Effects of Fe ions, ultraviolet irradiation, and heating on microscopic structures of black lacquer films

黒漆のナノ構造に及ぼす鉄イオン、紫外線照射および加熱の影響調査

南川 卓也 ; 関根 由莉奈   ; 松村 大樹   ; 廣井 孝介  ; 高田 慎一  ; 神谷 嘉美*; 本多 貴之*

Nankawa, Takuya; Sekine, Yurina; Matsumura, Daiju; Hiroi, Kosuke; Takata, Shinichi; Kamiya, Yoshimi*; Honda, Takayuki*

鉄と漆の化学反応を利用して、古くから黒漆が作られている。しかし、鉄と漆の反応については、ほとんど知られていない。本研究では、黒漆中のFeイオンの化学状態を、XANES, EXAFS、SAXS, SANSおよびFT-IRを使用して調査した。Fe(II)またはFe(III)を生漆に添加し、空気乾燥,加熱、またはUV照射により黒漆フィルムを作成した。これらのサンプルのXANESスペクトルの測定結果から、最初に添加したFeの酸化状態に関係なく、サンプル内のFeイオンが3価の状態で存在していることが明らかとなった。また、すべてのフィルムサンプルのEXAFSスペクトルは同様の形状であったが、ピーク強度は、空気乾燥UV照射加熱の順に減少した。この結果は、加熱やUV照射により黒漆中のFeの配位構造が不均一になり、加熱が最も不均一になったことを示している。サンプルのFT-IRスペクトルの変化は、ウルシオールの重合挙動が空気乾燥,加熱、およびUV照射下でも異なり、漆中での反応により、Feの配位構造が不均一になることが明らかとなった。このような結果から、XANESやEXAFSスペクトルは、黒漆の情報を簡易に得る手法として有用であり、貴重な文化財の黒漆の非破壊分析に特に有効である。

The chemical reaction between Fe and lacquer has been used to create the black color lacquer since ancient times. Here, the chemical state of Fe ions in black lacquer was investigated by using X-ray absorption near edge structure (XANES), extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), and Fourier transform-infrared (FT-IR) spectroscopy. Fe(II) or Fe(III) was added to the lacquer paste to prepare black lacquer films by air drying, heating, or UV irradiation. The XANES spectral features of all the film samples were similar, meaning that the Fe ions in the samples existed in the trivalent state regardless of the oxidation state of the initially added Fe. The corresponding Fourier transforms of the EXAFS spectra around the Fe K-edge were used to investigate Fe sites in the lacquer films. The spectra of all the film samples were similar shapes, but the peak intensities decreased in the order air dried heated UV irradiated films. This result indicates that heating and UV irradiation made the coordination structure of Fe in the lacquer non-uniform, and that heating caused the greatest non-uniformity. The complementary use of XANES, XAFS, and FT-IR spectroscopy is highly effective for non-destructive analysis of black lacquer in precious cultural artifacts.