Worldwide China

Chromophore effizient in Papier bestimmen

Dem Gilb auf der Spur

| Autor / Redakteur: GUIDO DEUßING* / Marc Platthaus

Abb.1: Papier ist einem Alterungsprozess ausgesetzt. Die Gelbverfärbung lässt sich auf den oxidativen Abbau von Chromophoren zurückführen.
Abb.1: Papier ist einem Alterungsprozess ausgesetzt. Die Gelbverfärbung lässt sich auf den oxidativen Abbau von Chromophoren zurückführen. (Bild: ©Huber - stock.adobe.com)

Mehr zum Thema

Papier altert, deutlich sichtbar an seiner Gelbverfärbung. Für den „Gilb“ verantwortlich sind vor allem oxidative Prozesse an lichtabsorbierenden Stoffen. Das Wissen um den Alterungsprozess erweist sich als hilfreich bei der Herstellung, Konservierung und Restaurierung von Papier. Mehr Effizienz bei der Bestimmung dieser Substanzen bietet ein GC-basiertes Analyseverfahren.

Weihnachten steht vor der Tür und jeder, der das hohe Fest der christlichen Kirche zu feiern gedenkt, fühlt sich vor die Frage gestellt, was man seinen Lieben am Heiligen Abend unter den Christbaum legt. Die Liste der Topgeschenke führen Geschenkgutscheine und Bargeldzahlungen an, gefolgt von Buchpräsenten; zu letzteren greifen laut einer aktuellen Umfrage 43 Prozent der Befragten. Kein schlechter Wert angesichts der Tatsache, dass das Buch in einem harten Wettbewerb mit digitalen Medien steht und hierzulande bereits leicht an Absatz eingebüßt hat. Dessen ungeachtet boomt der Handel mit alten Schmökern: Gebrauchtbücher stehen bei Liebhabern antiquarischer Erzeugnisse ebenso hoch im Kurs wie bei Sparfüchsen, und zwar selbst dann, wenn die Buchseiten sichtbare Zeichen der Zeit tragen, sprich vergilbt sind. Sammler „alter Schinken“ mögen in den vergilbten Seiten eine antiquarische Selbstverständlichkeit sehen. Im Handel mit Neupapier geht „Gilb“ indes gar nicht.

Chromophore im Fokus der Papierindustrie

Druckfrisches hat weiß zu sein. Papier- und Zellstoffhersteller wissen das. Deshalb verwundert es nicht, dass sie auf die Erforschung des überaus komplexen Alterungsprozesses von Papier großen Wert legen. Dass Papier vergilbt, hängt zusammen mit darin enthaltenen Chromophoren. Der Sammelbegriff fasst Verbindungen mit funktionellen Gruppen, die Licht absorbieren und die Matrix, in der sie sich befinden, hiernach farblich verändern. Der Volksmund nennt das sichtbare Resultat dieses Prozesses schlicht „Farbstich“, dem auch Kunststoffe und andere Materialien unterliegen. Bei Papier wird die sichtbare Farbverschiebung als „vergilben“ bezeichnet.

Ins Papier gelangen Chromophore über die verarbeiteten Zellulosefasern, deren polymere Struktur unter Einfluss oxidativer, hydrolytischer, physikalischer oder chemischer Prozesse zerbröselt. In deren Verlauf wird Papier brüchig und gelbstichig. Gelingt es, die grundlegenden Alterungsprozesse aufzuklären und die daran beteiligten Komponenten zu identifizieren, lassen sich Veränderungen unter Umständen auf die eine oder andere Weise beeinflussen. Das heißt, der typische Papierverfall, der auch durch Tinte, Schmutz oder mikrobiellen Befall ausgelöst werden kann, lässt sich bremsen und das Material konservieren oder ihm kann, im Umkehrschluss, eine passende antiquarische Optik verpasst werden. Die Bestimmung der Chromophore kann sich als analytischer Dreh- und Angelpunkt erweisen.

Im Jahr 2005 stellten Rosenau et al. [1] eine Methode vor, mit der es erstmals gelungen ist, Chromophore in oder auf zellulosehaltigen Materialien nachzuweisen. Ihre Vorgehensweise zur „Freisetzung und Identifizierung von Chromophoren“ (CRI) habe unter Einsatz spezieller Extraktionsverfahren, der Kernresonanzspektroskopie (NMR) und der Massenspektrometrie (MS) zur Aufklärung der Struktur der Hauptchromophore geführt, dazu gehörten Chinone sowie andere aromatische Komponenten, also jene Stoffe, die zur Zellulosevergilbung beitragen. Das Hauptproblem ist die extrem geringe Konzentration der farbgebenden Chromophore im Papier im Bereich von Millionstel Prozent, was herkömmliche Analyseverfahren alt aussehen lässt. Mit der neuen Isolationsmethode für die Papier-Chromophore wurde ein wichtiger Beitrag zur Beschreibung des komplexen Zerfallsprozesses von Zellulosesubstraten geleistet.

Allerdings handle es sich bei der CRI-Methode um eine zeitraubende Angelegenheit, die umfangreiche Wasch-, Extraktions- sowie weitere Arbeitsschritte erfordere und die sich nicht automatisieren ließen, bringen es Antje Potthast und Kollegen von der Universität für Bodenkultur in Wien auf den Punkt. Zudem verlange die CRI-Methode den Einsatz großer Mengen Probenmaterial, die nicht per se zur Verfügung stehen und damit den Anwendungsbereich einschränken. Nicht zuletzt ließen sich mit ihr weder hohe Probenzahlen realisieren noch historisch wertvolles Material adäquat untersuchen.

Ergänzendes zum Thema
 
Chromophore

Gaschromatographie erfüllt die Prämisse

Andere Verfahren, Potthast et al. konzentrieren sich bei ihren Ausführungen auf die Papierspray-Massenspektroskopie [2], hätten sich zwar als schnell und nützlich herausgestellt, um Chromophore in sehr kleinen Probemengen oder wertvollen Dokumenten zu bestimmen. Die erforderliche Instrumentierung sei anspruchsvoll und nur in den wenigsten Laboratorien verfügbar, was die Papierspray-Massenspektrometrie laut den Wissenschaftlern für Routineanwendungen ausschließe.

Genau daran aber, also an der Routinebestimmung der Schlüsselchromophore 2,5-Dihydroxyacetophenon (DHAP), 2,5-Dihydroxy-1,4-benzochinon (DHBQ) und 5,8-Dihydroxy-1,4-naphthochinon (DHNQ) war den Forschern aus Wien gelegen. Die Gaschromatographie als Analysentechnik rückte in den Fokus. Die Tatsache, dass die zu detektierenden Chromophore in einem niedrigen ppm- bzw. ppb-Spurenbereich vorlägen, mache den Einsatz eines geeigneten, empfindlich messenden Detektors erforderlich, schreiben die Wissenschaftler im Fachjournal Talanta [3].

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45580058 / Labortechnik)