В. И. Иванов, Н. М. Гренфер, О. С. Фролова, Н.Н.Сапрыкина, Е.М.Шепилова Исследование воздействия пучка ускоренных электронов на бумагу при дезинфекции архивных документов

В. И. Иванов, Н. М. Гренфер, О. С. Фролова, Н.Н.Сапрыкина, Е.М.Шепилова

Исследование воздействия пучка ускоренных электронов на бумагу при дезинфекции архивных документов

Одно из направлений обеспечения сохранности документов в архивохранилищах – это борьба с повреждениями, вызванными плесневыми грибами. Проблема поражения бумажной основы документов плесневыми грибами во влажном климате Санкт-Петербурга особенно актуальна. До поступления в хранилища госархивов документы зачастую хранятся в неподходящих условиях, что способствует развитию на них плесневых грибов. В связи с этим задача выявления документов с биоповреждениями и их дезинфекции стоит весьма остро.

Целью данной работы является изучение возможности массовой дезинфекции документов архивных фондов временного хранения, поврежденных плесневыми грибами.

Дезинфекция пострадавших документов может быть произведена либо химическими, либо физическими методами. При этом любой метод должен соответствовать следующим требованиям:

1) надежное уничтожение колоний грибов или хотя бы существенное уменьшение их жизнеспособности;

2) сохранение удовлетворительных физико-механических характеристик бумаги документов – как непосредственно после обработки, так и в течение срока хранения;

3) сохранение информации на бумажных носителях, а также сохранение удовлетворительных оптических и химических характеристик после обработки и в течение срока хранения.

Невыполнение хотя бы одного пункта этих требований делает применение метода невозможным.

В качестве химического метода при массовом поражении документов на бумажной основе можно рекомендовать камерную дезинфекцию документов. Но существующие сегодня способы обладают определенными недостатками.

Наиболее распространена дезинфекция в формалиновой камере. Однако камерная дезинфекция формалином пригодна только для бумаги, а кожа и пергамен становятся хрупкими. Формалин задубливает (закрепляет) грибные пигменты и их трудно удалять или обесцвечивать, поэтому сильно пигментированные документы дезинфицировать формалином не рекомендуют.

Формалин вреден для здоровья человека, поскольку он токсичен и обладает канцерогенным эффектом. Опасности подвергаются обслуживающие камеру сотрудники, а также хранители и читатели, поскольку в документе и после его проветривания сохраняются остаточные количества формалина.

Некоторые авторы предлагают современные физические методы дезинфекции [1]:

1) Дезинфекция в камере токов высокой частоты (ТВЧ) производится за счет нагрева материала до 95–105^оС. Колонии грибов при этом погибают. Кратковременный нагрев не приносит существенного вреда бумаге. Однако кожу и печати нельзя подвергать такому нагреву, наличие же в документах металлических элементов (скрепок и т. п.), а также наличие клеев ПВА и силикатного приводит к уничтожению документов из-за сильного разогрева в поле токов высокой частоты и возгорания бумаги [2].

2) Дезинфекция обработкой жестким электромагнитным излучением – рентгеновскими или гамма-лучами – рекомендуется некоторыми авторами [3], которые полагают, что доза облучения 14,4 кГр, необходимая для уничтожения колоний грибов, не приводит к существенному снижению механических свойств (прочность на разрыв и удлинение при растяжении).

Однако большинство других авторов [4–8] приводят доказательства того, что при жестком электромагнитном облучении происходит разрыв молекулярной цепи целлюлозы и соответственно снижение степени полимеризации целлюлозы. Физико-механические характеристики бумаги не прямо зависят от степени полимеризации целлюлозы. Такие методы физико-механических испытаний, как прочность на разрыв и удлинение при растяжении, меньше зависят от степени полимеризации, чем прочность на излом при многократных перегибах – исключительно важная физико-механическая характеристика бумаги. Последнее обстоятельство и вызвало отказ от данного метода дезинфекции у большинства отечественных исследователей [9].

В настоящее время широко используется в различных областях – в медицине, сельском хозяйстве и в пищевой промышленности – метод стерилизации облучением пучком ускоренных электронов. Этот метод был апробирован и рекомендован научно-методическим советом Главархива г. Москвы [10].

Была проведена научно-исследовательская работа «Исследование воздействия ускоренных электронов на биоповреждения архивных документов на бумажных и пленочных носителях», в работе участвовали РГА НТД, биологический факультет МГУ, ГНП «Торий» [11]. Так как в этой работе физико-механические свойства бумаги так же оценивались по прочности на разрыв и удлинению при растяжении, то мы решили провести независимое, более полное исследование возможности применения метода обработки пучком ускоренных электронов для массовой дезинфекции архивных документов, поврежденных плесневыми грибами.

Методика исследования

Исследования проводились по следующей схеме.

1. Сначала были созданы модели архивных папок, заполненных бумагой для печати, толщиной 1 лист, 1 см, 3 см, 6 см (2 шт.).

2. Листы фильтровальной бумаги были заражены плесневыми грибами Aspergillus и Penicillium.

3. Для исследования физико-механических, оптических и химических свойств бумаги были вложены в папки листы бумаги марки Б, состоящей из 85 % сульфатной беленой целлюлозы и 15 % сульфитной беленой целлюлозы без проклейки и наполнителя – 1 серия. А также оберточная бумага, состоящая из 100 %-ной сульфатной беленой целлюлозы, содержащая 0,02 % канифольной проклейки, без наполнителя, и газетная бумага с печатью – 2 серия.

4. Листы бумаги, зараженные грибами, вместе с образцами бумаги, предназначенными для физико-механических испытаний, были вложены в модельные папки на определенную толщину (в см от передней обложки).

5. Для контроля дозы облучения в модельные папки по месту расположения образцов бумаги были вложены дозаторы СОПД(Ф)-5/50.

Облучение проводилось в ООО «РА Д» с использованием линейного ускорителя электронов ЛУЭ-8-5Е.

Режим работы ускорителя:

– энергия ускоренных электронов – 7,5 МЭВ;

– средний ток пучка – 460 мкА.

Доза поглощенной радиации определяется временем экспозиции объекта в пучке электронов и регулируется скоростью и количеством проходов транспортера с объектами в зоне облучения. Доза облучения измеряется в килоГреях 1 кГр = 1 Джоуль/1 кг, скорость транспортера составляла 0,45 м/мин.

Доза поглощенной радиации зависит от толщины слоя нелинейно и зависит от плотности объекта. Пример зависимости дозы облучения от толщины слоя для воды представлен на рис. 1 (см. Приложение).

Доза поглощенной бумагой радиации, в зависимости от толщины слоя бумаги в модельных папках, для первой и второй стадии испытаний представлены в табл. 1 Приложения.

Минимальная поверхностная доза облучения была выбрана 15–16 кГр, заведомо выше рекомендуемой (8–10 кГр) методическим пособием «Борьба с биоповреждениями на архивных документах» [10], с тем чтобы, убедившись в уничтожении грибов, можно было бы ее снизить для определения оптимальной дозы.

После обработки определили жизнеспособность плесневых грибов. Для этого фрагменты колоний грибов с листов фильтровальной бумаги, подвергшихся облучению, с помощью стерильного ватного тампона переносили в чашки Петри с питательной средой Чапека и помещали в термостат для выращивания при температуре 28^о.

Влияние обработки бумаги пучком ускоренных электронов на ее физико-механические свойства проводилось традиционным способом, по изменению показателей механической прочности бумаги на излом и на разрыв (ГОСТ 13525.1-79*, 13525.2-80*), по изменению белизны (по коэффициенту отражения на шаровом фотометре) и рН водной вытяжки (ГОСТ 13523-77).

Влияние на долговечность обработанной бумаги оценивалась по изменению вышеперечисленных свойств в результате ускоренного термического старения (ГОСТ 13525.6-68*).

Результаты исследований

Анализ на жизнеспособность плесневых грибов показал, что в образцах, получивших дозу 0 кГр, которые располагались в конце папки толщиной 6 см и облученной только спереди, рост колоний начинался на 6–9 день, причем время их появления не зависело от дозы облучения.

На основании полученных результатов можно предположить, что облучение пучком ускоренных электронов в дозах от 3 до 29,7 кГр убивает колонии плесневых грибов рода Aspergillus и Penicillium. Но при этом споры грибов сохраняют свою жизнеспособность и при попадании в благоприятные условия прорастают и дают начало новым колониям.

Результаты исследований физико-механических характеристик бумаги приведены на рис. 2–4 (см. Приложение), а также в табл. 2–4 (см. Приложение).

Анализ полученных данных показал, что в результате обработки пучком ускоренных электронов механическая прочность образцов бумаги по показателю сопротивления излому уже при дозе облучения в 3 кГР снижается на 40 % относительно контрольного образца, не обработанного ускоренными электронами, и на 55 % – после искусственного старения (см. рис. 3). По показателю сопротивления на разрыв снижение механической прочности после обработки происходит на 5–7 % и только при значительном увеличении дозы облучения до 29 кГр – на 10–15 % (папка, обработанная с 2 сторон). Соответственным образом снижается прочность и после термического старения (см. рис. 4).

После обработки пучком ускоренных электронов наблюдается незначительное изменение показателя белизны, однако после термического старения этот показатель значительно снижается, что говорит об инициации окислительных процессов.

Для получения более полной картины воздействия пучка ускоренных электронов на бумагу было проведено изучение деструктивных процессов в целлюлозе методом рентгенофлюоресцентной спектроскопии на приборе «Anger Scan 2».

Атомные концентрации кислорода и углерода в контрольном образце и обработанном ускоренными электронами до и после искусственного старения

В результате обработки ускоренными электронами несколько увеличивается процентное содержание атомов кислорода.

После ускоренного термического старения (100^оС, 3 суток) содержание атомов кислорода уменьшается.

Для указанных выше четырех образцов бумаги разложение спектра по энергиям связи C1S углерода приведены на рис. 5–8. Из спектров можно заключить, что в результате обработки уменьшается пик 1, соответствующий С-Н, С-С связям, и увеличивается пик 2, соответствующий С-ОН, С-О связям, что происходит вследствие дегидрирования молекулы целлюлозы под действием бомбардировки электронами высокой энергии (см. рис. 5, 6).

После ускоренного старения наблюдается, напротив, увеличение пика 2 и уменьшение пика 1, как у контрольного образца, так и у обработанного вследствие дегидратации целлюлозы (см. рис. 7, 8).

Очевидно, что при обработке ускоренными электронами происходят глубокие изменения в молекуле целлюлозы с разрывом С-Н и С-С связей и, по-видимому, происходит снижение степени полимеризации, как полагают многие авторы. Ослабевают и другие связи, что при длительном старении приводит к деструкции молекулы целлюлозы.

Заключение

Снижение прочностных характеристик бумаги при обработке ускоренными электронами сокращает сроки хранения документов.

Метод дезинфекции пучком ускоренных электронов может быть рекомендован только для документов временного хранения. Сразу после дезинфекции необходима тщательная полистная очистка документов от остатков плесневых грибов, содержащих живые споры, и хранение документов в условиях, исключающих прорастание спор (ГОСТ 7.50-2002 Консервация документов. Общие требования).

Литература

1. Абрамова И. М. Новые разработки в области стерилизации изделий медицинского назначения [Текст] / И.М.Абрамова // Дезинфекционное дело, 1998. – № 3. – С. 25.

2. Загуляева З. А. Дезинфекция библиотечных и архивных материалов токами высокой частоты [Текст] / З.А.Загуляева // Сообщения ВЦНИЛКР. – М., 1960. – Вып. 2. – С. 87–91.

3. Gonzalez M. E., Calvo A. M. Kairiyama E. K. Gamma radiation for preservation of biologicailly damaged paper [Текст] / M. E. Gonzalez, A. M. Calvo, E. K. Kairiyama // Radiation Physics and Chemistry. – V. 63, 2002. – P. 263–265.

4. Phillips G. O., Arthur Jr. J /c/ Effects of high-energy radiation on physical and chemical properties of purifi ed fi brous cellulose [Текст] / G. O. Phillips, Jr. J. Arthur / Eds. T. P., S. H. // Cellulose Chemistry and its Applications. Ellis Horwood Ltd., Chichester. – UK, 1985. P. 290–311.

5. Mayali A. B., Sabharwal S., Deshpande R. S. Development of radiation processes for better environment [Текст] / A. B. Mayali, S. Sabharwal, R. S. Deshpande // Radiation Technology for the Environment. IAEA TEC-DOC 1023. – Vienna, Austria, P. 425–431.

6. Stepanik T. M., Rajagopal S., Ewing D. Electron-processing technology: a promising application for the viscose industry [Текст] T. M. Stepanik, S. Rajagopal, D. Ewing // Radiation Physics and Chemistry. – 1998, V. 52. – P. 505–510.

7. Dziedziela W. M., Rosak I. Some aspects of radiation-Induced Transformations of Cellulose [Текст] / W. M. Dziedziela, I. Rosak // Cellulose Chemistry and Technology. – 1977, V. 11, № 3. – P. 261.

8. Корнеева Г. М., Баскина А. Б. Инициированная деструкция целлюлозы [Текст] / Г.М.Корнеева, А.Б.Баскина. – Фрунзе – Илим, 1985. – С. 45–49.

9. Ребрикова Н. Л. Биология в реставрации [Текст] / Н.Л.Ребрикова. – М.: ГосНИИР. – 1999. – С. 129–138.

10. Башкин Б. С., Спиридонов Н. В. Борьба с биоповреждениями на архивных документах [Текст] / Б. С. Башкин, Н. В. Спиридонов (Методическое пособие). – М.: Главархивсост.

11. Исследование воздействия ускоренных электронов на биоповреждения архивных документов на бумажных и пленочных носителях: Научно-технический отчет 3300/1. – М., 1998.

Приложение

Рис. 1. Доза поглощенной радиации в зависимости от толщины слоя для воды

Рис. 2. Изменение белизны в зависимости от дозы облучения в процессе искусственного старения

Рис. 3. Изменение сопротивления излому в зависимости от дозы облучения в процессе искусственного старения

Рис. 4. Изменение показателя сопротивления разрыву в зависимости от дозы облучения в процессе искусственного старения

Погрешность при изломе – 16–17 %; погрешность при разрывном грузе – 3–4 %.

Таблица 1. Доза поглощенной листом бумаги радиации в зависимости от толщины слоя документа

Папка № 5 толщиной 6 см проходила зону облучения дважды, облучаясь с обеих сторон.

Таблица 2. Изменение белизны бумаги в процессе ускоренного старения в зависимости от дозы облучения

Таблица 3. Потеря прочности бумаги в зависимости от дозы облучения в процессе ускоренного старения по показателю сопротивления излому

Таблица 4. Потеря прочности бумаги на разрыв в зависимости от дозы облучения в процессе ускоренного старения

Рис. 5. Рентгено-флюоресцентная спектроскопия. Разложение спектра по энергиям связи C1S углерода. Контрольный образец.

Рис. 6. Рентгено-флюоресцентная спектроскопия. Разложение спектра по энергиям связи C1S углерода. Образец, обработанный ускоренными электронами.

Рис. 7. Рентгено-флюоресцентная спектроскопия. Разложение спектра по энергиям связи C1S углерода. Контрольный состаренный образец.

Рис. 8. Рентгено-флюоресцентная спектроскопия. Разложение спектра по энергиям связи C1S углерода. Образец, обработанный ускоренными электронами и состаренный.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.