viele der Photonen hochenergetisch und wie viele niederenergetisch sind. Bei der Diskussion ausgestellter Kulturgüter kann Ersteres durch die „Beleuchtungsstärke“ und Letzteres durch die „Farbtemperatur“ angenähert werden.

Licht im Museum | Unsplash

Genau genommen müsste die Energie des Lichts anhand der Strahlungsleistung gemessen werden. Im Alltag nutzen wir jedoch hauptsächlich unsere Augen zum Empfangen von Licht und das am häufigsten verwendete Kriterium ist die von den Augen wahrgenommene Helligkeit. Wenn wir über die Energie des sichtbaren Lichts sprechen, verwenden wir daher häufig den Begriff „Beleuchtungsstärke“ – die Umrechnung der Lichtintensität in die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit.

Genau genommen sollte die Photonenenergieverteilung mithilfe spektraler Informationen gemessen werden. In Museen und in der Fotografie werden jedoch im Allgemeinen keine ungewöhnlichen Lichtquellen verwendet, und viele gewöhnliche Lichtquellen können durch einen idealen schwarzen Körper angenähert werden. Daher verwenden wir die entsprechende Temperatur eines schwarzen Körpers – die „Farbtemperatur“, um den Energiezustand von Photonen zu beschreiben: Je höher die Farbtemperatur, desto mehr energiereiche Photonen gibt es und desto größer ist die photochemische Zerstörungskraft. Taschenlampenlicht und Exponatverträglichkeit

Natürlich wäre es ideal, Kulturdenkmäler in völliger Dunkelheit aufzubewahren, doch dadurch ginge ihre pädagogische und ästhetische Bedeutung verloren. Ein gutes Museum kontrolliert die Lichtquelle im Museum streng, sodass die Besucher wichtige Details mit bloßem Auge erkennen und die Lebensdauer der Kulturdenkmäler so weit wie möglich verlängern können. Doch egal, wie gut die Steuerung ist, sie ist bei einem externen Blitz vergeblich. Welche Art von Licht strahlt der Blitz beim Aufnehmen eines Fotos aus? Überschreitet es die Toleranz der Exponate?

Um die Lumineszenzeigenschaften der am häufigsten verwendeten Xenon-Blitzlampe genauer zu verstehen, diskutieren wir sie am Beispiel des Emissionsspektrums der Xenon-Blitzlampe. Wie in der Abbildung zu sehen ist, weist die Xenon-Blitzlampe neben dem sichtbaren Lichtbereich (400 nm – 700 nm) zwei deutliche Emissionsbereiche auf, nämlich den Ultraviolettlichtbereich (200 nm – 400 nm) mit kürzeren Wellenlängen und höherer Energie und den Infrarotbereich (700 nm – 1200 nm) mit längeren Wellenlängen als rotes Licht und deutlichen thermischen Effekten.

Emissionsspektrum einer Xenon-Blitzlampe: Die horizontale Achse stellt den Wellenlängenbereich dar, die vertikale Achse die Intensität | Referenz [1]

Erfüllen Xenon-Blitzlampen also die Anforderungen? Schauen Sie sich zunächst die Farbtemperatur an. Als hervorragender Ersatz für Sonnenlicht ähnelt die Farbtemperatur von Xenonlampen der des Sonnenlichts und liegt im Allgemeinen bei etwa 6200 K, was die Anforderungen lichtempfindlicher Kollektionen bis zu einem gewissen Grad übertrifft. Als Blitzlampe emittiert die Xenonlampe zwar nur für sehr kurze Zeit Licht, ihre momentane Beleuchtung kann jedoch in einer Entfernung von 2 Metern zum Objekt mehrere zehntausend Lux ​​erreichen – das ist offensichtlich weit mehr als der Beleuchtungswert, dem die Sammlung standhalten kann.

Empfohlene Beleuchtungswerte für Exponate | Referenzen [13]

Licht lässt Textilien anders aussehen

Für die Herstellung bunter Stoffe werden viele verschiedene Farbstoffe verwendet. Die Farbstoffe selbst sind jedoch zerbrechlich, was die Konservierung bunter Stoffe erschwert.

Es gibt viele Gründe, warum Farbstoffe so „empfindlich“ sind, und das „Photobleichen“ ist einer der Hauptgründe. Wie der Name schon sagt, bezeichnet das Photobleichen von Farbstoffen das Verblassen von Farbstoffen unter Lichteinwirkung. Der Mechanismus ist relativ komplex, aber die meisten Studien haben gezeigt, dass das Photobleichen von Farbstoffen in zwei Wege unterteilt werden kann: direkte Zersetzung des Farbstoffs und oxidative Zersetzung. Für die direkte Zersetzung ist im Allgemeinen hochenergetische ultraviolette Strahlung erforderlich und die Bedingungen dafür sind etwas rau. Für die oxidative Zersetzung ist kein starkes Licht erforderlich und da Sauerstoff überall vorhanden ist, kann sie unter normalen Bedingungen problemlos stattfinden.

Farbstoffe verblassen unter Lichteinwirkung | Pinterest

Abhängig davon, wie die Farbstoffmoleküle nach der Photoaktivierung mit Sauerstoff reagieren, können die Wege der lichtinduzierten oxidativen Zersetzung in zwei Typen unterteilt werden.

Die erste Möglichkeit besteht darin, dass Licht Sauerstoff durch den Farbstoff aktiviert und der aktivierte Sauerstoff wiederum den Farbstoff zerstört. Um diese beiden Wege besser zu verstehen, müssen wir zunächst ein Konzept einführen – das Energieniveau. Zum besseren Verständnis können wir uns die Energieniveaus als Böden unterschiedlicher Höhe vorstellen. Obwohl die Moleküle gerne in der stabilen unteren Schicht bleiben, absorbieren die Farbstoffmoleküle bei Lichteinwirkung die entsprechende Lichtenergie und springen in eine höhere Schicht. Obwohl es für Licht schwierig ist, Sauerstoff in der unteren Schicht zu „erregen“, geben die Farbstoffmoleküle, die Lichtenergie absorbiert haben, die Lichtenergie großzügig an Sauerstoff ab und ziehen sich wieder in die untere Schicht zurück. Der Sauerstoff, der Energie gewinnt, wird zu Singulett-Sauerstoff mit höherer Energie, der den Farbstoff vollständig oxidiert.

Wie Singulett-Sauerstoff entsteht

Ein weiterer Weg zur lichtinduzierten Oxidation ist die direkte Erzeugung von Superoxid-Radikalanionen. Bei genauerer Betrachtung gibt es auch innerhalb der Moleküle verschiedene Stockwerke, und die Bewohner sind einzelne Elektronen. Wenn Elektronen Lichtenergie absorbieren, springen sie auf eine höhere Etage. Das Auftauchen von Sauerstoff gibt den rastlosen Elektronen auf hohem Niveau ein neues Ziel: Die durch Licht aktivierten Farbstoffmoleküle übertragen Elektronen auf Sauerstoff und werden selbst zu freien Radikalkationen oxidiert, während Sauerstoff zu freien Radikalsuperoxidanionen reduziert wird. Das freie Radikal-Superoxid-Anion besitzt sowohl die Aktivität freier Radikale als auch die starke Oxidationseigenschaft von Sauerstoff, wodurch die Farbstoffmoleküle vollständig zersetzt werden.

Wie Superoxidanionen entstehen

Obwohl es in der Antike nicht so viele künstliche synthetische Farbstoffe gab, gewannen die Menschen dennoch eine große Vielfalt an natürlichen Farbstoffen aus der Natur, wie beispielsweise Indigo, Anthocyan, Shikonin und Argentein. In früheren Zeiten wurde zum Färben mit Indigo der Saft von Pflanzen verwendet. Beim Färbeprozess entsteht durch Temperatur- und pH-Wert-Veränderungen während des Färbens neben Indigo häufig auch Indigorot, ein Molekül mit ähnlicher Struktur wie Indigo. Studien haben ergeben, dass ultraviolettes Licht mit einer Hauptwellenlänge von 365 nm eine erhebliche zerstörerische Wirkung auf Indigokarmin im Farbstoff hat.

Mit Indigo gefärbte Textilien | albanyinstitute.org

Darüber hinaus unterliegt das Indigokarmin im Indigofarbstoff unter der Einwirkung von ultraviolettem Licht und Sauerstoff auch schnell einer oxidativen Zersetzung, wobei Indigokarminsulfonsäure entsteht. Licht lässt Gemälde „verfinstern“

Um Stoffen Farbe zu verleihen, werden häufig verschiedene organische Farbstoffe verwendet, während in Gemälden auch verschiedene anorganische Pigmente wie Bleiweiß, Zinnober usw. zum Einsatz kommen. Können also Kollektionen mit anorganischen Pigmenten dem Blitzlicht entgehen? Leider nein. Für leuchtend gelbe Farbe wird beispielsweise ein Bestandteil namens Cadmiumsulfid (CdS) verwendet, der bei Malern aufgrund seiner starken Farbkraft, Stabilität und leuchtenden Farbe beliebt ist. Dieses Pigment wurde in den Werken von Malern wie Monet, Van Gogh und Picasso häufig verwendet.

Unter Einwirkung von sichtbarem Licht wird der Schwefel im Cadmiumsulfid jedoch allmählich zu Sulfat oxidiert. Dieser Vorgang lässt sich noch immer mit dem zuvor erwähnten Energieniveaumodell erklären: Licht treibt die Elektronen im Cadmiumsulfid in höhere Stockwerke, und sobald ein freier Raum vorhanden ist, nutzen die ursprünglich im Schwefel lebenden Elektronen die Gelegenheit, hineinzugelangen. Dadurch verliert der Schwefel Elektronen und wird zu elementarem Schwefel oxidiert, der wiederum leicht durch Sauerstoff zu Sulfat oxidiert wird, wodurch das Pigment schließlich vollständig zerstört wird.

Cadmiumsulfid (Cadmiumgelb) wird in Ölgemälden verwendet丨webexhibits.org

Die Schäden, die durch Licht an Sammlungen entstehen, gehen weit darüber hinaus – obwohl Infrarotlicht eine geringe Energie hat, kann seine erhebliche thermische Wirkung die Austrocknung und Rissbildung von zellulosereichen Sammlungen wie Papier und Holz beschleunigen; Organische Sammlungen wie Tier- und Pflanzenproben, Knochenwerkzeuge usw. sind reich an Carbonyl-, aromatischen und anderen Chromophoren, die unter Lichtbedingungen ebenfalls angeregt, oxidiert oder einfach direkt zersetzt werden können.

Ein einzelner kleiner Blitz einer Blitzlampe ist sicherlich nicht so stark wie die simulierten Bedingungen in einem Labor, aber der kumulative Schaden im Laufe der Zeit reicht aus, um den Effekt von Wasser zu erzeugen, das durch einen Stein tropft. Um sicherzustellen, dass die Bedeutung der Geschichte über Tausende von Jahren weitergegeben werden kann, schalten Sie bitte den Blitz aus und würdigen Sie diese wertvollen Sammlungen mit Bedacht!

Verweise

[1] Batchelor, SN, et al. Der Photoverblassungsmechanismus kommerzieller Reaktivfarbstoffe auf Baumwolle, Dyes and Pigments, 2003, 59, 269.

[2] Oakes, J. Photofading von Textilfarbstoffen, Review of Progress in Coloration and Related Topics, 2001, 31, 21.

[3] Wilkinson, F., et al. Geschwindigkeitskonstanten für den Zerfall und die Reaktionen des niedrigsten elektronisch angeregten Singulettzustands von molekularem Sauerstoff in Lösung. Eine erweiterte und überarbeitete Zusammenstellung, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1995, 24, 663.

[4] Egerton, GS, et al. Die Photochemie der Farbstoffe. IV – Die Rolle von Singulett-Sauerstoff und Wasserstoffperoxid beim photosensibilisierten Abbau von Polymeren, Journal of the Society of Dyers and Colourists, 1971, 87, 268.

[5] Bandara, J., et al. Schnelle kinetische Spektroskopie, Entfärbung und Produktion von H2O2 durch sichtbares Licht in sauerstoffhaltigen Lösungen des Azofarbstoffs Orange II, New Journal of Chemistry, 1999, 23, 717.

[6] Roy, A. National Gallery Technical Bulletin, 2007, 28, 58.

[7] Fiedler, I., et al. Cadmiumgelb, -orange und -rot. Künstlerpigmente. Ein Handbuch ihrer Geschichte und Eigenschaften; Cambridge University Press: Cambridge, 1986; Bd. 1, S. 65.

[8] Leone, B., et al. Der Verfall von Cadmiumsulfid-Gelb-Künstlerpigmenten. In Vorabdrucken der 14. Dreijahrestagung des Internationalen Komitees für Naturschutz des ICOM; 2005; Bd. 2, S. 803.

[9] http://dpanswers.com/content/canon_flash.php

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

[11] Wang Yongli, Doktorarbeit, Studie über den Einfluss der physischen Umgebung auf die Farbe und Qualität antiker Seidenstoffe, Donghua University, 2007

[12] Saunders, D. Fotografischer Blitz: Bedrohung oder Ärgernis? Technisches Bulletin der National Gallery, 1995, 16, 66.

[13] Museumsbauordnung JGJ66-91

[14] http://people.ds.cam.ac.uk/mhe1000/musphoto/flashphoto2.htm

[15] Schaeffer., TT Auswirkungen von Licht auf Materialien in Sammlungen: Daten zu Blitzlicht und verwandten Quellen, Getty Conservation Institute, Los Angeles, Kalifornien: 2001

Autor: winter_鼠包

Herausgeber: Vergessener Jianghu

Titelbildquelle: @Ståle Grut / Unsplash