M. M. Cejtlina, Natasza Kożuch
Zastosowanie metody
luminescencyjnej do badania
związków białkowych spoiw
malarskich
Ochrona Zabytków 43/1 (168), 48-50
N A T A S Z A K O Ż U C H M M . C E J T L IN A
Z A S T O S O W A N IE M E T O D Y L U M IN E S C E N C Y J N E J
DO B A D A N IA Z W IĄ Z K Ó W B IA Ł K O W Y C H S P O IW M A L A R S K IC H
Podstawą badań organicznych m ateriałów malarskich (spo iw w arstw malarskich, gruntu oraz laków ) w p ie rw szej p ołow ie XX w. były proste reakcje mikrochemiczne i reaKcje na rozpuszczalność. W latach pięćdziesiątych naszego w ieku zastosowano m etody efektywniejsze, takie jak chrom atografia bibułow a, cienkow arstw ow a i gazowa, spektroskopia w podczerwieni, elektroforeza, analiza sp oiw białkow ych za pomocą analizatora a m ino kw asów itp., co p o zw o liło ze w zględnym sukcesem rozwiązać problem identyfikacji organicznych składni kó w m a te ria łó w m alarskich. Jednakże te m etody z w ielu przyczyn (mała czułość, złożoność m etodyki ba dawczej, trudności z interpretacją w y n ik ó w i in.) nie znalazły zastosowania w niedużych muzeach i praco w niach konserwatorskich. W Laboratorium Chemicznym „ Biełorestauracji” w M ińsku (Białoruska SRR) podjęto próbę zbadania m ożliwości zastosowania analizy lum ine- scencyjnej jako względnie czułej i stosunkowo prostej meto dy analizy związków ’białkowych spoiw malarskich. Pierwsze doświadczenia w dziedzinie analizy lum ine- scencyjnej olejów , żyw ic, w o skó w i laków w ykonano jeszcze w latach dwudziestych. Eibner kontynuując te prace stw ierdził, ze niektóre spoiw a w stanie czystym posiadają lum inescencję o różnej barwie i inten syw n oś ci. Jednakże w b re w sw ojem u stw ierdzeniu, ze ,,p o d s ta
w ow e znaczenie św iatła n ad fioletow e go dła m ateriałów malarskich zawarte je s t w określeniu m ateriału s p o iw a " ,
jego praca nie przyniosła specjalnych e fe k tó w 1. Pod staw ow ą tego przyczyną była niedokładność metod lum inescencyjnych stosow anych ówcześnie.
Na odbywającej się w 1972 r. w Lizbonie konferencji M iędzynarodow ego Instytutu Konserwacji, M ills w
re-1. W id m a w z b u d z e n ia flu o re s c e n c ji i f/u o re s c e n c ja w o d n e g o r o z tw o ru b ia ik a ja jk a k u rze g o
1. S p e c tru m s o f flu o re s c e n c e a c tiv a tio n a n d flu o re s c e n c e o f a q u e o u s e g g - w h it e s o lu tio n
feracie pt. Identyfikacja sp oiw malarskich o m ó w ił p u blikacje na ten temat, ale przedstawione w nich w yniki badań postaw ił pod znakiem zapytania. Analizując s to sowane metody M ills wskazał na m ożliwość rozróżniania białek za pomocą techniki fluorescencyjnej analizy prze ciw ciał, która to metoda dopiero zaczynała się roz w ija ć 2. 1 i 1 ^cp _ 310 nm 3 i3 ^— ^Xęp = 420 п т 2 i2 ~ 280 nm 4 i 4 - Я£ -3 3 0 nm 2. W id m a w z b u d z e n ia flu o re s c e n c ji i flu o re s c e n c ja w o d n y c h r o z tw o ró w k le jó w k o s tn e g o (lin ia p rz e ry w a n a ) i sk ó rn e g o (lin ia c ią g ła )
2. S p e c tru m s o f flu o re s c e n c e a c tiv a tio n a n d flu o resc en c e o f a q u e o u s s o lu tio n s o f b o n e g lu e (b ro k e n lin e ) a n d skin g lue (c o n tin u o u s lin e )
W latach 1 9 5 0 -1 9 6 0 następuje szybki rozwój analizy lum inescencyjnej. Ukazuje się duza liczba opracowań na temat badań lum inescencji białek. Tił i Weber, a także W ładim irów i Konew badali fluorescencję w nadfiolecie b ia łe k 3 i stw ierdzili, ze fluorescencja ta była w yw ołana g łó w nie aromatycznymi aminokwasami: tryptofanem , ty rozyną i fenyloalaniną. M aximum widm a fluorescen cyjnego tych am inokw asów znajduje się odpow iednio przy 348, 303 i 282 mm. Fluorescencja fenyloalaniny jest obserw owana tylko w nieobecności tyrozyny i
trypto-1 J. I. G r e n b i e r g, O c z e rk i isto rii te c h n ik o te c h n o lo g ic ze s k ic h
u s s /e d o w a n ij z iw o p is y . S o o b s zc ze n ija W C M J Ł K R 1 9 7 1 , T. 2 7 ,
s. 6 0 .
2 J . S . M i l l s , Id ie n tifik a c ija s w ia zu /u s z c zic h z iw o p is y . B w e - d ie n ije . R e s ta w ra c ija i c h ra n ie n ije m yz. ch u d . ce n n o c te j, 1 9 7 4 , w y p . 4 / 7 / .
3 J A . B. W ł a d i m i r ó w , F o to c h im ija i ło m in ie s c e n ija b ie lk o w 1 9 6 5 ; S . W . K o n i e w , E le k tro n n o w o z b u z e n ije s o sto jan ija b io
p o lim e r ó w . M iń s k 1 9 6 5 .
3. W idm a flu o re s c e n c ji w o d n y c h ro z tw o ró w w a rs tw m a la rs k ic h : 1 — g r u n t p o lic h ro m o w a n e g o d re w n ia n e g o ołtarza cerk- w ii P a ra s k e w i P ią tn ic y ( B ie rie ż n a ); 2 — g ru n t ik o n y „ Ś w . S te fa n a ". 3 — ró ż o w a (c y n o b e r) w a rs tw a z fresku W ie lk ie g o S o b o ru B ie lizic k ie g o M o n a s ty ru ( P o /o ck) ; 4 — ró ż o w a (o c h ra ) w a rs tw a z fresku U s p ie n s k ie g o S o b o ru (M ś c is la w )
3. S p ec tru m s o f flu o resc en c e o f aq u eo u s s o lu tio n s o f p a in t layers: 1 — u n d e rc o a t o f p o ly c h ro m e d w o o d e n a lta r o f P a - raskeva P iatn its a O rth o d o x C h u rc h (th e villag e o f B e re z n o y e ); 2
— u n d e rc o a t o f „ S t. S te p h e n " ico n; 3 — p in k (v e rm illio n ) layer
fro m fresco o f the B e /c h its kiy M o n a s ty r G re a t O rth o d o x C h u rc h (P o /o c k ); 4 — p in k (o c h re ) lay er from fresco o f U sp ien s kiy O rth o d o x C h u rc h (M s tis la v )
fanu, a fluorescencja tyrozyny w nieobecności w tym samym białku tryptofanu. Białka zawierające tryptofan mają widm a fluorescencji charakterystyczne dla tego aminokwasu (widm a bardzo silnie zmieniają się u białek naturalnych X maks = 328 + 342 nm).
Przeprowadziliśmy badania w idm luminescencji w odnych roztw orów m odelowych systemów (białek i żółtek jajka kurzego, kazeiny i klejów g lu tyn o w ych ), a także próbek m alow ideł ściennych i sztalugowych ze zbiorów muze alnych Białorusi. Praca była przeprowadzona za pomocą spektrofluorym etru Fica-55 M K -II. W odne roztwory pró bek m ateriałów malarskich przedtem term ostatowano w temperaturze + 40°C. W w idm ach fluorescencyjnych białka i żółtka jajka oraz kazeiny występuje pasmo z maks. przy X = 3 3 8 -3 3 4 nm i przy wzbudzaniu w
rejonie 2 9 0 -3 0 0 nm (rys. 1). Jest ono w yw ołane flu o- rescencją tryptofanu wchodzącego w skład am inokw a sów podanych białek.
Luminescencja kleju glutynowego, w skład którego w c h o dzi tryptofan, pow inna być podobna do luminescencji tyrozyny i fenyloalaniny. Jednakże rezultaty praktycz nych badań w idm ow ych własności klejów glutynow ych znacznie odbiegają od teoretycznych przewidywań. Na rys. 2 przedstawiono w idm a wzbudzenia prom ieniow a nia i fluorescencji klejów skórnego i kostnego. Te widm a są identyczne: w w idm ie fluorescencji istnieje maks. przy ^ = 3 0 8 - 3 1 0 nm i w obrębie 4 1 5 - 4 3 5 nm, o d p o w ie d nio przy w zbudzeniu długością fali 280 nm i 330 nm. Pasmo świecenia z maks. X przy 3 0 8 -3 1 0 nm może być wyjaśnione fluorescencją tyrozyny. W idm o flu o rescencji przy wyższych długościach fali ma strukturę złożoną: maks. X przy 4 1 5 -4 2 0 nm i przy 435 nm.
Strukturami chrom oforow ym i mającymi luminescencję w danym obszarze widm a mogą być produkty typu b ityrozyny4 powstające przy starzeniu białek kolageno wych, a także przy działaniu na nie światła nadfioletow e go, w ysokich temperatur i ciśnień niektórych agresyw nych cieczy (zasad), a także zasad Schiffa tworzącymi się w procesie oddziaływania białko — lip id 5.
W zarejestrowanych widm ach lum inescencyjnych pró bek w odnych malarstwa ściennego z klasztoru Uspień- skiego (M stisław , XVIII w .), gruntu pod polichrom ią drewnianego ołtarza cerkwi Paraskeni Piątnicy (Bierież na, XVI11—XIX w .), a także gruntu ikon z kolekcji muzeów białoruskich występuje maks. w obszarze 4 1 5 -4 3 5 nm przy wzbudzeniu falą X = 330 nm. Mozę to świadczyć 0 istnieniu w próbkach kleju glutynow ego. Lumines cencji w odnych roztw orów w arstw malarskich fresków z Soboru Sofijskiego (Połock, XII w .), Roźdiestwiańskie- go Soboru (Bieliniezi, XVIII w .), W ielkiego Soboru Bielizickiego Monastyru (Połock, XII w ), Roźdiestwień- skiego Soboru (Sławgorod, koniec XVIII w .) przy w z b u dzeniu X = 330 nm nie udało się zarejestrować, co świadczy o nieobecności kleju glutynow ego w składzie spoiwa. W yniki metody analizy luminescencyjnej p o twierdzono metodą chromatografii jonowym iennej. Chro matografię jonow ym ienną prowadzono na płytkach Fik- sion 50 X 8 węgierskiej firm y F iksion6.
W w idm ach luminescencyjnych w arstw barwnych ikon 3w . Stefan (XVIII w.) i Matka Boska Smoleńska (XVI w.) zaobserw ow ano bardzo słabą luminescencję w obszarze 3 3 0 -3 5 0 nm przy wzbudzeniu światłem w obszarze 2 9 0 -3 0 0 nm. M etodą chrom atografii cienkow arstwow ej w ysokiej rozdzielczości7 stwierdzono obecność żółtka jaja kurzego w składzie spoiw. Niską intensywność
1 nieobecność wyraźnego maks. charakterystyczną dla świeżo przygotow anego związku m odelowego można w yjaśnić rozpadem tryptofanu w czasie pod w pływ em tlenu, światła UV i tworzeniem pro du któ w o strukturze podobnej do kin u re n in y8. Jednakże konieczne jest prze prowadzenie dalszych badań na temat stwierdzenia p ro duktó w chrom oforow ych dających luminescencję w d a nym obszarze, a także nad starzeniem białek.
Na podstawie uzyskanych w y n ik ó w uważamy za m oż liw e określenie klejów glutynow ych metodą lum ines c e n c ji9. Identyfikacja innych białek występujących w spoiwach wymaga dalszych badań i ulepszenia m etody luminescencyjnej jako m etody mającej istotną przewagę nad stosowanym i dotychczas metodami, tj. wysoką czu łość, pewność i prostotę stosowania.
N a ta s za K o żu c h M . M . C e jtlin a M iń s k , B S R R 4 S. O. A n d e r s e n. A c ta P h y s ic a l S e a n d . 1 9 6 6 , v. 6 6 , s. 2 6 3 . 5 V. G. M a l s h e t , A L . T a p p e l . Lip id s . 1 9 7 3 , v. 8 ss. 1 9 4 - 1 9 8 . 6 T. D e w i e n 1, J. G e r g i j , A m in o k is lo ty . p ie p tic y , b ie lk i 1 9 7 6 .
7 W . W . C h r i s t i e , L ip id an alysis: Is o la tio n , seperation, id e n
tific a tio n a n d s tru c tu ra l an alysis o f lip ids. O x fo rd etc: P erg am o n
Press 1 9 8 2 . 8 D. C r u d , P h o to c tu m a n d P h o to b io lo g y . 1 9 8 4 v 3 9 nr 4 s. 5 3 7 . 9 G . G . K o z ł o w a , N . M . K o ż u c h , N . P. M i e l n i k ó w , M M. C e j t l i n a , G . W . K o n i e w a.s nr 1 3 3 7 7 3 8 . (S p o s o b lu m - in e s c z e w tn o g o a n a liz a ). B iu łł 1 9 8 7 , nr 3 4 .
49
T H E USE OF THE L U M IN E S C E N T M E T H O D IN S T U D IE S OF P R O TE IN C O M P O U N D S IN P A I N T V E H IC L E S
In th e „ B e lo re s ta u ra ts y a " C h e m ic a l L a b o rato ry in M in s k ( B e lo ru ssian S S R ) th e lu m in e s c e n t analysis w a s tried o u t as a re la tiv e ly se n sitive an d s im p le m e th o d of a n a ly zin g p ro te in c o m p o u n d s o f p a in t vehicles.
S tu d ie s w e re carried o u t on n u m e ro u s sam p les ta k e n , a m o n g
o th ers fro m the co lo u re d layers o f icons, w a ll paintings, frescoes.
T h e o b ta in e d results c o n firm e d th e po ssib ility of d e fin in g g lu te n g lu es by th e lu m in e s c e n t m e th o d . Id e n tific a tio n of other p r o te in s pres en t in p a in t ve hicles requ ires fu rth er study.
J E R Z Y C IA B A C H
W Ł A Ś C IW O Ś C I I Z A S T O S O W A N IE E S T R Ó W CELULO ZY
Celuloza jest jednym z najbardziej rozpow szechnionych w ielocu krów , stanow iącym prawie połow ę materiału, z którego zbudow ane są kom órki roślin. Ma budow ę w łóknistą, częściow o krystaliczną. Jej masa cząsteczko wa, zależnie od pochodzenia i obróbki surowca, w ynosi od kilkuset tysięcy do kilku m ilion ó w . Nie rozpuszcza się w pospolitych rozpuszczalnikach i m im o b ud ow y lin io w ej w niczym nie przypom ina polim erów term oplas tycznych. Każde o g n iw o łańcucha celulozy ma trzy grupy w od oro tlen ow e zdolne do reakcji z kwasami, alkoholam i i innym i substancjami chem icznym i. Pozwala to na m odyfikację w łaściw ości celulozy przez przepro w adzenie jej w o dpow iednie estry, etery, hydroksyetery itp. Najcenniejszą cechą pochodnych celulozy jest ich rozpuszczalność w cieczach organicznych lub w wodzie, pozwalająca używać je do w yrobu farb, lakierów, klejów itp. W łaściw ości pochodnych celulozy zalezą od rodzaju i ilości p o d staw n ikó w oraz średniej masy cząsteczkowej. O tym ostatnim decyduje pochodzenie i sposób przy g otow ania celulozy. W zależności od rodzaju p o d sta w n ikó w , pochodne celulozy można podzielić na estry i etery. Do tych pierwszych należą azotany, octany, ksan- togeniany oraz estry mieszane, np. octanomaślan ce lulozy. Azotany określa się zw yczajow o mianem n itro celulozy, natomiast octany mianem acetylocelulozy. Ksan- togeniany są solami niepełnego estru kwasu d w u tio - w ęglow ego, ważnym i półproduktam i pow stającym i w trakcie w ytw arzania celulozy regenerowanej, znanej w postaci w łókien (jedw ab w iskozo w y) lub fo lii (celofan). Spośród eterów celulozy największe znaczenie mają etery alkoholu m etylow ego (m etyloceluloza), etylow ego (etylo celu lo za) oraz benzylow ego (benzyloceluloza). N iem niej ważne są hydroksyetery: hydroksym etylow y, hydroksyetylow y, hydroksypropylow y czy też eter m ie szany: hydroksypropylom etylow y. Do eterów celulozy zalicza się także sól sodow ą karboksym etylocelulozy, zwaną potocznie karboksym etylocelulozą V
A z o t a n y c e l u l o z y ( n i t r o c e l u l o z a )
Azotany celulozy, nazywane zw yczajow o nitrocelulozą pow stają w w yniku działania na celulozę mieszaniny stężonego kwasu azotow ego ze stężonym kwasem siar k o w y m 2 lub innym środkiem wiążącym pow stającą w reakcji w odę, np. kwasem o -fo sfo ro w ym . Produkty han d lo w e są mieszaniną zw iązków o różnym stopniu p o d staw ienia — od nieprzereagowanej celulozy az po p ro dukt ca łko w iteg o podstaw ienia grup w od o ro tle n o w ych :
trójazotan. Średni stopień podstawienia w gatunkach h andlow ych określa się po dzień dzisiejszy procentową zawartością azotu. Rozróżnia się dwa zasadnicze gatunki handlowe: nitrocelulozę niskoazotową (11-12% azotu), odpow iadającą w przybliżeniu dw uazotanow i oraz n itro celulozę w ysokoazotow ą (13-14% azotu), o d p ow iad a jącą w przybliżeniu trójazotanow i. Nitroceluloza nisko- azotowa (koloksylina, bawełna ko lo dio no w a) rozpusz cza się w w ielu cieczach organicznych, takich jak aceton, cykloheksanon, metanol, pirydyna, estry kwasu o c to w e go, nitrobenzen i kwas o ctow y. Miesza się także z w ielom a zmiękczaczami tw o rzyw sztucznych, np. ftala- nem butylu, fosforanem fenylu, kamforą i olejem rycyno wym . Kamfora była pierwszym zmiękczaczem p ie rw szego w historii tw orzyw a sztucznego. Właśnie bowiem w tej postaci dwuazotan celulozy znany jest od 1867 r. pod nazwą handlow ą celuloid. Tw orzyw o to odegrało ważną rolę w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym (pierwsze nietłukące się szyby), było powszechnie uży wane do produkcji w yro b ó w galanteryjnych i zabawek oraz zrew olucjonizow ało technikę fotograficzną. Miękkie, elastyczne i nietłukące się podłoża fotograficzne z ce lu loidu zostały w prow adzone przez Eastmana Kodaka w sierpniu 1889 r. i były produkow ane az do roku 1951 3. Obecnie z dw uazotanu celulozy produkuje się przede wszystkim kleje oraz lakiery, farby i emalie. Kleje n itro celulozow e były pierwszymi klejami syntetycznym i i w stosunkow o krótkim czasie w yparły z w ielu zastosowań kleje roślinne i zwierzęce. Klejono nimi papier, drewno, skórę, specjalnie w tym celu preparowaną gumę, szkło, porcelanę i metale. Pierwotnie były to roztw ory celuloidu w acetonie, później zaczęto stosować wiele innych zmiękczaczy i rozpuszczalników oraz mieszać n itro celu lozę z innym i żyw icam i syntetycznym i. G łów nym o d b io r
1 T e c h n o lo g ia tw o rz y w s z tu c z n y c h . W a rs z a w a 1 9 8 1 ; Z w ią
z k i w ie lo c z ą s te c z k o w e w p rz e m y ś le s k ó rz a n y m . W a rs z a w a
1 9 7 0 .
2 Je s t to m ie s za n in a s to s o w a n a d o o trz y m y w a n ia n itro z w ią z - k ó w , ta k ic h jak n itro b e n z e n lu b tró jn itro to lu e n (tro ty l). Jej d z ia ła n ie e s try fik u ją c e w 1 8 8 3 r. nie by ło z n a n e i ty lko z te g o p o w o d u p ro d u k t o d d z ia ły w a n ia c e lu lo z y z m iesza n in ą nitru jąc ą n a z w a n o n itro c e lu lo z ą . O m y łk a ta została s zy b ko d o strzeżo n a, ale p ie rw s ze tw o r z y w o s ztu czn e tak się ro zp rzes trze n iło i u p o w s z e c h n iło , ze ż a d n e s p ro s to w a n ia nie przyn iosły i nie przyn o szą re z u lta tó w . D la w ie lu n adal m ało isto tn e jest to, ze w n itro z w ią z k a c h azo t w ią ż e się z w ę g le m b e zp o śre d n io , a w a z o ta n a c h z a w s z e za p o ś re d n ic tw e m tle n u .
3 S. P u g I i a, A sh o rt g u id e to n itra te n e g a tiv e s : history, care,
a n d d u p lic a tio n . T e c h n ic a l R e p o rt N o rth e a s t D o c u m e n t C o n se rva tio n C en ter, A n d o v e r [U S A ] 1 9 8 6 .
