红外光谱探究常见污染气体对丝织品结构的影响

摘要

丝织品是由丝蛋白质组成,高温、高湿及污染物等因素会使其结构发生变化。为了科学地评估博物馆中污染气体对丝织品结构的影响,采取人工模拟实验制备二氧化氮、二氧化硫、乙酸和氨气常见博物馆污染气体环境,利用傅里叶红外光谱(FTIR)从丝蛋白质肽链结构、二级结构等方面探讨4种污染气体对丝织品蛋白质结构的影响。实验结果表明,二氧化氮老化30 h后样品的红外光谱在1382 cm^-1波数附近出现甲基对称变角振动吸收峰,而其他气体老化50 d的丝织品仍未产生甲基对称变角振动,说明二氧化氮对丝织品破坏最严重。所有污染气体老化后,样品的红外光谱在975和999 cm^-1丝蛋白-Gly-Ala-和-Gly-Gly-肽链(一级)结构特征吸收峰处均有不同程度减弱,但碱性气体氨气较酸性气体减弱更明显。傅里叶红外光谱技术结合酰胺Ⅲ带(1330~1200 cm^-1)去卷积和高斯拟合法研究表明,50 d氨老化后仅引起丝蛋白质非结晶区的轻微变化,α-螺旋、无规卷曲、β-折叠含量变化幅度较小,丝蛋白二级结构变化较小。相比而言,酸性气体对丝蛋白二级结构影响更加显著,出现β-折叠相对含量大幅降低、无规卷曲相对含量明显增加,其结晶区遭受严重破坏。在4种气体中,二氧化氮对丝织品二级结构影响最显著,老化30 h后β-折叠相对含量由原始值30.36%降低至18.12%,约降低40%。相应的二氧化氮对丝织品强度破坏最严重,在β-折叠含量降低的同时,材料的力学强度出现了显著降低。利用波数在1700和1640 cm^-1红外光谱吸收峰的比值(A 1700/1640)和波数在1620和1514 cm^-1红外光谱吸收峰的比值(A 1620/1514)判断样品的老化方式,实验结果表明二氧化氮、二氧化硫、氨气老化样品的方式主要为氧化老化,而乙酸老化的样品则发生氧化老化和水解老化两种老化方式。随着老化时间的延长,4种气体中二氧化氮老化样品的A1620/1514比值增加最多、氧化最严重。推断与二氧化氮的强氧化性有关,也与二氧化氮使丝织品产生显著的甲基对称变角振动有关。建议博物馆应严格监测和控制二氧化氮气体浓度。该研究为制定合理的丝织品文物存放环境提供科学依据,对丝织品文物的保护具有重要意义。