梁 翊 湯召華 朱智超 彭雄厚 陳紅艷 陳躍軍

1（四川省金核輻照技術(shù)有限公司 眉山620860）

2（四川省科學(xué)技術(shù)研究成果檔案館 成都610000）

紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案作為人類珍貴的文化遺產(chǎn)，具有不可再生特性，對(duì)于知識(shí)的傳遞、文化的傳播、文明的傳承有著重要的意義［1］。然而，這些珍貴的文獻(xiàn)檔案在保藏和使用過程中會(huì)受到自然環(huán)境的影響。當(dāng)存放環(huán)境的溫度、濕度等條件適宜時(shí)，各種霉菌及寄生蟲就會(huì)快速繁殖生長(zhǎng)。霉菌分泌的各種酶會(huì)導(dǎo)致紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案中的纖維素變質(zhì)分解，紙張強(qiáng)度下降，形成霉斑、色斑等影響文獻(xiàn)檔案的閱讀和復(fù)制利用，同時(shí)縮短使用壽命，喪失使用價(jià)值［2-3］。而一些寄生在文獻(xiàn)檔案中的害蟲也會(huì)在書籍中做窩蛀孔，造成紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案的污染受損，甚至粘連而無法使用。另外，文獻(xiàn)檔案作為文化傳播的載體，不可避免的沾染上各種病毒細(xì)菌。這些病毒細(xì)菌對(duì)圖書管理者、讀者（尤其是一些閱讀習(xí)慣不好、自身抵抗力弱的兒童讀者）產(chǎn)生了無形的風(fēng)險(xiǎn)［4］。因此，殺蟲滅菌在保藏工作中顯得尤為重要和緊迫［5］。

輻照殺蟲滅菌技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代，已廣泛應(yīng)用于食品、藥品、醫(yī)療器械等行業(yè)。利用γ射線輻照進(jìn)行殺蟲滅菌效果良好，具有殺蟲滅菌徹底，工作效率高，不污染環(huán)境，對(duì)產(chǎn)品幾乎無破壞的優(yōu)點(diǎn)［6］。特別是新冠疫情以來，輻照技術(shù)得到更廣泛應(yīng)用［7］。有研究表明，紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案經(jīng)輻照殺蟲滅菌后，具有良好的防霉、防蟲功效，預(yù)期保存年限可提高3～5倍，是一種非?？煽壳矣型麑?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的紙質(zhì)保藏技術(shù)［8］。國(guó)內(nèi)20 世紀(jì)80年代開始采用輻照進(jìn)行文獻(xiàn)檔案的殺蟲實(shí)驗(yàn)，取得了良好的效果［9-10］。文獻(xiàn)檔案材質(zhì)均為紙質(zhì)，輻照是否會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，還沒有全面的研究數(shù)據(jù)支撐［11］。確定適合文獻(xiàn)檔案輻照的劑量和工藝，輻照技術(shù)在紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案保藏方面將具有廣闊的應(yīng)用前景［12］。

1 材料與方法

紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案的輻照殺蟲滅菌效果與γ射線吸收劑量成正相關(guān)，但同時(shí)與紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益成負(fù)相關(guān)。能夠毀壞紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案的細(xì)菌有曲霉菌、青霉菌、枯草芽孢桿菌（無致病性的安全微生物）等，對(duì)紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案有危害的害蟲有煙草甲、毛衣魚、書虱、花斑皮蠹等［13］。同一吸收劑量下，不同的生物的耐受程度不同，即殺蟲滅菌效果不同。本實(shí)驗(yàn)選取兩種具有代表性的細(xì)菌和昆蟲作為實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)樣本。

輻照技術(shù)對(duì)吸收劑量的控制很重要，劑量過高，可能會(huì)給紙張纖維素造成破壞；劑量太低，又達(dá)不到應(yīng)有的殺蟲滅菌效果。為了掌握γ射線輻照對(duì)紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案物理性質(zhì)的影響，對(duì)不同紙張、裝訂線以及不同顏色油墨進(jìn)行γ射線輻照實(shí)驗(yàn)，對(duì)輻照前后樣品的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試分析。

1.1 樣品

紙張：報(bào)紙、宣紙、竹紙、皮紙4 種材質(zhì)紙張。裝訂物：滌綸線、錦綸線、棉線3 種材料的線。墨跡：紅色、藍(lán)色、黑色3種顏色的墨跡。微生物和昆蟲：曲霉菌、枯草芽孢桿菌2種細(xì)菌（江蘇綠科生物），煙草甲、毛衣魚2 種昆蟲（糧食儲(chǔ)備倉庫及地下室等地方尋找培養(yǎng)）。

1.2 設(shè)備

輻照裝置（四川省金核輻照技術(shù)有限公司）型號(hào)：BFT-Ⅳ型。設(shè)計(jì)裝源能力：1.85×1017Bq Co-60；建成后初裝源：3.7×1016Bq。生產(chǎn)能力：已裝源3.7×1016Bq，產(chǎn)品密度0.1 g/cm3，產(chǎn)品吸收劑量為25 kGy計(jì)算，產(chǎn)量為3.8 m3/h（吸收劑量不均勻系數(shù)不大于2）。輻照方式：微生物密封在滅菌實(shí)驗(yàn)箱中、昆蟲裝入小燒杯后用紗布封閉，置于輻照箱與圖書相同位置。

霉菌恒溫培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司，型號(hào)MJ-250-1。恒溫恒濕烘箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司，型號(hào)DH10-9272。顯微鏡，遼南永新光學(xué)有限公司，型號(hào)為XSP-24。

耐折度測(cè)定儀，杭州紙邦自動(dòng)化技術(shù)有限公司，型號(hào)ZB-NZ135A。電子萬能試驗(yàn)機(jī)，深圳市瑞格爾儀器有限公司，型號(hào)RGM-6010。色差分析設(shè)備，深圳市三恩馳科技有限公司，型號(hào)NH310。

1.3 方法

樣品經(jīng)預(yù)設(shè)劑量的γ射線輻照后，分別對(duì)輻照前后的紙張、裝訂物、墨跡和選取的微生物和昆蟲進(jìn)行物理、化學(xué)以及生物性能測(cè)試；進(jìn)一步經(jīng)過人工老化模擬自然條件下老化25 a的物理和化學(xué)性能變化，測(cè)試其性能變化情況。樣品人工老化后僅對(duì)紙張、裝訂物、墨跡進(jìn)行物理化學(xué)性能測(cè)試，不再對(duì)微生物進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)流程圖1所示。

1.3.1 樣品輻照

測(cè)定實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所輻射劑量（按輻照室滿箱時(shí)計(jì)算），設(shè)定劑量及梯度，確定需要的輻照圈數(shù)（控制輻照裝置主控時(shí)間），吸收劑量由重鉻酸鉀（銀）劑量計(jì)測(cè)得。將所有實(shí)驗(yàn)樣品分做若干份（按劑量梯度），每個(gè)劑量梯度將所有實(shí)驗(yàn)物裝一袋并進(jìn)行編號(hào)標(biāo)記并布放劑量計(jì)，分別放置在輻照箱同一位置，按預(yù)設(shè)劑量進(jìn)行輻照，吸收劑量梯度依次設(shè)定為0 kGy（未輻照）、0.5 kGy、1 kGy、2 kGy、5 kGy、10 kGy。輻照完成后立馬取出，放置在干燥，恒溫25 ℃的實(shí)驗(yàn)柜臺(tái)上，備測(cè)。

1.3.2 樣品人工老化

采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行濕熱老化［14］。設(shè)定實(shí)驗(yàn)恒溫80 ℃，相對(duì)濕度65%，連續(xù)處理72 h，使實(shí)驗(yàn)樣品模擬在自然條件下老化25 a，測(cè)試其物理和化學(xué)性能變化。

1.4 樣品性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)中所有樣品的生物檢測(cè)［15］、紙張力學(xué)性能（抗張強(qiáng)度［16］、耐折度［17］）、裝訂線強(qiáng)伸性能［18］、白度色度［19］均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。（1）將每種生物樣品分作若干份（按劑量梯度）進(jìn)行輻照，檢測(cè)輻照前后每個(gè)劑量梯度樣品生物存活數(shù)量。（2）樣品輻照前，對(duì)紙張樣品、裝訂物分別進(jìn)行力學(xué)性能、強(qiáng)伸性能測(cè)試，獲取數(shù)據(jù)；對(duì)紙張樣品、墨跡進(jìn)行色彩檢測(cè)，獲取數(shù)據(jù)。（3）樣品分作若干份（按劑量梯度）進(jìn)行輻照，對(duì)輻照后每個(gè)劑量梯度的紙張樣品、裝訂物進(jìn)行力學(xué)性能和強(qiáng)伸性能測(cè)試，獲取數(shù)據(jù)；對(duì)輻照后每個(gè)劑量梯度的紙張樣品、墨跡進(jìn)行色彩檢測(cè)，獲取數(shù)據(jù)。（4）對(duì)輻照前后每個(gè)劑量梯度的紙張樣品、裝訂物分別進(jìn)行人工老化處理。（5）人工老化后，對(duì)輻照前后的每個(gè)紙張樣品、裝訂物進(jìn)行力學(xué)性能、強(qiáng)伸性能測(cè)試，獲取數(shù)據(jù)；對(duì)輻照前后每個(gè)紙張樣品、墨跡進(jìn)行色彩檢測(cè)，獲取數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻照滅菌效果

按照國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，用被處理樣品微生物的殺滅率為99.9%來評(píng)價(jià)其消毒效果。在本實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定當(dāng)殺滅率達(dá)到99.9%時(shí)即可滿足輻照消毒效果，從而確定最低有效劑量?？莶菅挎邨U菌耐輻照性較強(qiáng)，綜合考慮γ輻照對(duì)枯草芽孢桿菌營(yíng)養(yǎng)體的損傷［20］（SOD活性及雙鏈斷裂）及輻射誘變［21］來討論其殺滅率。吸收劑量對(duì)曲霉菌和枯草芽孢桿菌殺滅率關(guān)系如表1所示（吸收劑量為布放劑量計(jì)實(shí)際測(cè)得，下同），當(dāng)吸收劑量為2 kGy 時(shí)，兩種細(xì)菌殺滅率均達(dá)到99.9%以上，當(dāng)劑量增加到10 kGy時(shí)，殺滅率可達(dá)到100%。

表1 輻照對(duì)曲霉菌和枯草芽孢桿菌的殺滅率Table 1 Bactericidal rate of Aspergillus and Bacillus subtilis irradiated by γ ray

2.2 輻照殺蟲效果

輻照生物效應(yīng)表明，大劑量的輻照能夠直接殺滅生物體，而中等劑量的輻照能使昆蟲停止進(jìn)食，不孕不育，所以只要能夠停止昆蟲生長(zhǎng)繁育就達(dá)到殺蟲目的。在本實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定殺滅率達(dá)到70%及以上即可滿足輻照殺蟲效果，從而確定最低有效劑量。將煙草甲、毛衣魚裝入小燒杯后用紗布密封，與待處理的紙張一同進(jìn)行預(yù)設(shè)劑量輻照處理。處理完后靜置1 h，用探視針測(cè)試?yán)ハx是否已經(jīng)死亡。不同吸收劑量下煙草甲、毛衣魚死亡率表2所示。

表2 吸收劑量與煙草甲和毛衣魚死亡率關(guān)系Table 2 Relationship between absorbed dose and mortality of tobacco beetle and ctenolepisma villosa

由表2 可知，當(dāng)吸收劑量為2 kGy 時(shí)，煙草甲、毛衣魚的即時(shí)殺滅率分別達(dá)70%和80%，當(dāng)吸收劑量增加到10 kGy 時(shí)，可以立即完全殺滅煙草甲、毛衣魚。在相同吸收劑量下，毛衣魚的死亡率要高于煙草甲的死亡率。另外，實(shí)驗(yàn)證明，接受了2 kGy及以上吸收劑量的煙草甲、毛衣魚輻射8 d 后能100%殺滅成蟲， 幼蟲死亡率也達(dá)80%，30 d后經(jīng)該劑量處理的幼蟲全部死亡。

2.3 輻照對(duì)紙張性能的影響

按照實(shí)驗(yàn)方案對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。另外，在一定溫度和濕度條件下，紙張的老化會(huì)加劇纖維素的不斷水解而導(dǎo)致紙張力學(xué)性能下降，紙張存放的時(shí)間越長(zhǎng)，力學(xué)性能下降就越明顯，最終導(dǎo)致紙張破損。為了檢驗(yàn)γ射線輻照后，是否會(huì)在日后保藏中加速紙張的降解，對(duì)上述輻照前后的樣品進(jìn)行后續(xù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。將輻照處理過的紙張和未進(jìn)行輻照處理的樣品分成兩組。在80 ℃恒溫，濕度65%實(shí)驗(yàn)條件下，連續(xù)處理72 h，模擬樣品在自然條件下老化。兩組樣品在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量條件下平衡24 h 后，對(duì)其抗張強(qiáng)度和耐折度進(jìn)行測(cè)量。力學(xué)性能測(cè)試表明，輻照處理對(duì)紙張性能會(huì)產(chǎn)生一定影響，并且影響的程度與吸收劑量有關(guān)，如表3、4 和5 所示。輻照處理1 kGy 及以下時(shí)，γ 射線尚未對(duì)紙張構(gòu)成明顯影響，4種紙質(zhì)紙張輻照后抗張強(qiáng)度、耐折度和白度變化不大。但隨著輻射劑量的增加，4 種紙質(zhì)紙張的力學(xué)性能有所下降，但下降的幅度并不大，不影響圖書的使用。接受2 kGy劑量輻照后，與對(duì)照組比較，樣品老化后抗張強(qiáng)度的保留率均可以達(dá)到原樣品的85%以上，紙張白度均可達(dá)到原樣品的80%以上；即使是接受最大吸收劑量（10 kGy）輻照后，老化后抗張強(qiáng)度的保留率仍可以達(dá)到原樣品的75%以上，紙張白度也能達(dá)到原樣品的70%以上。因此可以認(rèn)為，2 kGy及以下的γ射線吸收劑量，不會(huì)對(duì)圖書文獻(xiàn)檔案等紙質(zhì)材料造成破壞，也不會(huì)加快紙質(zhì)檔案材料在保藏過程中的降解，這為γ射線輻照可應(yīng)用于紙質(zhì)圖書文獻(xiàn)檔案材料的殺蟲滅菌提供了很好的佐證。

耐折度是檢測(cè)紙張物理性能的重要項(xiàng)目，但其測(cè)量時(shí)誤差較大，且現(xiàn)代機(jī)制紙耐折度本身并不高，故而影響實(shí)際測(cè)量值，造成測(cè)量偏差，因此該值僅作為參考數(shù)據(jù)，主要還是將抗張強(qiáng)度作為衡量機(jī)械性能的參數(shù)。

表3 輻照對(duì)不同材質(zhì)紙張人工老化前力學(xué)性能的影響Table 3 Irradiation effect on mechanical properties of papers of different materials before artificial aging

表4 輻照對(duì)不同材質(zhì)紙張人工老化后力學(xué)性能的影響Table 4 Irradiation effect on mechanical properties of papers of different materials after artificial aging

表5 輻照對(duì)紙張白度的影響Table 5 Effect of irradiation on the whiteness of paper

2.4 輻照對(duì)裝訂線的影響

圖書文獻(xiàn)檔案很多是采用裝訂線裝訂成冊(cè)，如果輻照使裝訂線斷裂，將對(duì)圖書造成破壞，因此需考察γ射線輻照對(duì)裝訂線的影響。本實(shí)驗(yàn)選取了常用于書籍裝訂的滌綸線、錦綸線、棉線三種裝訂線進(jìn)行輻照實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了輻照前后及老化后的單線斷裂強(qiáng)力，測(cè)試結(jié)果見表6。

表6 輻照對(duì)裝訂線強(qiáng)伸性能的影響Table 6 Effect of irradiation treatment on the stretching performance of binding line

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過2 kGy劑量輻照，三種線的單線斷裂強(qiáng)力變化不大，老化后單線斷裂強(qiáng)力保持在原樣品單線斷裂強(qiáng)力的90%以上；經(jīng)過最高吸收劑量（10 kGy）輻照后，滌綸線的單線斷裂強(qiáng)力沒有發(fā)生明顯變化，而錦綸線和棉線則顯示出一定幅度的下降，但不影響使用，即便老化后單線斷裂強(qiáng)力仍保持在原樣品單線斷裂強(qiáng)力的80%以上，因此可以認(rèn)為10 kGy 以下吸收劑量不會(huì)對(duì)圖書裝訂線的使用造成影響。

2.5 輻照對(duì)墨跡色度的影響

在紙質(zhì)圖書文獻(xiàn)檔案材料保藏的過程中，不僅要減少紙張質(zhì)地、色度以及裝訂物質(zhì)量的變化，還要關(guān)注紙張上文字、圖案、印章等印跡不受影響，才能夠維護(hù)紙質(zhì)圖書、檔案材料原來的狀態(tài)，體現(xiàn)出其本身的價(jià)值。

表7 輻照對(duì)墨跡色度的影響Table 7 Effect of irradiation on the chroma of ink

從表7 可以看出，不同墨跡色度經(jīng)過γ 射線輻照后色澤度有輕微變化，進(jìn)一步老化后變化不大。經(jīng)過2 kGy劑量輻照，老化后色度保持在原色度的80%以上，基本和輻照處理之前一樣，不影響使用；經(jīng)過最高吸收劑量（10 kGy）輻照后，輻照后墨跡色度有一定幅度的下降，但老化后墨跡色度仍保持在原色度的60%以上。因此，2 kGy及以下劑量的γ射線輻照處理后紙張上墨跡的變色或淡化變化不大，不影響閱讀，也不會(huì)對(duì)后期保藏造成影響。

3 結(jié)論

（1）采用γ 射線進(jìn)行輻照殺蟲滅菌，對(duì)曲霉菌、枯草芽孢桿菌、煙草甲、毛衣魚的最低有效劑量為2 kGy，殺滅率可達(dá)到99.9%以上。（2）采用γ射線對(duì)紙質(zhì)圖書文獻(xiàn)檔案進(jìn)行輻照，紙張的質(zhì)地、白度均未受到明顯影響，印刷墨跡和裝訂線的單線斷裂強(qiáng)力隨吸收劑量的加大而下降，但下降幅度不大。劑量2 kGy時(shí)，老化后樣品各項(xiàng)性能均至少保持在原樣品性能的80%，不會(huì)對(duì)后期的保藏產(chǎn)生不良影響。（3）綜合考慮殺蟲滅菌的有效性，紙質(zhì)圖書文獻(xiàn)檔案的安全性，以及輻照服務(wù)的經(jīng)濟(jì)性，用于紙質(zhì)文獻(xiàn)檔案保藏的吸收劑量控制在2 kGy較為合適。