| 研究課題/領域番号 |
25560136
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
佐々木 良子 京都工芸繊維大学, 学内共同利用施設等, 研究員 (00423062)
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| 研究分担者 |
佐々木 健 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (20205842)
吉田 直人 独立行政法人国立文化財機構東京文化財研究所, その他部局等, 研究員 (80370998)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 蛍光寿命 / 時間分解蛍光スペクトル / 黄檗 / 文化財 |
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| 研究概要 |
蛍光寿命は周辺環境が同じ条件で物質固有の値を示し，蛍光スペクトルの発光・励起波長に加えて第三のパラメータとして蛍光性染料などの非破壊的・非接触的な同定手法として用いることができる。また，周辺環境により微妙に変化するため有機・高分子材料に含まれる蛍光性物質からの蛍光発光に対してこの寿命の測定を行うことで，その有機材料そのものの物理的状態を非破壊的に数値化することが可能である。本研究では，蛍光寿命測定を新たな非破壊分析手法として文化財分析の分野に初めて導入し，蛍光性物質の同定および高分子材料の物理的状態，特にこれまでに有効な非破壊的指標がなかった経年と劣化に関する非破壊的定量的評価法としての有効性の確立を目的とするものである。本研究の主要な目標は
【1】有機質文化財資料(繊維素材，漆，染色布）の時間分解蛍光スペクトルの測定条件の確立
【2】促進劣化させた材料の蛍光寿命測定による劣化環境と蛍光寿命との相関を解明
【3】文化財資料の劣化状態および修復材料の定量的評価法として寿命測定の有効性を確立
以上の三点にあるが，本年度は特に【1】の時間分解蛍光スペクトルの測定条件の検討を中心に行い，劣化資料への適用の可能性を検討した。その結果，キハダ，紅，藍に関して，410nmのパルスレーザを用いることによりキハダ成分のみが選択的にお励起され，他染料の影響を受けないことが分かった。さらに，キハダ成分の寿命は媒体によって大きく変化し，水溶液における0.1nsから絹染織資料における5nsまで寿命が増大した。これは蛍光寿命が媒体の周辺環境によって変化することを示し，寿命が劣化状態を反映して，有機文化財材料の現状把握と保存修復において重要な数値情報を非破壊的に提供するという本研究の主たる目的につながる重要な発見である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は有機質文化財資料における経年劣化に関する数値的情報の取得を主たる目的にして，蛍光性染料ならびに有機素材の蛍光寿命の利用を提案するものである。過去のこのような観点での研究が皆無であることから，本年度は代表的な天然染料であるキハダの主成分であるベルベリンを用いて機器と測定条件の設定の設定を行い，さらに媒体の違いによる寿命の変化の基礎データを取得した。
【1】パルス幅の小さな410nmnパルスレーザを励起光源とするベルベリンをターゲットとする蛍光寿命の測定に成功し，溶液媒体だけではなく絹中の様な高分子媒体中での測定が可能であることを示した。
【2】紅や藍といった別の染料の存在による寿命への影響は見られなかった。
【3】ベルベリンの蛍光寿命は水中での0.1nsからMeOH中での0.5nsに増大した。さらに絹個体媒体中では5nsまで50倍の変化を示し，媒体の疎水性環境と分子間の相互作用の強弱によって大きく変化した。
以上の結果は，励起波長のコントロールにより特定の蛍光物質を励起して他の妨害を受けることなく測定可能であることを示し，さらに，周辺環境の変化を反映する指標として蛍光寿命が利用可能であることを示すきわめて重要な発見である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は時間分解蛍光測定とそれに基づく蛍光寿命を用いて有機・高分子文化財材料のキャラクタリゼーションと経年・劣化状態についての基礎調査を行うものである。今後以下を中心に検討を行う。
【1】各種繊維，紙，石材等の媒体上の染料・顔料などの蛍光性着色成分固有の蛍光寿命の数値を現代標品を用いてデータベースの作成。以下の試料を準備する。原則として着色成分を直接励起する方法を用いる。各種染料による染色布（染料：紅，キハダ，ウコン，カリヤス，藍，蘇芳，ラック，コチニールなどの天然染料，媒染剤：鉄，銅，錫，アルミニウム）。顔料(有機)（紅，蘇芳，ラック，コチニール，藍，ガンボウジ）。
【2】繊維材料，うるし，紙などから生ずる蛍光を明確にしたうえでそれらの蛍光寿命を測定。
【3】文化財実資料として京都工芸繊維大学所蔵品から各種時代の染色裂を中心に調査し，現代品と比較検討する。さらに東文研の持つ促進劣化技術を生かして繊維品，紙などの高分子材料の劣化状態ならびに修復材料と蛍光寿命の関係の解析を行う。
【4】光源の検討：励起光源として半導体パルスレーザヘッドPLP-10利用することにより寿命がごく短いベルベリンの水中での測定に成功しているが，第二の励起光源として発し波長が可変であるサブナノ秒パルスN2励起色素レーザ（パルス幅400ps）を使用し，多様な素材に対して適用範囲を広げる。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
本年度は，代表的な天然染料であるキハダの主成分であるベルベリンを用いて，パルス幅の小さな410nmパルスレーザーを励起光源とする蛍光寿命の測定について，時間分解蛍光スペクトルの測定条件の検討を中心に行った。その結果，機器と測定条件の設定，さらに媒体の違いによる寿命の変化の基礎データを取得した。
上記のように本年度では基本的なデータを得る事を優先したため，予算は情報収集と試薬購入を中心に使用した為，次年度使用額が生じた。
次年度からは本年度の基礎データを基に，まず波長が可変であるサブナノ秒パルスN2励起色素レーザ（パルス幅400ps）を使用し，多様な素材に対して適用範囲を広げる。この為，消耗品として，多くの素材の標準品の購入，色素及び窒素ガス等に多くの費用を使用する予定である。旅費は，国内外での学会にも積極的に参加し情報収集及び成果報告を行うととともに，随時共同研究者との研究打合せに使用する。さらに研究の進捗状況に応じて，ピコ秒パルスレーザーの購入を検討する。
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