第五節液體汙的沾汙機理
在各類藏品所遭受的沾汙危害中,液體汙占有相當大的比重。液體汙除了可以直接沾汙藏品外,還可以通過為固相塵粒、氣相物質提供水介質環境,為微生物沾汙提供水分條件的方式造成沾汙。
液體汙的組成及沾汙形式
一、液體汙的組成
液體汙是由水分、油脂、汗潰、有機溶劑及其他液體物質組成。其中水的作用最為突出。水在自然界中大量存在。而且水中含有多種有害的溶質成分。對於一般藏品來說,水不能算作液體汙、清除汙潰和汙垢往往需要借助水的幫助。但對紙張等抗沾汙能力弱的藏品來說,清潔的蒸餾水也可以造成紙張的塑性形變,出現卷曲、邊及荷葉邊現象。
霧和由海水形成的液相塵粒,是液體汙的主要成分。每年單是通過氣泡炸裂方式變為液相塵粒的海水就多達10~100億噸。多種無機鹽電解質也隨同這些海水一起進入大氣的懸浮、運移過程。
霧是另一類化學成分複雜的液體物質,它隨時都可以充滿某一區域的地表空間。
人們手上的汗漬、皮脂等也是一類常見的液體汙,盡管它們在數量上無法與海水,但它們卻和圖書、檔案等藏品保持著最密切的接觸,從而可大大提高這類藏品的被沾汙機會。
人體表皮的分泌物是汗漬、皮脂和細胞組織的混合物,其中表皮組織含有黃色和棕色色素(三聚氰胺和氧化血紅蛋白等)皮脂的主要成分是脂肪酸甘油酯(單酯,雙酯和三酯),遊離脂肪酸和脂腦醇等。棕櫚酸和油酸是脂肪酸的主要組成物,膽固醇和固醇是脂肪醇的主要組成成分。新分泌的皮脂含有大量的甘油三酸酯,它隨之轉化為另一種深顏色的化合物,經常與此類深色物質接觸的紙質藏品,就會受到嚴重的沾汙危害。
二、液體汙的沾汙形式
液體汙分為兩大類,一類是呈懸浮運動狀態的液相塵粒。另一類是非懸浮態的液體汙。
液相塵粒的沾汙形式為沉積沾汙。液相塵粒由於粒徑較小(5~10)之間可以懸浮於空氣中,通過沉降沉積,擴散沉積、熱沉積、截留沉積和慣性沉積等形式,在物體的上表麵及其他表麵上沉積、粘附,而造成藏品的沾汙。
非懸浮態液體沾則采用滴雅沾汙,浸潰沾汙和接觸沾汙的形式危害藏品。造成滴濺沾汙的物質也是一種液相塵粒,但由於它的粒徑太大,不能在空氣中懸浮運動,所以不把它當作塵粒處理,而把它看成是液滴。這種液滴從空氣中垂直降落到物體表麵的過程,稱為滴戮沾汙。
浸潰沾汙是指物體落入或被浸人大劑量的液體物質中的過
接觸沾汙是指兩個實體在相互接觸或碰撞過程中,表麵粘有液體物質的實體,對另一實體所進行的汙的轉移過程。我們在這裏采用實體一詞,是考慮到除了物體與物體之間接觸可以造成沾汙外,人或其他動植物與藏品接觸也能造成沾汙。
最主要的接觸方式是人用手觸摸藏品,通過這種方式可給圖書、檔案等藏品造成較為嚴重的沾汙,而通過碰撞過程造成接觸沾汙的現象相對較少。
液相塵粒的生成及霧的化學反應
霧的生成,海水等液體的破碎過程,以及氣-粒轉化過程等,都可以源源不斷地向大氣提供懸浮的液相塵粒。
一、海水的破碎及氣-液轉化
海洋產生液相塵粒有兩種機製。一種機製是海洋中波浪相互之間的撞擊及波浪對海岸的撞擊。撞擊導致大量濺沫拋向空中,這些被分離出來,並且被拋向大氣的液相塵粒,很容易被紊流擴散力和風力帶到大氣中,開始其懸浮、運移的曆程。其中有些液相塵粒會在水分蒸發後,變為固相海鹽塵粒懸浮於空中,這是一種在空中完成的液固轉化。
海洋產生液相塵粒的另一種機製,也是更重要的一種機製為氣泡炸裂。海水的頻繁運動及各種海洋生物的活動,均可導致海洋中大量氣泡的生成。所產生的這些氣泡受到水的浮力而上升,在上升過程中,會發生有機物質在氣泡表麵積集。積集的結果,可使氣泡外緣生成一層有機薄膜物質,當這種由薄膜包被的氣泡上升到海麵時,氣泡內外的壓力失去平衡,氣泡內的靜壓力遠遠大於氣泡外的大氣壓,有機薄膜因此而破裂,同時形成一股射流。海水微滴和有機薄膜碎片被射流噴到空氣中。有材料表明,一個氣泡炸裂後,可將4~6個液相塵粒射到大氣中。全球海洋表麵平均每秒鍾可炸裂1018~1620個氣泡。這樣算來,每年大約可有海水,通過氣泡炸裂過程變為液相塵粒。
氣-液轉化過程,也可以產生大量液相塵粒。在這兒所說的氣~液轉化過程,是指氣體物質轉變為液相塵粒的相變過程。最常見的氣-液轉化過程是水汽的凝結。大氣中通常都存有足夠多的原生固相塵粒,可供飽和水汽在其表麵上沉積、凝結,並在此基礎上形成液相塵粒。
氣-液轉化的另一種重要途徑是空氣中氣相物質(例如二氧化硫等)被液相塵粒吸附,然後在液相塵粒表麵或內部發生一係列化學反應,轉化為異質液相塵粒。
二、霧的生成及霧的化學反應
霧的生成有兩個先決條件:其一是空氣相對濕達到過飽和狀態;其二是空氣中存在足夠多的凝結核。江、河、湖、海表麵的不斷蒸發增濕,是使地表附近的空氣相對濕度達到飽和的重要途徑。降溫也可以使空氣濕度達到飽和狀態。暖濕氣塊與幹冷氣塊混合時,可使幹冷氣塊達到飽和。此外還有多種冷卻方式,都可以導致霧的生成,這些冷卻方式包括:地麵和低層大氣的夜間輻射冷卻;暖空氣與冷的下墊麵的接觸冷卻;亂流運動引起的亂流冷卻;暖空氣平流到冷的下墊麵上的平流冷卻等。
霧是在地表附近生成的液相塵粒,它的凝結核多來自局地源。霧滴中常含有大量汙染物成分,大的霧滴可直接吸收固相塵粒和某些可溶性氣體。一般情況下,白天霧就會自動消失,霧滴中的溶質及其他固體物質又會以不同形態重新散布到大氣中去。
濃霧的霧滴濃度
日本學者石弘之1996年指出:一般認為,在多數情況下,酸霧的酸性比酸雨強100倍,其影響極大。由於汙染物質濃度越高雲滴就越重,因此雲滴傾向於在雲的下部集結形成酸霧。一般認為,這些酸霧在雲霧繚繞的山區森林中對於造成集中性損害起了重要作用。硫酸霧是含有硫酸的水分較多的微粒,是硫氧化物同大氣中水分反應生成的物質。霧和夜餺溶解酸沉降物,形成酸性強的水滴。
上述材料表明,作為液相塵粒的霧,對各類藏品都構成了明顯的威脅,它的酸性腐蝕作用和氧化作用應當受到髙度重視,不久的將來,霧化學可能會成為保藏學的重要組成部分。
液相塵粒的沉積沾汙機理
液相塵粒的沉積沾汙機理,應當考慮凝並沉積—滯留三個相互銜接的過程。液相塵粒主要是指霧及在晴空中存在的其他液相微粒。霧滴中通常會含有多種有害物質。剛生成的霧滴都非常小,生成之後便立即自發碰撞凝並。霧滴的凝並增長和凝結增長,是霧滴生成和發展的機製。增大的霧滴具有吸附和吸收空氣中各種可溶性有害氣體和固相塵粒的能力。使自己成為液相化學反應的載體,多相化學過程的媒介,在這些化學轉化過程中,霧滴中的水分也可能成為反應物。增大的霧滴更容易發生沉降沉積。沉降沉積是液相塵粒的主要沾汙形式。
一、液相塵粒的凝並機理
凝並是指塵粒(在這裏主要指液相塵粒)由於相對運動彼此間發生碰撞,撞觸而粘著和融合成較大粒子的過程。凝並不僅是一個可導致塵粒數目減少,體積增大的過程,也是一個化學成分增多的過程。液相塵粒的凝並形式多種多樣,其中主要有亂流凝並,熱擴散凝並,流場中的梯度凝並,重力凝並等等。在此我們僅以梯度凝並和重力凝並為例,簡要討論一下這一命題。
1.流場中的梯度凝並
室內的空氣不可能總是處於靜止狀態,它們通常會在各種因素的影響下進行運動,使室內環境變為實際上的流場。流場中的氣流存在速度梯度,這一速度梯度的存在,將導致塵粒的凝並。
2.重力凝並