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Characterization of writing materials of books of great historical-artistic value by FT-IR and micro-raman spectroscopy

Vito Librando ; Zelica Minniti

Conservation Science in Cultural Heritage, 01 December 2014, Vol.14(1), pp.39-50 [Rivista Peer Reviewed]

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  • Titolo:
    Characterization of writing materials of books of great historical-artistic value by FT-IR and micro-raman spectroscopy
  • Autore: Vito Librando ; Zelica Minniti
  • Note di contenuto: Su mmary This work describes the application of Fourier-Transform Infrared and Raman spectroscopic techniques for the characterization of cellulose paper samples and inks used on ancient writing materials. These samples from books of high historical and artistic interest were provided by the Public Library of Syracuse. The ancient paper showed a characteristic pattern of carbonyl groups, whose vibration modes were observed in FTIR spectra. The spectra of ancient paper samples were compared to each other and to modern paper in order to highlight differences in conservation state between new and old papers. The paper aging process is related to the presence of acid substances and oxidative agents that result in cellulose hydrolysis leading to the shortening of its chain along with changes in the amount of the crystalline form. This hydrolysis causes changes in hydrogen bonds and consequently change the CCH, COH, OCH and HCH bending vibrations mode. In this work, the FTIR and Raman spectra of inks used on ancient paper and parchment samples were also discussed. Riassunto Questo lavoro descrive l’applicazione delle tecniche spettroscopiche infrarosse in trasformata di Fourier e Raman per la caratterizzazione di campioni di carta di cellulosa e inchiostri utilizzati su antichi materiali scrittori. Questi campioni provenienti da libri di notevole interesse storico e artistico sono stati forniti dalla Biblioteca Comunale di Siracusa. La carta antica ha mostrato un modello caratteristico di gruppi carbonilici, le cui modalità di vibrazione sono state osservate in spettri FTIR. Gli spettri dei campioni di carta antica sono stati confrontati tra loro e con quelli della carta moderna al fine di evidenziare le differenze tra lo stato di conservazione della carta nuova e vecchia. Il processo di invecchiamento della carta è legato alla presenza di sostanze acide e agenti ossidanti che provocano l’idrolisi di cellulosa che porta all’accorciamento della sua catena con cambiamenti nella quantità della forma cristallina. Questa idrolisi provoca cambiamenti nei legami a idrogeno che influenzano i modi vibrazioni di bending di CCH, COH, OCH e HCH. In questo lavoro sono stati anche discussi gli spettri FTIR e Raman di inchiostri usati su campioni di carta e pergamena antica. Résumé Ce travail décrit l’application des techniques de spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et Raman pour la caractérisation d’échantillons de papier cellulose et d’encre qui ont été utilisés dans des manuscrits anciens. Ces échantillons proviennent de livres d’un très grand intérêt historique et artistique, qui nous ont été fournis par la bibliothèque de Syracuse (Biblioteca Comunale di Siracusa). Le papier ancien présentait un modèle caractéristique de groupes carbonyles, dont les modalités vibratoires ont été observées dans des spectres FTIR. Les spectres des échantillons de papier ancien ont été comparés entre eux et avec ceux du papier moderne, afin de faire ressortir les différences entre l’état de conservation du papier ancien et nouveau. Le processus de vieillissement du papier est lié à la présence de substances acides et d’agents oxydants qui provoquent l’hydrolyse de la cellulose et par conséquent le raccourcissement de sa chaîne et des changements dans la quantité de cellulose cristalline. Cette hydrolyse provoque des changements dans les liaisons hydrogène qui à leur tour influencent les modes vibratoires de bending de CCH, COH, OCH et HCH. Ce travail discute également des spectres FTIR et Raman des encres utilisés sur des échantillons de papier et de papier parchemin ancien. Zusammenfassung Dieses Werk beschreibt die Anwendung der Fourier-Transform-Ramanspektroskopie zur Charakterisierung von Zellulosepapierproben und auf antiken Schriftstücken verwendeten Tinten. Diese aus Büchern von beachtlichem historischem und künstlerischem Interesse stammenden Proben wurden von der Stadtbibliothek von Syrakus zur Verfügung gestellt. Das antike Papier zeigte ein charakteristisches Modell von Carbonylgruppen, deren Schwingungsverhalten in FT-IR-Spektren beobachtet wurde. Die Spektren der antiken Papierproben wurden untereinander und mit Proben modernen Papiers verglichen, um die Unterschiede zwischen den Konservierungszuständen neuen und alten Papiers festzustellen. Der Alterungsprozess von Papier ist mit dem Vorhandensein saurer Stoffe und Oxydantien verbunden, die eine Hydrolyse der Zellulose und somit die Verkürzung ihrer Molekülkette hervorrufen, so dass mengenmäßige Veränderungen der Kristallform eintreten. Diese Hydrolyse bewirkt Veränderungen in den Bindungen mit dem Wasserstoff, welche das Bending - Schwingungsverhalten von CCH, COH, OCH und HCH beeinflussen. In diesem Werk werden auch die FTIR- und Raman-Spektren der Tinten besprochen, die auf antiken Papier- und Pergamentproben verwendet wurden. Resumen Este trabajo describe la aplicación de técnicas de e
  • Fa parte di: Conservation Science in Cultural Heritage, 01 December 2014, Vol.14(1), pp.39-50
  • Soggetti: Spettroscopia ; Infrarosso ; Raman ; Cellulosa ; Inchiostro ; Visual Arts ; History & Archaeology
  • Lingua: Inglese
  • Tipo: Articolo
  • Identificativo: ISSN: 1974-4951 ; E-ISSN: 1973-9494 ; DOI: 10.6092/issn.1973-9494/4740

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