Гиперспектральная хроматография для исследования органических материалов

Система состоит из художественного сканера ClydeHSI Hyperion высокого разрешения, который используется в гиперспектральных камерах либо в видимом, либо в ближнем инфракрасном диапазоне (видимый-БИК диапазон; 400–1000 нм, Δλ = 3 нм (ПШПВ – полуширина на полувысоте)) или в коротковолновом инфракрасном диапазоне (КВИК диапазон); 900–2500 нм, Δλ = 10 нм (ПШПВ)), каждая из которых способна обеспечить пространственное разрешение на панели 37 и 24 мкм соответственно. Сканер оснащен двойным датчиком расстояния, чтобы даже изогнутые поверхности оставались в фокусе. Освещение производилось с использованием вольфрамового источника света, имеющего гладкую спектральную эмиссию приблизительно в диапазоне длин волн от 350 нм до 3500 нм. 

Гиперспектральная визуализация предоставляет дополнительную информацию о распределении растительной терпеноидной смолы (рис. 1а) и пчелиного воска (рис. 1b). Можно заметить, что интенсивность спектральных характеристик растительной терпеноидной смолы выше по сравнению со спектральными характеристиками пчелиного воска. Это свойственно продукту, используемому Словенским этнографическим музеем для защиты поверхности, а именно тритерпеноидной даммаровой смоле в скипидаре с добавлением пчелиного воска для матового вида. Обычное соотношение смолы и воска составляет 10:1.

Рисунок 1. а) Изображение растительной терпеноидной смолы в псевдо-цвете с длиной волны 1702 нм; b) пчелиного воска на 2309 нм; c) гиперспектральные данные, показывающие соотношение интенсивностей на 1702 нм (характеристическая полоса смолы) и 2309 нм (характеристическая полоса пчелиного воска). Более высокие числа (красно-бордовые цвета) иллюстрируют более высокую интенсивность отражения.

На рисунке 1с представлено соотношение характерных длин волн пчелиного воска (2309 нм) и смолы (1702 нм). На основании его однородности можно сделать вывод, что смесь смолы и пчелиного воска была нанесена по всей панели. Это неудивительно, поскольку покрытия на основе тритерпеноидной смолы, такой как даммаровая, и, вероятно, включающие пчелиный воск для уменьшения блеска, часто применяются для консервации. 

Гиперспектральные изображения показали равномерное распределение воска на поверхности панели, поэтому воски, скорее всего, входят в состав смоляного лака. Однако, пчелиный воск мог выделяться и пчелами, в зависимости от того, насколько тщательной была консервационная очистка. Из такого «подлинного» воска потенциально можно было получить важную информацию.

Оптическая микрофотография поперечного сечения РК2-3 (рис. 2) иллюстрирует, что все слои краски были удалены, так как хорошо видна структура древесины. Это место отбора проб отмечено белым кружком A на рисунке 3 и использовалось для получения эталонных спектральных характеристик древесины для проведения гиперспектрального анализа распределения обнаженной древесины. Красные области на изображении в псевдоцветах на рисунке 3 представляют эти характерные особенности. Отбор проб также был проведен в точках B и C, что подтверждает достоверность анализа гиперспектральных изображений. Другие области с высокой интенсивностью (бордовые) соответствуют наиболее разрушенной поверхности объекта, где присутствует только древесина.

Рисунок 2. Оптическая микрофотография поперечного сечения образца РК2-3

Рисунок 3. Изображение в псевдоцветах, подчеркивающих спектральные характеристики древесины. Более высокие числа (красно-бордовые цвета) иллюстрируют более высокую интенсивность отражения

Несмотря на интенсивный сигнал от дерева, могут наблюдаться сигналы и для других материалов, наложенных на древесину. Это свойственно наиболее хорошо сохранившимся участкам, таким как контуры и некоторые закрашенные участки. Эти области, вероятно, менее чувствительны к ультрафиолетовому излучению, как правило, это участки с сажей на основе углерода.

Соотношения между распределением смолы (рис. 1а), воска (рис. 1b) и древесины (рис. 3) могут объяснить более интенсивное отложение смеси смолы и воска на пористых участках открытой древесины по сравнению с участками, покрытыми краской.

© ClydeHSI

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по поставке лабораторного и научного оборудования производства ClydeHSI на территории РФ