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Tintenfrass und SurveNIR

von Tamara Hügli und Julia Nastke

sph-Kontakte Ausgabe Nr. 108| August 2020

Ein kleiner Bericht über ein Basler Projekt

In der Bestandserhaltung der Universitätsbibliothek Basel läuft momentan (2019–2022) ein Projekt zum Schadensbild des sogenannten Tintenfrasses. Dieses Degradationsphänomen wird durch ein ungünstiges Mischungsverhältnis in der Eisengallustinte im Zusammenspiel mit zu hoher (Luft-)Feuchtigkeit, im Papier vorhandenen oder von aussen zugefügten Säuren und mechanischer Beanspruchung ausgelöst und/oder beschleunigt. Da die Eisengallustinte eines der gebräuchlichsten Schreibmittel von der Antike bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts war, ist sie im handschriftlichen Bestand der Universitätsbibliothek Basel häufig anzutreffen. Auch das Schadensbild Tintenfrass ist in vielen Objekten und in verschiedenen Schweregraden zu finden: Die Tinte kann sich durch das Papier ‹fressen›, sodass sie auf der Rückseite als mehr oder weniger brauner Durchschlag zu sehen ist, was bei beidseitig beschriebenen Papieren dazu führt, dass der Text nurmehr schwer zu lesen ist, weil sich die beiden Seiten überlagern (Abb. 2). Auf molekularer Ebene ist die Degradation unter anderem eine Folge der sauren Hydrolyse, bei der die Celluloseketten des Papiers immer weiter gespalten werden, was das Papier sehr brüchig werden lässt, sodass auch feine Haarrisse oder grössere Brüche im Tintenstrich entstehen können (Abb. 3). Wird das geschwächte Papier weiter mechanisch beansprucht oder setzen sich die chemischen Degradationsprozesse fort, können aus Rissen im Tintenstrich Ausbrüche von Buchstaben, Wörtern, Sätzen, ganzen Textpartien entstehen (Abb. 4). Neben den zahlreichen Beispielen von Schadensbildern gibt es aber auch Handschriften, die zwar mit Eisengallustinte beschrieben sind, aber keine sichtbaren Schäden aufweisen (Abb. 1). Dies kann auf ein günstigeres Mischungsverhältnis der Tinte, die Papierleimung und -zusammensetzung sowie auf gute Aufbewahrungs- und Benutzungskonditionen zurückgeführt werden.

Abb. 1: Eisengallustinte ohne sichtbare Schäden, UB Basel, Bestandserhaltung.

Abb. 2: Durchschlag von der Rückseite, so dass sich die beiden Textseiten überlagern, UB Basel, Bestandserhaltung.

Wie man sieht, ist das Schadensbild Tintenfrass vielfältig und komplex. Dazu kommt, dass es viele verschiedene in der Papierkonservierung und -restaurierung gebräuchliche Behandlungsmethoden gibt, die dem Problem auf chemischem oder mechanischem Weg entgegenwirken oder idealerweise aus einer Kombination der beiden Wirkungsweisen bestehen. Der Nachteil ist, dass sich die Behandlungsmethoden jeweils nur für eine bestimmte Art von Objekten, zum Beispiel für ungebundene Einzelblätter, eignen, oder dass sie bei bestimmten Papiersorten, beispielsweise bei stark ligninhaltigem Papier, nicht angewendet werden können. Vereinfacht gesagt hat jede Behandlungsmethode ihre Vorteile, aber eben auch ihre Grenzen und Nachteile, sodass man nicht einfach für alle tintenfrassbetroffenen Objekte der UB Basel eine geeignete Behandlung bestimmen kann. Aus diesem Grund wurde das Tintenfrassprojekt ins Leben gerufen, dessen Ziel zunächst einmal ist, die betroffenen Bestände in Gruppen einzuteilen, denen dann jeweils eine Behandlungsmethode zugeordnet werden kann. Um diese Objektgruppenbildung richtig und aussagekräftig vornehmen zu können, müssen wir unter anderem auch das Papier sehr gut kennen; wir brauchen Informationen über die Art und den Alterungszustand der Papierfasern, der Leimung, der Zusätze, Füllstoffe und Striche, und wir brauchen Informationen über den Säuregehalt und die mechanische Festigkeit des Papiers insgesamt. Wie gelangt man nun an diese Informationen? Normalerweise werden dazu chemisch, physikalisch-, instrumentellanalytische Verfahren angewandt: So kann der pHWert von Papier, welcher den Säuregehalt wiedergibt, beispielsweise mittels Kaltextrakt und Glaselektrode gemessen werden; die mechanische Festigkeit kann mittels Zugfestigkeitsprüfung ermittelt werden, bei der die Kraft gemessen wird, die benötigt wird, um einen Papierstreifen zu zerreissen; Alaun, Protein und Stärke (als Teil der Papierleimung) sowie Lignin können chemisch nachgewiesen werden, indem Faserproben entnommen, mit bestimmten Chemikalien in Kontakt gebracht und unter dem Mikroskop betrachtet werden, wo sie dann verschiedene Farbreaktionen zeigen. Was alle diese hochpräzisen Analyseverfahren jedoch gemeinsam haben, ist, dass sie das Papier oder die Papierfasern zerreissen, zerstören, auflösen, anfärben usw., was natürlich nicht in Frage kommt, wenn man es mit historischen Objekten zu tun hat, die man gerade auf die bestmögliche Weise erhalten will.

Abb. 3: Feine Risse im Tintenbereich, UB Basel, Bestandserhaltung.

Abb. 4: Grosse Ausbrüche ganzer Textteile, UB Basel, Bestandserhaltung

Aus diesem Grund hat sich die UB Basel entschieden, mit dem SurveNIR System zu arbeiten. Dieses wurde innerhalb des 6. Forschungsrahmenprogramms der EU (2002–2007) entwickelt und wird nun von der Firma Lichtblau e. K. vermarktet. Es handelt sich dabei um ein kleines, mobiles Nahinfrarotspektrometer, welches mit einer Software und spezifischen Applikationen ausgestattet ist (Abb. 5). Bei der Nahinfrarotspektroskopie wird zuerst elektromagnetische Strahlung (= Licht) im Wellenlängenbereich des Nahinfrarot auf die zu analysierende Substanz gerichtet, die von den darin vorhandenen Molekülen absorbiert (aufgesaugt), transmittiert (durchgelassen) oder reflektiert (zurückgestrahlt) wird. Das absorbierte Licht regt die Moleküle an und bringt sie zum Schwingen. Diese Schwingungen können detektiert und die Schwingungsfrequenzen gemessen werden, die dann Informationen zu Art und Zustand der vorhandenen Moleküle liefern. Das Ergebnis einer Messung des Nahinfrarotspektrums alleine ist jedoch nicht sehr aussagekräftig, man kann nur sehen, wie viel Licht in welchem Wellenlängenbereich absorbiert wurde (vgl. Abb. 7, links unten). Eine Interpretation ist erst dann möglich, wenn man das Ergebnis mit den Spektren von Referenzproben vergleichen kann, deren Molekülzusammensetzung man eindeutig kennt. Aber auch diesen Vergleich kann man nicht von Auge machen, da es sich um viel zu viele Referenzspektren handeln würde. Aus diesem Grund werden statistische Methoden aus der Chemometrik angewendet, die diese Aufgabe für uns übernehmen und in den Applikationen des SurveNIR Systems stecken.

Abb. 5: Das SurveNIR System mit portablem Nahinfrarotspektrometer, Laptop mit geöffneter Software und weiterem Zubehör, UB Basel, Bestandserhaltung.

Abb. 6: Messung mit dem SurveNIR, UB Basel, Bestandserhaltung, 2020.

Neben Applikationen für Kunststoffe und Filmträgermaterialien gibt es in diesem System auch eine für historisches Papier. Für die Entwicklung dieser Applikation haben Herr Lichtblau und seine Kolleg*innen sehr viele historische Papiere gesammelt, die ihnen als Ausschuss zur Verfügung gestellt wurden; aus diesen konnten sie einen grossen Referenzdatensatz erstellen, indem deren Nahinfrarotspektren mit den exakten, aber invasiven und zerstörenden chemischen und physikalischen Analysen gekoppelt wurden.

So kompliziert die Funktionsweise und so langwierig die Entwicklung auch klingen mag, so einfach und schnell ist die Anwendung nun für uns: Das Papier wird als Einzelblatt oder im Stapel auf ein Messfenster gelegt, mit einem Fusspedal wird die Messung ausgelöst, ein Lichtstrahl von ca. 3-4 mm Durchmesser wird während ungefähr zwei Sekunden auf das Papier gerichtet, fertig (Abb. 6). In der Software kann man dann das gemessene Spektrum sehen, ein Foto des Messpunkts wird erstellt, und die Applikation liefert folgende Ergebnisse (Abb. 7): Zusammensetzung des Stoffs (ob es sich um Hadern-, Zellstoff- oder Holzstoffpapier handelt), pH-Wert, Polymerisationsgrad (= durchschnittliche Kettenlänge) der Cellulose, Bruchkraft und Bruchkraft nach Bansa-Hofer-Falzung, Lignin-, Protein-, Harz-, Kaolin-, Gips- und Feuchtegehalt sowie der Nachweis von optischen Aufhellern. Zusätzliche Funktionen ermöglichen es, die einzelnen Werte in Kategorien wie «gut» oder «kritisch» einzuordnen. Die Ergebnisse können als Exceldaten oder PDF exportiert, gespeichert und weiterverarbeitet werden.

Abb. 7: Ergebnis einer Messung mit dem SurveNIR System. Links unten sind acht Nahinfrarotspektren eines Messpunktes zu sehen, rechts oben ein Foto des Messpunktes (Mitte des roten Kreises), rechts unten die Ergebnisse in konkreten Werten (quantitativ, bspw. Ligningehalt), vorhanden/nicht vorhanden (qualitativ, bspw. optische Aufheller) oder Kategorien (semi-quantitativ, bspw. Kaolingehalt), UB Basel, Bestandserhaltung.

Als weiteres Vorgehen im Tintenfrassprojekt der UB Basel ist geplant, mit dem SurveNIR umfangreiche nicht-invasive und zerstörungsfreie Messungen zu machen, um die tintenfrassbetroffenen Papiere schnell und unkompliziert sehr genau kennenzulernen, sodass wir sie anschliessend in Gruppen einteilen, Risiken abschätzen und gegebenenfalls ihre Behandlung planen können. Mehr dazu zu einem späteren Zeitpunkt!

Quellen:

  1. Lichtblau, S. Dobrusskin & A. Blüher (2009): Das SurveNIR-System zur Bewertung des Zustands und des Alterungsverhaltens von Papier. Bericht über das Forschungsseminar und den Workshop, 8.-10. September 2009, Bern

http://lichtblau-germany.com/index.html
https://ub.unibas.ch/de/projekte/