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2017下__文物保存环境概论

2018-06-07 10:26:59   2  举报

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文物保存环境概论，包括影响文物保存的温湿度、空气污染物、温度等

文物

文物保护

文化遗产保护

环境

文物修复

作者其他创作

大纲/内容

文物保存环境概论

温度

1.平衡状态

热力学系统

环境对系统的影响

1.绝热系统2.封闭系统3.孤立系统

系统的组成成分

单元系统

一种化学成分组成

多元系统

多种化学成分组成

各部分的宏观性质

单相系统

均匀系统

复相系统

非均匀系统

选择用于研究的

1.孤立系统2.单元系统3.单相系统

平衡状态

定义

在没有外界影响的条件下，热力学系统各个部分的宏观性质在长时间里不发生任何变化的状态

意义

测温学的基础

热学的基础状态

特点

动态平衡

热动平衡

力学平衡

热平衡

温度相同

化学平衡

理想概念

2.物质的微观模型

热运动

组成物质的微观粒子时刻在作无规则运动

热现象

所有和热运动有关的现象

举例

扩散现象

一切物体都在不停地运动

扩散速率，即无规则运动的剧烈程度，与温度的高低有关。

相互作用力

3.温度的定义

1.热力学第零定律

如果系统A和系统B都同时与第三个系统C处于热平衡，则它们之间也必定处于热平衡

重要性

给出了温度的定义和测量方法

又称热平衡定律

结论

1.处在同一热平衡状态的所有热力学系统都具有一个共同的宏观特征，2.这一特征是由这些互为热平衡系统状态所决定的一个数值相等的状态函数，3.这个状态函数被定义为温度。4.互为热平衡的系统都有相同的温度

2.温度的定义

宏观定义

基础

热力学第零定律

温度是决定一个系统是否与其它系统处于热平衡的宏观标志

微观定义

分子热运动

分子的平均平动能唯一取决于系统的温度，并与温度成正比。

温度是系统内部分子无规则热运动强弱程度的标志

温度是大量分子热运动的集体表现

4.环境温度对文物的影响

1.物理过程速率的改变

温度升高

有机质文物表面脱水速率上升

加重由于不均匀干燥造成的变形或开裂损害

加固剂、溶剂挥发速率加快

加固剂反迁

施加在文物上的大部分有机树脂由于溶剂的迅速挥发而集中在孔隙的接近表面处，

严重时产生加固剂溶质堵塞毛细孔隙的现象

更甚，加固剂在溶剂挥发过程中从孔隙中回流，当溶剂彻底挥发后在文物表面形成有机树脂薄膜

2.化学反应速率的改变

温度变化对反应速率的影响，主要表现在对速率常数k的影响

对一般的化学反应，在反应物c相同情况下，T每升高10℃，V增加到原来的2-4倍。

3.热胀冷缩

线膨胀系数/线胀系数

评价物体热胀冷缩能力的一个重要参数。

压强不变的情况下，固态物质长度的相对改变量，与温度改变量△T之比。

α=△L/（L*△T）

等压下膨胀

影响较大

室外大体量文物

土遗址

大型石质文物

原理

温度变化，内部受到应力

不同矿物的体积膨胀系数各异

受热时发生不同部分间的膨缩差异

由两种及以上材质组成的文物，各材质的热膨胀系数不同

温度变化，使土体或岩石里外受热不均

结果

在内部应力的作用下出现表面开裂、剥落等病害

4.冰冻风化/冻胀作用

机理

石质本体孔隙及裂隙中，常有液态水，温度降到零度以下，结冰，体积增大9%

体积的增大对石质的孔隙及裂隙产生极大的压力

多孔材质文物【有孔隙间充水】

石质文物

古建筑

金属文物的锈蚀层

压力迫使石质的裂隙加宽、加深

熔化凝固反复，多孔材质文物最终崩裂成碎块

5.可溶盐的溶解与结晶

文物表面，因为温度的变化，导致可溶盐进行反复的溶解与结晶

结晶伴有体积膨胀，膨胀在文物表面的多孔框架间产生压力，溶解时压力消失

与溶液的表面蒸气压有关，造成可溶盐溶解与结晶对文物产生损害最重要的原因还是环境湿度的波动

多孔材质文物

结晶与溶解的膨胀，将文物表面的原有结构挤压松散甚至破碎，造成文物表面的酥粉

6.“锡疫”现象

“锡疫”

金属的同素异晶转变【同一种元素，不同晶体类型】

金属锡在低温状态下的同素异晶转变

温度大于13.2℃，锡最稳定的状态是白锡（β锡）

金属状

温度小于13.2℃，最稳定的状态是灰锡（α锡）

粉末状

不是一瞬间小于13.2℃时就转变，白锡会以亚稳态形式存在，但T继续↓，晶体形状转变V↑，

T<13.2℃，未发生转变的白锡，接触到发生“锡疫”的锡时，就会生成稳定态的灰锡，引发或加速锡的同素异晶转变

预防

金属铋和锑

7.玻璃化及黏流温度

树脂材料

热塑性树脂

在特定温度范围内，能反复加热软化和冷却变硬

不同温度下三种物理状态

玻璃态

高分子聚合物的玻璃态实际上是固态的一种表现形式

在一定温度范围内，呈现出固态物质普遍具有的性质

整个塑料具有一定的刚性和强度

高弹态/橡胶态

此状态的高聚物具有性质

较小作用下可产生较大变形，外力解除后能恢复原状

高弹形变并非瞬间发生，随时间逐渐发展，形变要延长一段时间才能完成

【接上】形变量大，松弛性也较明显

黏流态

在外力作用下，聚合物像液体一样黏性流动，形变不可逆

状态转变

玻璃化转变

玻璃态与高弹态之间的转变

转化温度：玻璃化温度

黏流温度

高弹态和粘流态之间的转变温度

玻璃化及黏流温度是选择聚合物保护文物时的一个重要指标。这是因为：一方面如果聚合物的Tg和Tf过低（接近室温），在室温较高的情况下，聚合物易出现变软的趋势，从而造成材料的冷变形（主要对于粘接剂）或者将灰尘黏附到涂层的表面。另一方面如果聚合物的Tf和Tg太高，在温度比较低的情况下，材料就会出现过硬、过脆的现象，从而导致受力时聚合物出现开裂或者无法适应文物的内部运动。

热固性树脂

受热后成为不熔的物质，再次受热不再具有可塑性且不能再回收利用

在文物保护中使用树脂材料应根据文物保存的环境及文物自身的刚性选择具有合适的Tf及Tg的保护材料

一些文物材料自身也会受到类似玻璃化及黏流温度的影响

8.温度对生物活动的影响

昆虫

变温动物

48℃以上和4℃以下是致死温区

控制如纸张、纺织品、木质等有机质文物保存的环境温度（一般较低温）预防该类文物的虫害

微生物

类型【生长最适宜温度】

嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热、超嗜热

温度影响的具体表现

酶的活性

细胞质膜的流动性

影响物质溶解度

低温能够抑制微生物的生长

常采用5℃左右的低温保存就可以有效抑制文物表面大多数微生物的生长，防止其对文物的侵蚀作用

9.温度导致湿度的改变

5.温标

引言

温标

对温度的分度方法所做的规定

分类

经验温标

假定基础

介质的测温属性x与温度t成简单的线性关系

t(x)=kx+t0

根据两个固定点，就可以求出直线的两个参数（k和t0）

常用

1.华氏温标2.列氏温标3.摄氏温标

理想气体温标

热力学温标

1.华氏温标

固定点

1.零度：冰、水、氯化钠和氯化铵的混合物的熔点2.32°F：冰的熔点3.212°F：水的沸点

单位

°F

与摄氏温度的转化

tF=32+1.8*t

2.列氏温标

1.0度：水的冰点2.列式80度：水的沸点

°R

与摄氏温度的转变

t=1.25*tR

3.摄氏温标

1.零度：水的冰点2.100℃：水的沸点

℃

4.理想气体温标和热力学温标

理想气体温标T

最低温度为零点

开尔文/开/K

与摄氏度的关系

T=t+T0=t+273.15

6.温度的测量

理论基础

温度测量仪表的使用方式

接触法

1.温度计与被测物体要有良好的热接触，使两者达到热平衡2.测温准确度较高3.感温元件要与被测物体很好地接触，会破坏被测物体的热平衡状态，并受被测介质的腐蚀作用

文物保存环境监控

测量文物保存或展陈空间空气的温度，通过对空气T的表征推测文物本体的T

膨胀测温法

玻璃液体温度计

双金属温度计

电学测温法

热电阻温度计

热电偶温度计

非接触法

利用物体的热辐射能量随温度变化的原理测定物体温度

1.不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小2.通常测量物体表面温度

适用

1000℃以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度

1.玻璃液体温度计

玻璃管内液体的热胀冷缩

使用注意事项

1.测温泡要全部浸入被测介质中，除被测介质外不要碰触其他任何物质2.测量环境空气温度时，将其悬挂于空气环境中，不可让测温泡接触到除空气以外的其他物质3.测温泡进入被测介质后要稍等一会，待示数稳定后再读数4.读数时测温泡要继续停留在被测介质中，读数者的视线与标尺垂直，并与液柱面处于同一水平5.读数时不可用手接触标尺或将温度计取出测温介质，更不允许用手握住测温泡读数

优点

结构简单、使用方便、成本低廉

缺点/不足

1.测量范围较小【对于文物保护已足够】2.玻璃热滞现象3.无法实现自记4.易碎5.温度指示值修正

2.双金属温度计

利用两种线膨胀系数不同的材料，受热产生的膨胀差量进行温度测量

测温范围：-80-600

注意事项

1温度计的双金属片应全部浸入被测介质中；2温度计双金属片浸入被测介质后要稍等一会，待示数稳定再读数3读数时温度计的双金属片要继续留在被测介质中

1、能够实时测量空气温度2、能够与其它传动机构联动从而实现自动连续记录温度随时间的变化

缺点

1测量准确度较差（0.5-5）2响应速率较玻璃液体温度计慢3感温元件及传动机构经长时间使用后容易产生误差，需经常对温度计进行校验并加以修正

3.热电阻温度计

导体或半导体的电阻值随温度变化

热敏电阻温度计的优点

1、灵敏度非常高2、工作温度范围广3、体积小，结构简单，根据需要可制成各种形状4、对温度变化的响应时间短、功率小，适用于远距离的测量与控制5、价格低廉、化学稳定性好

4.热电偶温度计

热电效应/塞贝尔效应

两端温差与电势差有关

1结构简单、制作方便、价格便宜2对温度的测量、控制，温度信号的放大、变换等都很方便3范围宽、性能稳定、复现性好4温度计探头体积小、响应时间短

1测量准确度难以超过0.2℃2必须有参考端，而且温度要保持恒定3高温或长期使用时，因受被测介质影响或气氛腐蚀作用（如氧化）而易发生劣化

5.红外线测温仪

温度在绝对零度以上的物体，都会向外辐射出红外线，且物体内分子和原子运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之愈小普朗克定律：温度、波长和能量存在一定关系

能测物体表面温度

是当前文物保存科学中使用最多的一种非接触测温仪器

测量精度不高

7.环境温度的控制与调节

采取原则

控制为主、调控结合

室内温度波动的主要原因是：室外环境温度的变化

1室外空气通过建筑物门窗的通风作用进入室内2室外热辐射通过建筑四壁及顶部的传导作用以及通过门窗的透射进入室内改变室内的空气温度，影响室内热平衡

1.空气温度的变化规律

1周期性变化和非周期性变化

2室外温度变化的一般规律

室外环境对室内温度产生影响

1传导【室内热量或冷量】2对流【室外空气】3辐射【外界太阳】

3室内温度的变化规律

一般与室外温度变化规律相似，但变化幅度较小，变化程度上有所削弱

2.房屋屋顶的隔热

1.屋顶的形式

1.平屋顶【隔热效果较差，但也较经济，可通过对屋顶结构的改变改善平屋顶的隔热效果】2.坡屋顶【坡度，角度，反射掉一部分热量】3.其他形式的屋顶

2.屋顶的结构【隔热结构】

1.实体材料隔热屋顶

在屋顶上铺设一层隔热材料，即保温层，以提高隔热效果【评价材料：热导率，需要热导率小的】生活中，性价比最高的隔热材料：干燥的空气对材料的选择要求：多孔的轻质材料【空气多】、吸水率低【空气干燥】常见的的屋顶保温材料：松散保温材料、板状保温材料【泡沫塑料板：文物储存空间较推荐的屋顶隔热材料】

2.空气/通风间层隔热屋顶

空气间层隔热屋顶：在屋顶的面层和基层之间设有一定的空间，空间里充满了空气，利用空气的隔热能力阻止或延续外部热量向室内的传导。

通风间层隔热屋顶就是这部分空气流动起来，不断使被加热的空气排出隔热间层

通风间层就是在屋顶设置架空通风层，使其上层表面遮挡阳光辐射，同时利用风压和热压作用把间层中的热空气不断带走，使通过屋面板传入室内的热量大为减少，从而达到隔热降温的目的。

通风间隔热层屋顶保温效果要明显优于实体材料隔热屋顶

3.房屋外墙的隔热

各面墙影响顺序：西墙>东墙>南墙>北墙

隔热方法：1.实体材料隔热【四壁均铺设隔热墙材料而不区分重点】 2.通风间层隔热【往往只设置在建筑物的东西两墙】

外墙保温方法

1.外墙外保温【保温效果好，能保护主墙体、防止雨水对墙体的浸湿，达到隔潮的作用】2.外墙夹心保温3.外墙内保温

4.房屋门窗的隔热

库房

门窗尽可能少，无需自然采光，有些甚至不设窗。→选择有良好隔热、密封能力且不透光的门窗。

博物馆

窗户

基本要求：小而少，且可封闭。

窗户在密闭情况下的隔热能力

1.双层窗户【隔热效果较差】2.中空玻璃【由两层或多层平板玻璃构成，中间充入干燥空气/惰性气体，铝合金框架内含干燥剂，应用广泛】3.真空玻璃【隔热效果最好，造价高】

阻止热辐射

最简单：设置窗帘

在窗户的外部设置遮阳措施

水平式、垂直式、综合式、挡板式

门

基本要求：可隔热，可密闭

隔热原理：在门上加装一些设施或者在空间内/外进行一些格局的调整，才能减缓外界环境对内部环境的影响。

隔热具体方式

1.架设门帘--对游客不多的中小型博物馆适用2.设置风幕【空调】--阻止外界环境中气流向室内的流动，清除人体表面浮尘、阻止外界飞虫飞入、隔阻外界空气污染物3.设置过渡间（缓冲间）【文物保存及展陈空间的入口处】标准的过渡间应该具有密闭性，即在其入口及出口处均有可密闭的带有连锁机构（入口和出口的门无法同时打开的机构）的门。

5.室内温度的调节

1.光管式加热器【管道式暖气】

原理：热传导

优点：构造简单、制作方便、空气阻力小缺点：占地面积较大、换热能力小，存在泄露的可能，从而易于对文物产生水患

为了增大传热面积，提高换热效果，常在光管加热器的金属管上安装导热性能良好的金属薄片，使薄片和光管紧密接触，从而增大了传热面积，提高加热效率

2.电加热器

原理：将电能转化为热能

优点：热量稳定、效率高、结构紧凑，避免泄露的可能缺点：一般仅能制热，而无法产生制冷效果

工作方式：通过裸露于空气中的电热丝或管状电热元件将电能转化成热能来加热空气，为了保证电加热器的加热效果，安全以及寿命，往往需要用快速流动的空气带走热量，降低电热元件表面的温度，常采用的方式就是在电热元件的后方加入一个风机。

3.空调系统

结合了光管式加热器和电加热器于一体的空气调节设备

8.文物保存的环境温度标准

库房：8-10℃（最低不可低于5℃，避免产生冰冻风化的危险）注：必须在低温库房与展厅的连接通道处设置过渡间，因为低温库房保存的文物如果直接运送到展厅展陈，极易造成空气中水汽在文物表面的凝结。

博物馆：同时考虑人的舒适度。一些珍贵藏品须顾及人的舒适度，大多数情况下使用温度调控手段控制展厅温度，用展厅温度带动陈列柜温度，以实现文物的安全陈列，综合考虑文物保存与人的舒适度两方面因素，博物馆展室的气温应调控在18-25℃之间

湿度

1.湿度对文物的影响

1.有机材质的湿涨干缩

易受到湿度变化引起湿涨干缩现象的文物

纸张、木质、漆器、纺织品、皮革等种类。

水分种类

1.自由水2.结合水（变化会明显导致这类材料性质的改变）

过程（原理）

1.干燥过程中，先失去体系内的自由水2.当细胞腔中不含有或极少含有自由水时，结合水含量减少3.表现在宏观上就是材质开始出现收缩、翘曲甚至爆裂以及机械强度大幅度降低的状况4.外界湿度↑，结合水含量增大，又出现膨胀、变形等状况

失水或者吸水，考虑细胞腔内压力与外界水蒸气压力

木质湿涨干缩之所以有纵向、横向的不同及径向与弦向的差异，主要与组成木质这种材料的细胞种类、细胞壁构造和化学成分特性有关

破坏类型

1.同一材质文物，湿度变化引起湿涨干缩2.同一材质文物，不同方向湿涨干缩效率不同，【各向异性】（典型：木质文物）3.复合文物因不同材质文物的湿涨干缩效率不同，在受到湿度作用后出现不同程度的变形，从而在其内部产生应力，导致文物损坏

以木质文物为例

1.尺寸变化：纵向干缩小，横向干缩大。

原因：其细胞壁的构造和化学组成

2.尺寸变化：径向干缩大约是弦向干缩的一半

径向：从树干中心到边缘，弦向：与径向垂直的线

放射状切割的模板最稳定

原因：与树木的种类、木质本身的构造等均有关

解释理论：1.早材与晚材的影响2.径向木射线的抑制作用3.细胞径向壁与弦向壁中木素含量的差异的影响4.木质各细胞干燥过程本身的不均匀收缩5.径壁、弦壁纹孔数量及其周围纤丝角度变大的影响

3.干缩对木质产生的损害

1.表面水分的蒸发和内部水分的扩散相互适应，便能正常干缩，不产生应力

2.在开始时便急剧干燥，由于高的内外含水率梯度，产生较大应力，造成损害

1.表面硬化【空气湿度非常低】2.压缩僵化与拉伸僵化【具有饱和含水率的木质在外力的压迫下进行干燥，因外力的作用产生一种新的形状，此形状与无外力而在自然状态下干燥的不同，谓之为“僵化”。外力为压力：压缩僵化、外力拉力：拉伸僵化】

有些麻绳或多绞线变现出和湿涨干缩相反的状态

2.可溶盐溶解与结晶

理论

1.饱和盐溶液对应一个蒸气压，该数值只与盐的种类及温度有关2.当空气中的水蒸气分压力低于饱和盐溶液的蒸气压，饱和盐溶液的水分会进一步向空气中蒸发，即溶液结晶3.当空气中的水蒸气分压力高于饱和盐溶液的蒸气压，空气中的水分会凝结在已经析出的盐颗粒表面，使结晶溶解4.空气（相对）湿度波动，空气中的水蒸气分压力也会波动

一般来说，文物出土后的大气环境较之前的埋藏环境湿度低，由此造成发掘出土后残留在陶器、壁画中的含有可溶盐的水分开始向外界蒸发。随着水的蒸发，水中溶解的可溶盐的浓度不断升高，最终达到饱和状态后，于文物表面或浅表面区域结晶析出。

结晶过程意味着体积的膨胀，膨胀产生的力直接作用于多孔文物表面的孔隙壁，造成孔隙侧壁的崩解、破碎，从宏观上就表现为该类文物表面出现酥松、粉化【酥粉】现象。

这种结晶过程随着空气湿度的波动不断重复发生着溶解--结晶--再溶解--再结晶的循环，从而在短时间内就能造成文物表面的明显病变。

陶器、壁画等多孔材质文物

室外的不可移动文物，因为与地表接触，来自地面土壤及其他介质中溶解在水中的可溶盐会进入文物体内，由地下水所引起的破坏最常发生在建筑或土遗址的根部。

预防措施

1.可移动文物：采用类似深洗技术的方式将文物孔隙内的可溶盐彻底脱除

3.纤维素的酸性水解

纤维素构成的文物

纸张、棉纺织品、竹木器等

在高湿度的环境中，纤维素易从空气中吸收水分，吸水后的纤维素除了会发生变形外，还有可能在酸性污染物等其他因素的参与下，在糖苷键位置发生水解而断裂，形成包括葡萄糖在内的各种不同聚合度的水解混合物

纤维素吸水，发生变形

【酸性条件】糖苷键水解而断裂，纤维素强度明显降低甚至丧失。

4.有机质文物的脆化

条件：低湿度

表现：使木质、纸张、纺织品等文物出现破裂、纤维素断裂和脆化的危害，还会使骨骼、象牙、皮革等也出现类似的病害。

40%是上述文物储存环境湿度的下限

5.金属文物的腐蚀

对所有金属文物的保存环境，干燥均较潮湿有利，尤其是铁、铜及合金。

1.空气湿度的大小决定着金属文物表面是否能够形成水膜以及形成水膜的厚度，这是决定金属发生电化学腐蚀的基本条件之一。【水】2.当水膜达到一定厚度，空气中的CO2、SO2、N02等溶解在水膜中，形成电解质溶液，构成启动金属电化学腐蚀的又一基本条件。【电解质】3.材质合金，譬如铁，含有C【渗碳体】，C与Fe在这里构成了电化学腐蚀的阴极与阳极，金属发生电化学腐蚀的又一基本条件。【电极】

总结：有水、水中有离子、有阴极和阳极

宏观表现

1.金属类文物本体的快速锈蚀 2.较高的湿度还会使铁器失去金属光泽的速率加快

6.高湿度引起的颜料变色及染料褪色

矿物颜料，一般较稳定，部分在高湿度环境下，表现出不稳定性。

铅丹在HR>70时，伴随着光辐射等其他因素的作用，红色--黑色（二氧化铅）且随着RH↑，变色程度及V明显加剧、加快。

铅黄（Pb0）无光照，高湿度环境便变色为黑色。

植物类染料：大多数织物表面的色彩在相对湿度较高时比在相对湿度较低时的褪色速率更快。

7.淋溶玻璃制品及釉质

高湿度是玻璃制品及釉质遭受侵蚀的重要原因

玻璃及釉质中都含有一定量的钠、钾等碱金属化合物，这些氧化物具有吸湿性，他们在玻璃中会导致玻璃表面易从空气中吸收水分

过于干燥的环境可能会加速不稳定玻璃的起皱或破裂。因此，玻璃器及带釉文物推荐保存在RH40%左右的环境下

8.高湿度引起的生物损害

在微生物中，对文物损害最大的是霉菌

水对霉菌细胞的生存、繁衍具有不可替代的作用

霉菌需要在温暖、潮湿且不易流动的空气环境下生长65%以下的湿度环境中，霉菌不易滋生。

2.湿度的表示方法及相关状态参数

1.大气压力与水蒸气分压

大气压力

空气对地球表面单位面积上的静压力

道尔顿分压定律

一定温度下，某组分气体占据与混合气体相同体积时对容器产生的压力叫做该组分气体的分压，混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和。

大气压力等于干空气的分压力与水蒸气的分压力之和水蒸气分压力直接反应空气中水蒸气含量的多少，是衡量空气湿度的一个重要指标

饱和水蒸气分压力

一定温度下，空气所能容纳的水蒸气量有一确定的最大值，不能高于此值，此时空气称为饱和空气饱和空气的水蒸气分压力称为该温度下的饱和水蒸气分压力符号：Psb 单位：帕【pa】

T↑，饱和水蒸气分压力↑【指数关系】

2.绝对湿度与饱和绝对湿度

绝对湿度

每立方米实际空气中所含水蒸气的质量符号：Z 单位：g/m³

与水蒸气分压力成正比，与热力学温度成反比 Z=2.17*Ps/T【想象：T↑，热胀冷缩，V↑，含湿量不变，每m³含有的水蒸气质量↓】

饱和湿度

饱和空气的绝对湿度

只随空气温度的变化而变化，T↑，饱和绝对湿度↑

3.含湿量与饱和含湿量

含湿量

内含1kg干空气的实际空气所含水蒸气的质量（以克计）称为实际空气的含湿量，表示：d 单位：g/kg

含湿量是反映空气湿度的另一重要参数，对空气进行热湿处理时，常用含湿量衡量空气中水蒸气数量的变化

当空气被加热或冷却时，其中没有任何水汽蒸发或凝结的话，其含湿量不变。

4.相对湿度

不受温度影响的湿度表达方式

意义：空气湿度距离饱和状态的程度

定义：空气中实际水蒸气分压力（Ps）与同温度下的饱和水蒸气分压力（Psb）之比的百分数符号：RH或：空气的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度之比

密闭空间内【不考虑空气体积随温度的变化而变化】，T↑，绝对湿度不变，饱和绝对湿度↑，RH↓ 同理：T↓，RH↑

文物材料的平衡含水率和空气的相对湿度直接相关，其数值的高低取决于空气的相对湿度。

5.露点温度

在空气含湿量和压力不变的前提下，如果对接近饱和的空气进一步冷却，随着温度↓，会冷凝释放出一定的水分【随着T↓，没有出现空气的蒸发或凝结，含湿量不变，RH↑，当RH=100%时，此时的Ti称为露点温度】露点温度（Ti）：首次冷凝前的温度点，也即空气中水蒸气开始凝结的临界温度当温度低于Ti时【饱和绝对湿度↓，RH出现大于100的趋势】，空气中的水蒸气就会因为超过饱和蒸气压而凝结成水珠

影响因素

气压一定时，只与空气中水汽的含量有关水汽含量↑，Ti↑

应用

根据Ti与空气实际温度T的差值，可以判断空气的饱和程度。△T↑，RH↓

6.热力学第一定律

能的形式多种多样，不同形式的能之间可以相互转化，在转化过程中能量的总值不变【能量守恒定律】

7.质量焓

在进行空气温湿度环境的控制中，使用质量焓更加方便

内含1kg干空气的实际空气所含的热量

kj/kg

符号

使用

绝对值无法知道，为了便于使用，一般以0℃时的干空气和0℃时的液态水的质量焓均为0作为计算热量的基点

湿空气的质量焓等于干空气的质量焓和水蒸气的质量焓之和。

对空气进行加热、冷却处理时，可以用处理前后空气的质量焓变计算所需要的加热量或制冷量

8.独立状态参数和空气状态的确定

1.互相联系的状态参数，知一得二。如：温度和饱和水蒸气分压力、含湿量与露点温度的关系

2.相互独立的状态参数。如：温度和含湿量、温度和水蒸气分压力

3.相互有联系，一个变化可能会引起另外一个变化，但不能知一求二

1.温度2.含湿量3.焓4.相对湿度

在大气压力一定的情况下，空气的任意两个独立状态参数确定之后，其余的状态参数也就随之确定

3.湿度的测量

1.干湿球温度计

原理：蒸发吸热制冷

干球温度：空气温度

在一定T下，RH↓，容纳水分的能力↑，纱布上水分蒸发v↑，制冷效果越明显，干湿球的温差↑

【△T↑，RH↓】△T=0，RH=100%

RH是干球温度、湿球温度、大气压力和风速的函数

根据△T及空气湿度，查阅相对湿度查对表，可知空气的相对湿度

普通干湿球湿度计

1.在安装前（湿球未接触水前）应检查两支温度计读数是否一致，不一致--更换2.使用时，将其放置在空气较为流畅的地方，不可置于死角亦不可置于风口处测量3.在没有护管的普通干湿球温度计的使用过程中，应避免太阳光线对温度计的直接照射，否则会带来较大误差4.湿球的导水纱布应使用：脱酯棉纱，应保持清洁并经常更换，纱布在湿球测温泡上缠绕一又四分之一周，以便水分蒸发，湿润纱布的水应使用蒸馏水5.测量时应提前半小时将湿度计置于被测环境中，当T小于0时，不可使用该仪表【固有局限】6.温度计示数最多可读到1/4℃，【也即误差】，带来RH>2%的误差。

旋转式通风干湿球温度计【手摇通风干湿表】

1.避免人的呼吸和体温造成的影响2.操作时，仪器处于观测者的上风位置

结构简单、经久耐用、价格低廉

1.T读数往往偏高，辐射的影响也比较大2.粗糙的仪器，不能在小空间内使用

通风干湿球湿度计【阿斯曼湿度计】

构造

湿度计上装有一个小型机械风扇或电动风扇两支温度计的测温泡上套有双层辐射防护管

1.该湿度计一般没有储水装置，每次使用前需要向湿球温度计的脱脂棉上滴加蒸馏水2.加水时应注意保护金属护管，避免将水黏溅到护管内壁3.提前将阿斯曼湿度计放入待测环境中平衡15-30min，而后再开始测量4.测量时先打开仪器中的风扇，2-4mi后再开始读数5.湿球温度计测温泡上的脱脂棉纱布要经常更换，以保持其柔软、清洁

1.更加精密2.室内外皆可测量3.测量速度快

1.不能用于测量小空间的空气湿度2.机械通风会破坏被测空间的状态

2.毛发湿度计

湿涨干缩

感湿元件：人类毛发

最好不超过2-3根毛发，力求其性能一致

【改进毛发的测湿特性】对毛发进行处理

乙醚处理法、滚压法、高温处理法、硫酸处理法等

常见的毛发湿度计

1.指针型毛发湿度计2.自记录型毛发湿度计

1.由于毛发的滞后现象，对于增湿和降湿过程毛发湿度计的分度曲线不完全重合，影响这两条曲线的因素与湿度计的使用情况有关，因此对于某些特殊用途的温度计，最好根据使用情况进行标定2.如果在干燥环境中长期放置，会影响其特性，使用前将其放入高湿环境，使其饱和来“再生处理”3.仪器长期不用，在保管过程中也应每隔一定的时间湿润一下毛发，保持其自然特性4.毛发受污染会导致灵敏度↓，在使用和存放时保持清洁5.毛发湿度计的头发使用一段时间后就应更换，以保证测量的准确性

结构简单、使用方便、造价低廉，在-30℃时仍能正常工作，在RH为30%-90%时测量误差不超过5%RH

滞后、精度不高。使用和保管不当，滞后效应↑，可能产生严重的误差RH>90%，不可靠；RH<10%，灵敏度也大大降低

在文物保存环境监测中常用的自记式温湿度计，就是将自记式双金属温度计与自记式毛发湿度计整合在一起，有利于温湿度环境同时监测，提高工作效率。

3.电阻湿度计和电容湿度计

电阻湿度计

感湿元件：湿敏电阻，电阻随湿度的变化而变化

灵敏、准确、测量误差为2%RH，可用于远距离观测

1.线性度和产品的互换性差，2.只适于测量洁净空气的RH，不能测量含尘、含腐蚀性气体和含水雾的空气，因为这些因素会伤害感湿元件3.电阻湿度计测量头的有效期一般为半年，过期后需要重新校正或更换

电容温度计

感湿元件：湿敏电容，某种材料的电容随湿度的变化而变化

灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造，容易实现小型化和集成化；可以在较宽的温度范围内进行测量，成为高温环境测量RH的有力工具之一；适合在大气环境或工业环境中使用

4.环境湿度的调控与缓冲

1.文物保存环境温湿度调控的特点

空气热湿处理

采用机械设备或化学试剂，人为地对空气进行增温、降温、加湿、干燥处理，创造和保持一定要求的温湿度环境。

舒适性空气热湿处理

工艺性空气热湿处理

文物储存空间处理属于此类

1.热湿处理具有连续性、持久性、稳定性

2.以相对湿度为主，兼顾温度

3.部分文物的热容量和热湿量较大，进行空气热湿处理时不得不考虑文物本身的含热量和含水量对空气温湿度的影响，尤其在需要改变文物本体的温度和含水量时更是如此

4.文物形态多样，有些部位空间小，空气流动时气流阻力大，易存在死角。

2.文物保存环境湿度调控的基本条件和措施

基本条件

1.密闭

1.门窗

文物储存房间的窗洞面积不易超过外墙面积的1/10，应少开窗、开小窗或不开窗。除了保留必要的门窗通风和采光之外，多余的门窗应封闭。应多设固定窗，少设可开启窗，固定窗不要留缝隙。开启窗和门四边用环氧树脂等黏结剂以及呢绒条、泡沫塑料镶边，金属门窗可镶嵌橡胶条，以便开启时可以通风，关闭时密不透气窗户应为双层或多层玻璃，所有与外界相通的孔洞均应设风门或能关闭的阀门，以保证空间的密闭

2.通风孔洞

不设专用通风外廊的文物存放空间的入口应设“缓冲间”，面积不小于6㎡；缓冲间设两道门，出入文物存放时总保持一门关闭。需要频繁出入的文物存放空间，亦可考虑在入口处设置空气幕隔绝室外空气

了解外界空气湿度的变化规律是研究文物保存环境湿度调控的基础

在文物保存环境温湿度的实际调控中，应根据文物的种类、级别以及当地的气候条件等因素全面衡量、综合考虑，以选择适当的温湿度调控措施。

3.空气湿度的变化规律

1.室外湿度变化的一般规律

室外绝对湿度一般随温度↑而↑，随温度的↓而↓

日变化

单峰型

与温度日变化相似

双峰型

一昼夜内绝对湿度出现两次高值和两次低值

幅度一般比较小

年变化

和气温变化规律一致，一般为1-2月最低，7-8最高

幅度一般较大

RH一般随气温↑而↓，随气温↓而↑

相对湿度的日变化与气温日变化相反

在不同地区之间有很大差异

1.内陆干燥而全年绝对湿度变化不大的地区，其RH年变化规律与气温年变化规律相反

2.受季风影响，水蒸气分压力相差很大，气温升高对RH的影响不如水蒸气分压力的影响显著，其RH年变化规律与气温年变化规律相似，冬季RH低，夏季RH高。

我国大部分地区属于第2种，但各地因地理位置不同又各有特点

2.室内湿度变化的一般规律

一般情况下，室内RH和绝对湿度的日变化规律和年变化规律与室外基本一致，但变化频率和幅度均小于室外

室内RH日变化一般较室外迟1-2小时

一昼夜内室内最高RH和最低RH的差值为室外的0.5-1倍

室内不同区域的RH差别

1.背阴面比向阳面RH高2.下部比上部RH高3.地面四角和框架之下RH高

4.焓湿图

概念

表示在一定的大气压力下空气状态参数之间关系的图表

构成

基本功能

1.根据两个独立状态参数确定空气状态

2.由空气状态点求各状态参数

3.确定两种不同状态的空气以一定比例充分混合后的空气状态

4.确定空气状态的变化过程

5.环境湿度的调控

以设备的工作特点分类

1.直接接触式热湿处理设备2.表面式热湿处理设备

1.除湿

1.提高环境的温度

对RH的改变是暂时的，且温度波动还有可能对部分文物带来损害

2.降低空气的含湿量

1.湿冷却减湿

原理：利用空气的露点温度将水汽凝结并从空气中除去

冷却除湿机

对空气的处理：1.湿冷却除湿2.等湿增温【先降温，（Ti）让水凝结，含湿量↓，保持湿度（含湿量）不变，再升温】

适用：绝对湿度较高而T不太低的环境

运行会使室内T略有↑

环境温度10℃以上

2.吸湿剂减湿

吸湿剂分类

形态

液体吸湿剂

氯化钙、氯化锂等盐类的水溶液、三甘醇等

原理：液体表面水蒸气分压低于同T下的水表面水蒸气分压

一定T下，c↑，表面水蒸气分压↓，吸湿能力↑

能使空气含湿量降得很低，减湿幅度大，有的还有消毒灭菌作用

需要复杂的再生设备，氯化钙、氯化锂对设备有腐蚀作用

固体吸湿剂【干燥剂】

氯化钙、氧化钙、多孔硅胶颗粒、活性氧化铝、分子筛、活性炭等

原理：表面的水蒸气分压力低于湿空气的水蒸气分压力，具有强烈吸湿能力

可看成等焓减湿过程

固体吸湿剂吸水后大都可以用热空气加热除去水分的方法再生后重复利用

具体方法

1.静态减湿

将吸湿剂置于湿空气中在自然状态下吸湿，适于小空间密闭容器内空气的减湿

2.动态减湿

利用风机强迫空气通过吸湿剂，适用于密封不严或器壁渗透水蒸气的容器

纯物理吸湿剂

自身具有大量孔隙，形成大量吸附表面，并有强烈的毛细作用，由于表面水蒸气分压力↓，能吸附空气中的水蒸气，水蒸气向毛细管内扩散并凝结，从而使空气减湿。

物理化学吸湿剂

氯化钙是最常用的一种干燥剂

吸水后最终形成的溶液具有腐蚀性，因此一般不直接用于文物保存环境的干燥

多孔硅胶颗粒是文物保存过程中最常使用的一类固体干燥剂

吸湿能力为自身的30%

表面无数细孔的吸收作用

孔径

1.大孔硅胶（>30nm）2.粗孔硅胶（8-10nm）【C型硅胶】 --RH较高使用（80以上）3.中孔硅胶（4-7nm）【B型硅胶】4.细孔硅胶（2-3nm）【A型硅胶】 RH较低使用（60以下）【环境一般需要60%以下，故常常选用细孔硅胶作为干燥剂】

颜色

原色硅胶

吸湿时不变色

变色硅胶

以细孔硅胶为基础原料经过深加工制成的指示型吸附剂

常见：氯化钴【CoCl2】变色硅胶，又称蓝胶饱和时，呈粉红色，作为干燥剂继续使用时需要烘干【对于环境温度低于35%的文物保存环境没有指示作用】使用氯化钴变色硅胶存在一定的健康隐患

氯化钴变色硅胶的替代产品：吸水后会变成橘红色，指示剂：对湿度敏感的铁系化合物

考虑到健康及控制成本等因素，在实际工作中，一般可以在同规格的原色硅胶中加入少量变色硅胶以指示其吸湿程度

再生

1.热脱附方式

2.加热方式

1.电热炉2.烘箱3.微波炉加热

3.再生后的硅胶，其含水率一般控制在2%以下即可重新投入使用

环境温度10℃以下

2.增湿

关键

如何迅速合理地把大量液态水转化为气态

常用的加湿设备类型

1.喷雾型

将水变成雾加入空气中，水雾吸收空气热量变为水蒸气而使空气加湿

等焓过程

水雾吸收空气热量，使空气T↓，水雾吸收热量后变为水蒸气↑空气的潜热，水雾本身的含热量可以忽略不计

1.离心加湿器

2.超声波加湿器

1.节能 2.加湿效率高

1.将水含有的其他物质与水一起喷入空气，其中包括天然水中含有的少量盐类【这些盐类物质因为无法蒸发，最终会在水雾蒸发后沉降到室内文物及其他物体上，在其表面出现灰白色的粉状沉积物】【该类加湿器必须使用蒸馏水或去离子水】2.一旦湿度控制器出现问题，即控制器在房间湿度达到设定的数值时未能关闭加湿器，将会造成水不断地被加入到空气中，直至在文物或其他物体的表面出现冷凝，给文物带来水患

2.蒸汽型

用水蒸气直接与空气混合而增加空气湿度

博物馆推荐使用

自然蒸发型蒸汽加湿器

1.用有吸水能力的物质将水吸附，从而扩大与空气的接触面积2.用风扇增加空气的流动V，将其吹扫过吸有水的物质表面，3.利用水在空气中的自然蒸发提高空气的湿度。

因为水蒸发时会从周围环境吸收热量，使空气冷却，所以有些类型的加湿器配备了加热装置以抵消由蒸发所产生的冷却

即使湿度传感器出现问题，在未达到预设湿度时停止加湿，房间的RH也不会在短时间内大幅提高。

T上升越高，加湿器的实际加湿效率就越差，实际操作中，该类加湿器无法使室内RH达到较高的水平，当室内的RH>70%，效率非常低未蒸发的盐类留在机器中，需要经常清洗机器

所有加湿器都具有冷却效应，相应的除湿器也都具有加热效应，它们的效应数值相同，即每小时每升水蒸发或冷凝所吸收或排出的都是700W的热，因此，无法是加湿或除湿，都必须将环境中的这部分热量的转化考虑进去

3.利用喷水室对空气湿度进行调节

空气进入喷水室内，喷嘴向空气喷淋大量的雾状水滴，空气与水滴接触，二者产生热、湿交换，达到所要求的的温、湿度。

可以实现空气处理的各种过程

耗水量大、占地面积大、水系统复杂、水易受污染等

4.利用外界气候环境合理组织通风调节温湿度

1.自然通风

利用室内外空气自然压力差进行的通风

2.机械通风

典型的机械通风是利用通风机通过管道进行的强制通风

5.焓湿图在温湿度调控中的应用

6.环境湿度的缓冲

对象

湿度敏感性文物

纺织品、漆木器、皮革、骨角质等

文物保存的局域微环境--展柜

处理

在环境湿度的调控基础上进行湿度缓冲处理

1.文物保存环境湿度缓冲的前提条件

文物的展柜或其他储存容器必须尽可能密闭

展柜构造材料

金属和玻璃

聚碳酸酯板或聚丙烯酸板

木质--提高密闭性则必须使用铝箔等材质的水汽封条，拐角处应密闭，开口处也应增加密封垫

抽吸作用

密封性能欠佳的展柜因为存在缝隙，外界环境的空气和水分将会通过缝隙的空气对流、水分扩散以及由于每日的温度波动或空气压力而产生

内外水分的交流

数据

密封性能欠佳--每2小时换气一次密封性能较好--1次/1天密封性能非常好--0.3-0.5次/天--控制的重点主要放在透过柜子材质扩散的水蒸气上

2.湿度半衰期

评价装有缓冲材料的展柜特性

展柜和室内相对湿度的差值降到开始值一半的时间，例如，展柜外60%，展柜内40%，当展柜内RH变为40+（60-40）/2=50时所需要的时间

当湿度缓冲材料与展柜的种类确定之后，缓冲材料的用量就直接取决于该数值。

T=4*M*B/N

T：湿度半衰期天N：换气频率，次/天B：单位体积展柜溶剂中缓冲剂的量 kg/m³M：缓冲剂单位水汽储量 g/kg%RH 【即RH+1%，1kg的缓冲剂吸收的水汽质量】

3.对湿度缓冲材料的要求

理论要求：1.吸放湿曲线间滞后环宽度足够小，斜率【单位水汽储量M】足够大【横坐标：RH，纵坐标：材料含水率】性能优良的湿度缓冲剂，能够在释放或吸收大量水分时，空气的RH变化幅度仍很小

1.所有的吸水材料都具有湿度缓冲的功能：木材、纸张、棉花等2.很多文物本身具有湿度缓冲的能力3.选择比文物材质更敏感的材料作为湿度缓冲剂

4.饱和盐溶液的湿度固定

溶液蒸气压下降

原因

1.盐溶于水，因为溶剂化作用，溶剂化离子占据一定表面积，溶剂化又牵引住了一定量的水分子，使水的蒸发受到了阻碍，即单位时间内蒸发出的水分子量减少。--溶液蒸气压下降

RH↓

降低的量与盐的种类、溶液的浓度、环境温度等因素有关。饱和溶液，温度确定后，只与盐的种类有关

配制特定种类的饱和盐溶液在一定温度下稳定空气环境中的RH

选择饱和盐溶液种类时的注意事项

1.温度的小幅波动在所难免，选取必须是在博物馆或文物存储空间日常T范围内能够固定所需RH的，同时湿度固定点随T的改变波动尽可能小2.选择的饱和盐溶液在能够符合要求的前提下，其酸、碱度应尽可能接近中性3.选择的盐溶液最好不要含有对调节环境中文物有害的离子4.尽可能经济、易得

选择种类

最早：硫酸锌--含有结晶水的干燥盐

当前

硝酸镁和溴化钠的饱和溶液

方法优点

缓冲量大，即水的储量大，且维护简单

方法缺点

溶入和析出的盐晶体会趋于蔓延到容器的边缘并进入展柜里。

5.多孔硅胶颗粒的湿度缓冲【实际应用的首选材料】

1.硅胶对水的吸收与脱附的速率要明显高于木质、纸张等材质2.它的水分容量虽小于可溶盐饱和溶液，但要远大于其他材质3.硅胶颗粒作为固体，易于控制，且其化学惰性强，不易燃

在作为缓冲剂前，应将硅胶颗粒平铺并放置在需要缓冲的目标相对湿度及温度环境下平衡至少两周，之后，他们会依据目标RH得到一个平衡含水率，然后就可以作为这个RH下的缓冲剂

对于一个密封环境，缓冲硅胶的用量1m³空间中1kg就足够了。

为了保证硅胶的缓冲效果，不论硅胶采用何种包装方式，在使用时都应该将硅胶应可能地平铺开，硅胶层的厚度最好控制在2-3cm

5.文物保存的环境湿度标准

常见文物保存的适宜RH范围

1.金属类文物应保存在RH低于35%的环境中2.陶瓷、玉石质、玻璃质文物应保存在RH40%左右的环境中3.墓葬壁画等文物应该保存在45-55%的RH环境中4.纸质书画、纺织品应保存在50-60%的RH环境中5.竹器、木器、藤器、漆器、骨器、象牙、古生物化石等应保存在55-65的RH环境中【一般性推荐标准，实践操作中，要根据特定文物的保存状况、组成及周围环境条件确定其具体的保存湿度范围】

为安全保存文物，在某种意义上，维持湿度环境的稳定更加重要。

文物保存科学研究的是吸湿性材质的含水率，或者说是在特定RH下的平衡水汽含量，即平衡含水率。

光辐射

1.光辐射的概念

相关研究表明，光辐射对所有的有机质文物都具有破坏性，会引起或加速其降解

1.光的波动性

2.光的粒子性

E=h*v=h*c/λ

每摩尔光子的能量：E=N*h*c/λ

光的能量与波长成反比

2.颜色的本质

白色

不同波长的【可见光】各色色光混合而成

物体表面的颜色

取决于这些波长不同的色光的混合比例

人类肉眼感觉到的所有物体的颜色都是由可见光的选择性反射或吸收决定的

物体反射某种波长的光最多，人眼看到的颜色则主要为该波长表现的颜色

3.光的能量

1.对文物保存而言，大多数形式的损害都可以归结为化学反应2.在文物保存的环境因素中“活化能”最常见的来源就是光辐射

4.光辐射对文物造成的损害

老化

文物材料尤其是有机质文物材料在保存过程中，因受到光、热、氧、水分等因素的综合作用，使材料的各方面性能逐渐劣化，以致减损或丧失文物的各方面的价值

光是文物材料老化的最主要外因之一，由光引起的文物材料性能的劣化称作文物的光老化

文物材料【或存在的杂质】含有能吸收能量较高的短波辐射的发色团，诱发光化学反应

光反应反应

1.光降解2.光交联

1.光老化反应的一般特点

1.光化学反应是激发态分子的反应2.物质对光的吸收具有选择性3.光的波长越短，其光化学效应越大4.光化学反应具有光敏性5.光化学反应具有后效性

2.光老化的一般引发机理

3.光辐射对纤维类文物的影响

纸张是纤维类文物的典型代表，纤维素是其强度的主要承载组分纸张的另一主要组分是木质素

光辐射会导致纤维素聚合度的下降，并随之出现变脆、泛黄等明显的老化现象

木质素的变化可能是纸张受光辐射后变黄的主要原因，纸张的光老化也和纤维素有关

最新研究表明，纸张的光老化泛黄对纸张纤维素的光老化降解有一定的抑制作用因此，在手工纸制作过程中，保留一定比例的木质素成分，对于成纸的耐光老化性能有一定的帮助

4.光辐射导致染料的褪色

古代文物（主要是纺织品、皮革等）表面使用的均为天然染料，一般来源于植物或动物，以植物染料为主。

光氧化过程是导致染料褪色的主要反应

5.光辐射导致丝织品的降解

丝织品对光敏感，其表面染料易于受光辐射褪色，丝织品本身也易受光辐射而产生变黄、变脆等老化现象。

丝织品成分：主要蚕丝【丝素蛋白70%、丝胶25%、杂质5%】【主要是蛋白质】

6.光辐射导致颜料的褪色、变色

光辐射使固着文物表面的胶料【如皮胶、桃胶等】发生了老化，进而使其黏结固着能力进一步↓，造成部分颜料颗粒的脱落，从宏观上看，就表现为颜料的褪色

7.与光辐射相关的热问题

热的来源

光辐射转化为热，光源自身也会产生大量的热

灯光加热效果比较

白炽灯>卤钨灯>日光>荧光灯

对文物的影响

1.引起文物的破裂或卷曲变形2.巧妙利用T↑ RH↓ 解决某些文物保存问题【纺织品表面的染料在RH较高时比在RH较低时的褪色速率快，即是需要RH低的环境】

5.表征光辐射的相关参数

1.色温

色温是指发出同等色彩光时的黑体温度，是表示光源光色的尺度。

高色温称为冷色调，低色温称为暖色调。

2.显色性

简单地说就是光源对物体颜色的呈现程度，即颜色的逼真程度。

文物展陈：要求显色指数80以上文物修复、保护、研究等场合，显色指数90以上

3.辐射通量及辐射通量密度

光源的辐射通量

发光体在单位时间内辐射出的光（包括红外线、可见光和紫外线）的总能量

瓦特（焦耳每秒）

表示

功率P

辐射通量密度

单位时间内、单位面积上所接受的辐射通量

W/㎡

物理意义

反映光辐射强弱程度的客观物理量

4.人眼的视敏特性与视敏函数

人眼的视敏特性是指人对不同波长的光具有不同的灵敏度的特性

人眼视网膜上两种不同的光敏细胞

视杆细胞

对可见光灵敏度高，对颜色不敏感

暗视场条件下

视锥细胞

对可见光灵敏度较低，对颜色较敏感

量视场条件下

5.光通量

光通量是按人眼的光感觉度量光辐射通量的物理量，即辐射通量能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。

6.照度

物体被照亮的程度

7.辐射量

在一定时间内单位面积接受到的辐射能。

采用辐射到物体表面的辐射通量密度Ep在时间t内的积分计算而来

8.曝光量

在一定时间内单位面积接收到的光通量。

采用照射到物体表面的光照度Ev在时间t内的积分计算而来

9.发光效率

光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值。

6.光源

1.自然光源【太阳】

2.人工光源

1.白炽灯【钨丝灯】

将卷状钨丝通上电流，并被加热到白炽状态2700-3050K时，利用热辐射发出可见光而进行照明。

使命寿命

大约是1000小时

寿命终结往往是因为灯丝的熔断【升华】

1.发光效率最低，大多数通过它的电能都会被转化为热能，少部分转化为光能2.紫外线含量最低3.使用寿命短4.显色性最好

采取措施

减小热效应

采取加乳白色灯罩、使白炽灯与文物距离不小于50cm“冷光灯”：装有分色反射镜，让红外辐射穿过灯的背部，只向前方反射出可见光

2.荧光灯【日光灯、低压汞灯】

利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而激发荧光粉发出可见光

1大多数荧光灯的显色性较差2.发出的可见光中紫外线的含量较高3.发光效率高，节能

吸收紫外线

将灯管封装在光的出射面安装有一层较厚玻璃的灯箱中【玻璃对紫外线具有吸收作用】

降低热效应

密闭环境使用时，将镇流设备和灯管分开，避免额外热量的产生

3.卤钨灯

同白炽灯，不同在于，其加热温度更高，并在玻壳内充入卤族元素（一般是I）钨蒸汽被“冷却”到大约800℃时和卤素原子通过化学反应结合在一起，形成卤化钨，在扩散作用下向玻壳的中心部位移动，卤化钨不稳定，遇热分解为卤素蒸汽和金属钨，钨在灯丝上沉积下来，弥补了升华的部分。

使用寿命

最高可达4000h

1.发光效率较白炽灯高2.紫外线含量较高（更耐热的材料石英没有吸收紫外线能力），但较荧光灯低3.灯管体积小，易于安放。

吸收紫外线：文明照明中在卤钨灯灯罩前面往往覆盖有一层玻璃【同时保证空气流通，防止过热的情况发生】

4.发光二极管【LED】

电致发光效应

1.光效高（50-200lm/W）2.寿命长（可高达30000h）3.显色性较差

评价标准：显色性：好；发光效率：高；紫外线含量：低；使用寿命：长

7.光辐射的测量

1.照度计【测光表或勒克斯表】

文物保存环境监控中最常使用的照度计是光电池照度计

把光能--电能

优点：1.要求照度计耐用性强，准确度高2.光视效率曲线应该尽可能接近人眼的视力

1.测量照度时应在被测区域表面选取若干个点，分别测量后取平均值2.只有在测量时才打开照度计的电源和探头的保护盖3.测量时照度计探头应放置于靠近文物表面的位置并与文物同向放置，如文物一样朝向光线4.照度计开始工作后，其显示数据会出现波动，应待数据稳定后再读取5..测量结束后应解除“读值锁定”功能，盖上探头保护盖并关闭照度计电源。

2.紫外线辐照度计

测量紫外线辐射在单位面积上辐射通量大小的仪器

8.光辐射的控制

1.可见光的控制

1.限制可见光的照度值

减少日光损害

1.减小窗户面积

2.改进窗户结构

3.在窗户上改进一些遮阳措施

对光照度的控制

对光敏感类文物（纸张、纺织品：30-50lx）对光较敏感类文物（象牙、漆器：<200lx）对光不敏感类文物（金属、陶瓷 <300lx）

人工光源营造

防止眩光产生

2.减小照射时间

1.限制博物馆中某些藏品的陈列或者进行藏品的交替陈列

2.只在文物需要观看时采取照明，在不需要观看时将灯光关闭【对文物展陈的光源安装电子延时开关】

3.光的照射方式及角度

1.文物的照明应采用直射+漫射的方式才能取得最佳的展陈效果2.文物在45°角的顶部聚光灯照射下，将会显得更自然、清晰。

2.紫外光的控制

普通玻璃对紫外线就具有一定的过滤作用

简单实用的紫外线滤除方法

1.透射法

在光到达文物表面之前，使其先通过一种可透过可见光而不通过紫外光的材料

采用滤光片阻止紫外线的穿透

丙烯酸树脂紫外线滤光片聚碳酸酯紫外线滤光片

替换为窗户的玻璃，或者作为荧光灯、卤钨灯的散射板

对玻璃表面进行改进

2.反射法

让光在一种不吸收可见光而吸收紫外光的材料表面反射

常用的反射板涂覆材料

钛白（TiO2）、锌白（ZnO）

1.不受吸收剂必须无色透明的限制2.吸收材料为颗粒状，发生漫反射，给照射文物提供一个均匀的照明效果3.适用于对大型文物的辅助照明

漫反射会大大降低光源的实际照度

9.文物保存的环境光辐射标准

1.窗户玻璃厚度不应小于3mm，应采用漫射玻璃或其他防止阳光直射的装置

2.展陈有对光特别敏感文物的展厅窗户应选用能过滤紫外线的功能玻璃或紫外线滤光片

3.对光敏感的文物照明首选白炽灯，也可以选择滤除紫外线的卤钨灯、荧光灯

4.光源尤其是热光源最好布置在展柜外面，要保证通风，且不让空气直接流经产品

5.照射到文物表面的光线中的紫外线辐射比例一般不应超过75uW/lm，这个数值是钨丝白炽灯紫外线辐射比例的平均值

6.对光敏感类文物（纸张、纺织品：50lx 色温≤6500K）对光较敏感类文物（象牙、漆器：200lx 色温≤4000K）对光不敏感类文物（金属、陶瓷：≤300lx 色温≤2900K）

空气污染

1.空气污染及其特性

1.空气的组成

2.空气污染物

1.气溶胶态污染物

大气尘

指沉降速率可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体液体粒子在气体介质中的悬浮物

2气态污染物

成分

1.以二氧化硫为主的含硫化合物2.以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物3.碳的氧化物4.碳氢化合物5.卤素化合物

产生方式

1.一次污染物

直接从污染源排出的污染物

2.二次污染物

一次污染物与空气中的原有成分或几种污染物之间发生一系列化学或光化学反应而生成，与一次污染物性质不同的新污染物

硫酸烟雾

空气中的二氧化硫等含硫化合物在有雾、含有重金属飘尘或氮氧化合物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾和硫酸盐气溶胶

光化学烟雾

在阳光照射下，空气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的烟雾，其主要成分是臭氧、过氧乙酰基硝酸酯【PAN】、醛类及酮类等。

研究量化

通过测定一定体积空气中污染物的质量来测量污染物的浓度

常用单位

1.mg/m³ 2.ug/m³

3.空气污染物的特性

1.污染物的迁移

污染物进入大气中后，所发生的的空间位置的移动及其所引起的富集、分散和消失的过程

2.污染物的转化

污染物在大气中通过物理的、化学的或生物的作用，改变污染物的形态而转变为另一种物质的过程

3.污染物的持久性

有些污染物能够长时间存留在大气中

4.空气污染在环境科学与文物保存科学中的差异

1.污染因素不同

文物保存科学中的污染因素比起环境科学要少得多，主要是针对那些对文物有害的少量污染物，如：二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、氯及氯化物、臭氧等。但并非子集包含关系。

2.污染标准不同

文物保存的条件一般更为严格

2.对文物有害的空气污染物

1.大气尘

来源

1.自然发生源

2.人为发生源

破坏作用

1.大气尘在文物表面的沉积会增加文物材料的机械磨损2.大气尘会给文物带来酸性或碱性的危害【吸附、本身】3.大气尘会造成纺织品、纸张等有机质文物的“砖化”【大气尘的成分复杂，有些微粒吸收水分会形成胶状物，如黏土物质，当他们落在文物上时，就会吸收空气中或文物材质本体中的水分，发生水解反应，分解出胶黏状物质，从而使纸张、纺织品等文物黏结在一起】4.大气尘还会污染文物表面，影响文物色彩5.大气尘会向文物传播霉菌孢子

2.硫化物

1.二氧化硫

产生

1.自然：腐烂物质产生的硫化氢和甲硫醚在大气中被氧化2.人为：燃烧染料

二氧化硫对文物的危害取决于文物对它的吸收量

1.会对所有碳酸钙类物质产生损害，【石灰石、大理石、碱性砂石、壁画等】（原理：SO2--SO3--H2SO4，固体碳酸钙--粉末状硫酸钙（石膏），强度↓，易脱落石膏在RH↑，吸收空气中的水分，变成分子内部结晶水，粉末状--块，强度↑，但伴随硫酸钙层V↑ 并释放大量热量易脱落。）

2.对纸张、棉制品、亚麻制品等纤维素材质的文物造成损害【纤维素在酸性条件下发生水解】【木质素与SO2的亲和力非好，极易吸附二氧化硫等酸性气体污染物，进而受其影响而分解】

3.对丝织品、毛纺织品、皮革等蛋白类文物产生侵蚀【硫酸导致水解，肽链破坏，使蛋白质类文物的强度明显降低】【“红腐”由二氧化硫转化成硫酸造成的皮革劣化形式】

4.对金属文物造成明显的侵蚀【尤其是铁】SO2会溶于水或转化为硫酸或者硫酸铵，形成电解液，对铁和其中含有的杂质C分别充当阳极和阴极，使电化学腐蚀程度加深。

2.硫化氢【还原剂】

有机物腐烂的自然产物

1.溶于水形成氢硫酸，具有酸性