图书资料纸张自然老化检测分析

史 蓉

(西安医学院 图书馆，陕西 西安 710021)

随着社会经济的迅速发展和人们生活水平的提高，人们对于纸张的种类要求越来越多。在日常生活中，除去大量的办公印刷所需要的白色纸张，还需要更多的颜色鲜亮及外观好看的纸张用于装饰和工业包装等领域，用此满足客户的要求。据统计，商业用途的染料超过了10 000多种，我国染料年产量为15万t。中国作为色纸主要的生产国家和消费国，导致我国的染纸工业的水、能源、物料消耗较高，因此成为主要污染源。

图书馆内的实体图书以及档案等的载体均为纸张。对于这些实体文献而言，适当的保存环境和定期的纸张性能检测，是延长其保存寿命的关键。然而，即便在相同的保存环境下，不同的图书或档案纸张之间也会呈现出不同的保存寿命，有的书籍保存寿命可以超过数百年甚至上千年；而有的书籍保存寿命不过区区十几年或几十年。归根结底是因为图书的纸张在生产之初便使用了不同的材料、工艺等，其纸张材料固有的老化速度、耐久度等差距极大。传统的图书纸张老化检测多需要在原纸张上进行取样，是一种有损检测。这种有损检测一方面会对某些珍贵的古籍、文献等造成不可逆转的损坏；另一方面也常因为检测流程过于复杂而给图书检测工作带来不必要的麻烦。因此，本文在对几种常见的纸张无损检测工艺进行分析的基础上，总结了一种基于近红外光谱分析法的图书纸张老化检测流程，旨在为我国实体图书、古籍、档案文献的保存和检测工作提供借鉴。

1 常用无损检测法优劣势

1.1 气味检测法

气味检测法是一种通过检测纸张老化散发出的酸性气体，对纸张老化程度进行判断的方法，主要运用的技术有微萃取法和气体色谱分析法。气味检测法的优点是操作简单，对纸张不会造成损坏。但缺点是对图书的保存环境要求较高，如果图书保护现场空气流动性较好，往往无法得到理想的检测结果。

1.2 无损pH值测试法

无损pH值测试法是一种对纸张老化过程中生成的甲酸、醋酸等物质进行pH值检测，从而获得纸张老化程度的检测方法。通常情况下纸张的pH值越低则纸张中挥发性有机物的含量越高，纸张的老化程度也就越高。但是这种检测方法虽然从物理破坏的角度不会损毁图书纸张，但是由于检测时需要用到滴水测试，因而无可避免地会在纸张表面留下水痕或斑痕。严格意义上这种检测方法并不属于无损检测。

1.3 白度检测法

白度检测法检测的是图书纸张的泛黄程度，通常情况下图书纸张的颜色越黄则一般表明该纸张的老化程度越高。然而，这种检测方法通常仅适用于统一类纸张的检测，不同纸张之间对比白度并没有多高的参考意义，对于图书保存环境的整体优化没有明显的指导作用。因此这种无损检测也逐渐被定位于检测某一本特定的图书不同部位老化程度的不同，缺乏普及性。

可见，这些无损检测方法都具有较为明显的优劣势，但综合而言对于大规模图书纸张老化检测以及图书、纸质文献保护工作的贡献有限，需要一种综合检测效果更为显著，可以充分模拟纸张老化情况，从而针对性优化图书保存条件的检测方法。

2 近红外光谱分析法

2.1 近红外光谱分析法工作原理

图1所示为近红外光谱分析法进行图书纸张老化检测时工作流程。近红外光谱分析法是一种完全无损检测法，研究人员通过构建数据量极为庞大的纸张性能数据库和数学建模，能够方便图书管理人员以及纸张检测人员调用数据库中的数据对各类型图书纸张的性能进行分析。

图1 近红外光谱分析法工作原理Fig.1 Working principle of NIR spectroscopy

利用近红外光谱分析法进行图书纸张老化检测时，首先需要对海量图书纸张的样品进行汇集，得益于大数据时代的来临和网络数据开源性的不断增强，现在获取图书纸张数据的便捷性大幅提升，网络提供的海量数据可以为图书纸张检测人员提供极大的便利；其次，工作人员需要同时利用传统纸张老化分析法和近红外光谱分析法对同一类纸张的性能进行分析，有损检测法的监测结果作为对照组，而将近红外光谱分析检测的结果作为实验组；之后，将两组数据同时采用化学计量学分析，建立数学模型，模型中的样本数据越丰富，则该分析模型的可靠性就越高；最后，利用近红外光谱软件对纸样的酸碱度、纤维聚合度、高锰酸钾值光谱等进行针对性建模和分析，得到判断纸张老化检测的关键数据。

2.2 近红外光谱分析法纸张老化检测应用

纸张样品信息

表1所示为利用近红外光谱分析法进行纸张老化检测时所采集的样品纸张。这些纸张都是图书、档案等用纸中最常见的纸张类型，纸张样品数量总计为100份，其余老纸、新纸的数量情况见表1。

表1 纸样样品信息Tab 1 Paper sample information

将表1中的纸样分别按照判断纸张老化程度的几项标准如pH值、纤维聚合度、高锰酸钾值等进行实测，利用近红外光谱分析法对纸样进行无损检测，将2种检测结果进行对比，得到纸样样品的老化检测数据。

pH值验证结果对比

通常情况下同一类纸张的老化程度越高则该纸张的pH值越低，纸张约偏向于酸性。表2所示为2种不同方法测得的样品纸张pH值对比情况。

表2 纸样pH值测试结果Tab. 2 pH test results of paper sample

由表2可知，实测法得到的样品纸张结果与近红外光谱分析法得到的纸张pH值结果之间的偏差最大不超过0.3，且在30个测试样品中只有一个样品测试偏差为0.3，其他样品的测试偏差基本为±0.1～±0.2，可见近红外光谱分析法得到的纸张老化测试结果在pH值方面的表现已经极为优异。

纤维素聚合度验证结果对比

纸张当中的纤维是在纤维素分子链的链状高分子化合物作用下紧密连接而成，纸张纤维素聚合度越高则纸张的红光物理强度通常也会越高。随着纸张的不断老化，纸张内部酸性逐渐提升，此时纸张的纤维素聚合度一般会有不同程度的下降，最终图书纸张逐渐呈现出发脆、易坏等现象，纸张的抗张强度、耐折度等指标随之下降。表3所示为2种不同方法测得的样品纸张纤维素聚合度对比情况。

表3 纸样纤维素聚合度值测试结果Tab.3 Test results of degree of polymerization of paper cellulose

由表3可知，从二者的偏差角度来看，纸样纤维素聚合度值测试结果偏差最大值为-71，最小偏差值仅为1。这一检测结果已经与实际测量值极为接近，完全能够满足图书纸张老化检测领域的实际需求，使用近红外光谱分析法对纸张的纤维素聚合度进行测定的方法具有可行性和可信性。

高锰酸钾值验证结果对比

纸张中高锰酸钾的含量能够很大程度反映纸张内部木质素等可氧化物质的总量，高锰酸钾值越高通常情况下纸张中的可氧化物含量越低则纸张的老化程度越高。表4所示为2种不同方法测得的样品纸张高锰酸钾值对比情况。

表4 高锰酸钾值测试结果Tab. 4 Test results of potassium permanganate value

由表4可知，最大偏差值为0.3且仅有一组；其余大多数偏差值为0或0.1。由此可见，这种利用近红外光谱分析法对纸张中的高锰酸钾值进行测试的方法同样可以获得极高的准确率，且相交于之前两项参数测试而言，高锰酸钾值的测试结果更加接近实测值，不少检测组与实测组的测试结果完全相同。

3 结语

人们对文化上的享受与品味的追求随着现代化发展而进步，对各种类别的图书及纸张也有更高的要求，要求图书有时尚性、耐用性、耐收藏及安全环保性。在图书保存以及纸张保存领域，更多选择无损检测方法用于替换传统的有损检测方法，以达到简化检测流程、保护图书资料的目的。本文选择了纸张无损检测方法中的近红外光谱分析法进行应用测试，从几项指标的测试结果对比情况来看，利用近红外光谱分析法对影响纸张老化程度的指标进行测试，得到的结果已经非常接近有损法得到的实测结果。证明近红外光谱分析法是一种可行性较高的图书纸张老化检测方法。