KŮŽE USEŇ PERGAMEN •C5984 Chemie a metodiky konzervování předmětů vyrobených z organických materiálů I Mgr. Gabriela Vyskočilová, Ph.D. gabriela.vyskocilova@mail.muni.cz Kancelář C12/309 Obsah přednášek 1)Kůže – materiálové složení, vznik kůže 2)Výroba usně a pergamenů 3)Degradace kolagenních materiálů 4)Testování kolagenních materiálů 5)Konzervování KŮŽE •Kůže je pokrývka těla obratlovců a výchozí surovina pro výrobu mnoha dalších materiálů. •Čerstvě stažená kůže je velmi nestabilní surovina – odstranit snadno degradovatelné •Přeměnou surové kůže na useň, pergamen či kožešinu je zvýšena hydrotermální stabilita a odolnost vůči mikrobiálnímu napadení. •Konverze kůže na stabilnější materiál je komplexní proces a primárně je podmíněna reakcí bílkovin s činicími látkami, tzv. činění. https://www.canada.ca/en/conservation-institute/services/preventive-conservation/guidelines-collect ions/caring-leather-skin-fur.html 1) Kůže •Histologie •Topografie •Nejčastější druhy kůží •Složení kůže •Bílkoviny •Vznik kolagenních vláken • HISTOLOGIE rez kuzi-s A – Pokožka 1 – 20 % ; odstraňuje se a)Stratum corneum; b)Stratum granulosum; c)Stratum spinosum; d)Stratum basale; B – Papilární vrstva škáry; C – Retikulární vrstva škáry; D – Vazivo podkožní; E – Žláza potní; F – Žláza mazová; G – Chlup; H – Erector pili (zvedač vlasový); I – Papila; J – Krevní céva; K – Tukové buňky Pokožka - Epidermis https://www.posters.cz/epidermis-of-the-skin-f171094636 Škára •Vnitřní, nejtlustší část kůže (70 – 95 % z celkové tloušťky) •Surovina k výrobě usně •Především koagen (až 90 %) a elastin • •Na průřezu škárou dvě vrstvy: •Horní vrstva papilární – pletivo nejjemnější, zejména směrem k líci kůže, kde vytváří téměř hladký povrch, mírně zvrásněný jemnými vlákénky, která líc proplétají a spolu s póry po chlupech vytvářejí lícovou kresbu charakteristickou pro druh usně •Dolní vrstva retikulární – zaujímá větší část dermis, vlákna v této části jsou tlustší, u některých druhů kůží jsou prostoupena tukovými buňkami, tato vláknitá spleť je nejpevnější. Škára - Dermis •Rozhraní - myšlená čára spojující cibulky jednotlivých vlasových kořínků a papily. Kolem nich jsou rozloženy buňky mazové, potní žlázy a krevní cévy •Vzájemný poměr tlouštěk papilární a retikulární vrstvy je různý, např.: •hověziny 1:4, •teletiny v mezích od 1:1 do 1:2, •koziny 1:1 •Je-li vzájemný poměr příznivější pro vrstvu retikulární (hověziny), je kůže vhodnější pro výrobu pevné, houževnaté usně. Lícová kresba •Prohlubeniny a otvory po papilách a chlupech – zanechávají charakteristickou ícovou kresu pro každý druh zvířete • •Čím méně chlupů a čím hlouběji zarostlé papily, tím výraznější kresba •Nejspodnější část kůže ve které se ukládá tuk •Ten často tvoří souvislou vrstvu a je pružným spojením mezi kůží a tělem živočicha. •Při koželužském zpracování se podkožní vazivo odstraňuje tzv. mízdřením Podkožní vazivo – Subcutis https://plasticsurgerykey.com/histology-of-the-skin/ Shrnutí 1)Jakou funkci plní kůže za života zvířete? 2)Které vrsty tvoří kůži? 3)Jak se vyvíjí pokožka? 4)Co je myšleno pojmem „lícová kresba“ 5)Čím se liší škára od pokožky 6)Které vrstvy tvoří škáru? 7)Co ovlivňuje poměr vrstev škáry? • • Hustota vláknité sítě •Určuje pevnost a tažnost usně •Rozdíly v hustotě – druh zvířete, stáři, pohlaví, způsob života, podnebí, ... • •Rozdíly v hustotě i v rámci jedné kůže – •Nejhustší – hřbetní část (krupon), vykazuje největší pevnost a nejmenší tažnost; •Nejnižší – slabiny, boky • •Na pevnost vláken hotové usně má vliv způsob činění při koželužském zpracování. TOPOGRAFIE A JAKOST KŮŽE Vlivy na přirozenou jakost •Druh zvířete • •Stáří a pohlaví •Zvířata v útlém věku – nejjemnější a stejnoměrné •S věkem vlákna hrubnou, roste nestejnoměrnost •Kůže samců velmi nestejnoměrná • •Výživa zdravotní stav •Mláďata živená mlékem – stejnoměrné propletení i tloušťka škáry •Překrmení – ndměrné množství tuku •Podvýživa – ztráta pružnosti •Nemoci – ztráta pružnosti, nadmíra tuků, vyrážky, jizvy, poškození cizopasníky • •Způsob chovu a podnebí •Nejlepší volně žijící, v mírném pásmu •Nepříznivě působí nedostatek pohybu, vzducu, vody, vydatnou pící Shrnutí 1)Které jsou nejdůležitější topografické části kůže? 2)Proč je důležité znát topografii kůže? 3)Na čem závisí přirozená jakost kůže? 4) DRUHY ZPRACOVÁVANÝCH KŮŽÍ •Hověziny –Jalovice, volovice, kraviny, býčiny •Teletiny –Zmetek, pravá teletina, ostarčiny, odstávčata •Koziny –Kozlečiny, lehké ročky, ročky, koziny, kozlovice •Vepřovice •Skopovice – Ovčiny –Jehnětiny, ročky, skopovice •Koniny • •Hověziny •Tloušťka 4 a 6 mm, •Plocha 3,3 – 4,2 m2/kus •Hmotnost 15 – 60 kg/kus •Papilární vrstva cca 20 %, retikulární vrstva kolem 75 % •Chlupy rovné, relativně hrubé, vyplňují papilární vrstvu ve stejné vzdálenosti •Hustá, pevná, rovnoměrně propletená kolagenní vlákna •Folikuly v ploše rozmístěny v celé ploše bez uspořádání •Nevýrazná lícová kresba •Využití: svrškové obuvnické, podešve, brašnářské, technické a řemenové, čalounické, ochranné pracovní pomůcky • Teletiny •Papilární vrstva ku retikulární 1:1 až 1:3 •Tloušťka kůže a velikost svazků vláken je závislá na stáří zvířete, oboje se zvyšuje s věkem. •Kůže telete starého jeden měsíc: •tloušťka 1 mm •plocha 0,5 – 0,7 m2/kus •svazky vláken koria jsou jemné. •Kůže telete starého 12 měsíců (plně vzrostlé tele): •tloušťka kůže 3 mm •plocha 2,7 m2/kus •struktura vláken odpovídá dospělému zvířeti •Hmotnost od 3 do 8 kg/kus. • •Využití: jemné svrškové obuvnické a galanterní, rukavičkářské a oděvnické; pergameny na bubny •Z nejdrašších usní Koziny •Tloušťka 1 – 3 mm •Plocha 0,5 – 0,7 m2/kus •Papilární vrstva až polovinu tloušťky •Vrstva retikulární je řidší, ale pevná •Chlupy jsou jak hrubé, tak jemné, přímé, procházejí skrz papilární v. •Svazky vláken retikulární vrstvy jsou relativně jemné a proplétají se kompaktně ve středním úhlu. •Lícová kresba výrazná •Folikuly uspořádány do skupinek po 3 větších jamkách, které jsou na jedné straně obklopeny několika jemnějšími jamkami. • •Využití: rukavičkářské, oděvnické, ozdobné, knihařské, galanterní usně, kožešiny Skopovice •Přechod mezi papilární a retikulární vrstvou není příliš zřetelný •Přírodní tuk uložen ve vrstvě tukových buněk na přechodu mezi papilární a retikulární vrstvou. •Vlákna retikulární jemná a méně kompaktně propletená než u kozin a teletin – skopovice měkčí než kozina. •Malá pevnost Existuje několik typů ovcí, každý má různou strukturu kůže •Využití: kožešiny, v kožeužství málo – rukavičkářství, oděvnictví, podšívkové u.,štípenky na knižní vazby, potítka • Obsah obrázku stojící, vpředu, velké, muž Popis byl vytvořen automaticky Vepřovice •Významně se liší ve struktuře od výše popsaných kůží •Téměř celá tloušťka kůže je tvořena papilární vrstvou •Chlupy prostupují celou tloušťkou kůže – po odstranění štětin zůstávají v kůži otvory viditelné i na rubové straně •Jamky jsou výrazně větší, s velkými rozestupy mezi sebou. • •Využití: pergameny k vazbě knih; rukavičkářství, jezdecká sedla, galanterní (kufry, aktovky,…), obuvnické https://shoemuseum.ch/dossiers/identification-de-lorigine-animale/ http://www.furskin.cz/about_cz.htm Další druhy kůží používaných v koželužství ·Koniny – řidší škára (krom zrcadel), obuvnické u., míče ·Kůže z mul, oslů, mezků – tyto kůže jsou si velmi podobné a lze je jen těžko rozlišit. Škára je řidší než u hovězin. ·Králičiny – koželužské, kožešnické, textilní, kloboučnické ·Vysoká lovná zvěř – jelen, daněk, srnec, kamzík, muflon, ale i gazela, antilopa, sob aj. ·Reptilie – kůže z ryb a obojživelníků, ještěrů, hadů, aligátorů ·Ptačí kůže – labutěnky http://www.kozeluzstvi.cz/ruzne/rybi-kuze.html https://ekolist.cz/cz/zpravodajstvi/zpravy/v-keni-se-z-rybi-kuze-vyrabeji-modni-predmety Koželužna KUMO s.r.o. - výroba a zpracování kůží Shrnutí 1)Které druhy jsou koželužsky nejčastěji zpracovávány? 2)Čím se kůže liší v rámci jednoho druhu? 3)Čím se kůže liší mezidruhově? 4) SLOŽENÍ KŮŽE Složka Zastoupení Funkce Voda 50 -70 % Stabilizace konformace molekuly kolagenu Intramolekulární – triple-helix Intermolekulární – peptidické řetězce Mezi fibrilami Není vázána stejně pevně Bílkoviny 33 – 35 % Kolagen Elastin Keratin Melanin Lipidy 0,5 – 30 % Vliv na pevnost, plasticitu, měkkost, voděodolnost V tukových buňkách podkožního vaziva Přírodní tuky – triglyceridy mastných kyselin Vosky – estery vyšších alkoholů, VMK a sterolů; lanolin Anorganické složky Cca 1 % Ca, Mg, Al, Fe, Cu, Ni, Si, SO42−, PO43−, Stopové prvky, metabolických procesů, složky vitaminů/hormonů, podsíl na strukturní stabilitě kolagenu Voda (50 – 70 %) Pevně (chemicky) vázaná voda – stabilizace uspořádání molekul kolagenu ve fibrilách, vláknech i svazcích a) Intramolekulárně vázaná – uvnitř triple-helixu -Pevně spojena s molekulou bílkoviny -Odstraněním (např. vymrazováním) se mění vazby, dochází k nevratnému tuhnutí a zborcení prostorového uspořádání b) Intermolekulárně vázaná – mezi peptidickými řetězci, má definovanou polohu a ovlivňuje stabilitu kolagenu Volně vázaná voda – kapičky v meziprostoru kolagenní sítě -Změkčovadlo – ovlivňuje mechanické vlastnosti -Jako monovrstva i vícevrstevná v mezivlákenném prostoru -Odstraněním jsou vlákenné svazky kompaktnější a méně pohyblivé •Při RV pod 25 % není v kolagenu dostatek vody ke stabilizaci •Obsah vody závisí na – struktuře, úpravě usně, teplotě, RV, poškození •Může katalyzovat hydrolýzu a oxidaci •Za běžných podmínek obsahuje useň +/- 14 % •Vysoký obsah vody zvyšuje pravděpodobnost mikrobiálního napadení • •Hygroskopicita – volná voda se pohybuje z/do fibrilární struktury sesychání - botnání Lipidy (0,5 – 30 %) Obsah lipidů ovlivňuje pevnost, plasticitu, měkkost, propustnost pro vodu, tepelně izolační vlastnosti Přírodní tuky – především v tukových buňkách podkožního vaziva -Triglyceridy VMK Vosky – především lanolin -Estery vyšších mastných alkoholů, kyselin a sterolů Fosfolipidy -Sloučeniny glycerolu, mastných kyselin, H3PO4, organických zásad - tl_files/Clanky/Images/CHJ_12_esterifikace.png •V podkožním vazivu – souvislá vrstva tuku (špek) •Z mazových žláz – l. podobné tukům •Odstraňují se • •Obsah se liší v závislosti např. na: •druhu zvířete (hověziny 1 %, skopovice 30 %) •výrobě, •finálním použití usně •Stárnutím hydrolýza či oxidace •Vysoký obsah lipidů – usnadňuje mikrobiální napadení; přebytečný tuk může migrovat na povrch •Nízký obsah – vlákna kompaktnější, méně pohyblivá, useň tužší a křehčí • •!sulfatované oleje! - esterová vazba mezi organickým zbytkem a skupinou –HSO3 není stabilní a je snadno hydrolyzovatelná za současného uvolnění H2SO4 Anorganické látky (kolem 1 %) •Především Ca, Mg, Al, Fe, Cu, Ni, Si, SO42−, PO43−, • • •Stopové prvky, metabolických procesů, složky vitaminů/hormonů, podíl na strukturní stabilitě kolagenu • •Odstranění kovů v průběhu zpracování kůže mění fyzikální vlastnosti bílkovin kožního vaziva. •Biopolymery – složité přírodní dusíkaté makromolekulární látky •Vznikají kombinací 21 aminokyselin (AMK) • • • • • • • • •Vybrané specifické vlastnosti bílkovin •Vysoká molekulová hmotnost •Některé ve vodě rozpustné, botnající či nerozpustné •Většinou koagulují vlivem tepla •Charakteristický zápach při spalování •Rozpustné v silných kyselinách •Rozkládají se působením vhodných enzymů Bílkoviny 33 – 35 % Společné prvky Specifické prvky C 50 – 55 % S 2,5 % H 7 % P O 19 – 24 % Fe N 12 – 19 % Chemického složení – tvořena jen sloučením monomerů nebo monomerů s nebílkovinnou složkou •Jednoduché bílkoviny – proteiny – vznik kondenzací AMK •Složené bílkoviny – proteidy – obsahují i nebílkovinou složku - Tvaru molekul •Globulární – rozměry jsou ve 3 směrech stejné, např. jednoduché bílkoviny, vaječné, mléčné •Vláknité (fibrilární) – vlákenná struktura, např. kolagen, elastin,… Nejčastější dělení bílkovin dle: Bílkoviny v kůži •Kolagen •Název pochází z řeckého „colagené“ = klihotvorné - konverzí kolagenu vzniká želatina, respektive klíh. •Nejrozšířenější živočišná bílkovina •Hlavními AMK jsou glycin, prolin a hydroxyprolin. •Charakteristickou AMK kolagenu je hydroxyprolin •Existuje kolem 30 druhů kolagenů – nejvýznamnější je kolagen typu I •AMK složení kolagenu je pro jednotlivé živočišné druhy podstatně odlišné. •Tvoří bílé neprůhledné útvary obalené různým množstvím dalších bílkovin. • •Vlákna jsou dobře identifikovatelná podle: •příčného pruhování, •histologické barvitelnosti, •při 58 – 68 °C se vlákna smršťují •Působením vody nad 70 °C přechází v klihový roztok •ve zředěných alkáliích a kyselinách botná, •ve vodě je nerozpustný. • •Tvoří až 90 % veškeré bílkoviny kůže •Vyskytuje se v kostech, chrupavkách, šlachách, vazivu a kůži, je složkou cévních stěn, bazálních membrán, rohovek a některých orgánů těla. •Nejdůležitější mechanickou vlastností je pevnost v tahu, která při shodné hmotnosti je větší než pevnost ocele. https://www.youtube.com/watch?v=H3oAFvYsuq8 Elastin •Vyplňuje prostor mezi kolagenními vlákny, především v papilární vrstvě •AMK složení je pro všechny druhy podobné •Charakteristické AMK elastinu jsou desmosin a isodesmosin - příčně síťující AMK •Elastin se chová jako typický elastomer bez pozorovatelné krystalizace při protažení – vratné protažení až po 300 % původní hodnoty •Vyžaduje přítomnost vody. Dehydratací dochází ke ztrátě elastičnosti. Elastické vlastnosti jsou podmíněny AMK složením s charakteristickým obsahem glycinu a nepolárních AMK. • • https://www.youtube.com/watch?v=C3SZ6aMQwN4 Keratin •Biologický útvar složený ze vzájemně se lišících bílkovin. •Mladý keratin podléhá působení enzymů a alkálií víc než keratin buněk starých zvířat. •Značná část tvoří prostorovou α-šroubovici. •Je obsažen v pokožce chlupech, kopytech a rozích. •Obsahuje S • Melanin •Obsahuje síru a železo a je hlavní součástí kožního barviva – pigmentu. •Odolný proti působení chemikálií, pouze silné alkálie a některé enzymy jej ztekucují – při výrobě se odstraňuje až po moření. • Na kůžích ještěrek nebo hadů vytváří pestré obrazce, které nepodléhají účinkům enzymů v procesu moření. Shrnutí 1)Které chemické látky tvoří kůži? 2)Kolik obsahuje kůže a)vody; b)b) bílkovin 3)Jak je voda v kůži uložena? 4)Co se stane při a)nadměrném obsahu vody v kůži; b)nedostatečném obsahu vody v kůži? 5)Proč se z kůže odstraňují tukové látky 6)Co jsou bílkoviny a jakými hlavními prvky jsou tvořeny? 7)Jaké znáte vlastnosti bílkovin? 8)Na jaké skupiny se dělí bílkoviny? 9)Vyjmenujte nejdůležitejší typy bílkovin kůže, kde je najdeme a čím jsou charakteristické? VZNIK BÍLKOVIN •Aminokyseliny (AMK) •Základní stavební jednotka bílkovin •Substituční deriváty karboxylových kyselin kdy je atom H nahrazen –NH2 •Např. z kyseliny octové CH3COOH lze odvodit kyselinu aminooctovou CH2NH2COOH = glycin • •Neesenciální (postradatelné) AMK – živočichové jsou schopni si je syntetizovat sami z jiných AMK • •Esenciální (nepostradatelné) AMK – musí být dodány v potravě • • • •–NH2 skupina se nějčastěji váže na prvním C vedle skupiny –COOH, tzv. uhlík Cα • • • • • • • •Všechny AMK (vyjma glycinu) mají chirální uhlík Cα na který jsou vázány 4 různé substituenty •Může se ázat víc –COOH i –NH2 skupin • •Nejjednodušší je glycin https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5d/Amminoacido_glicina_formula.svg/90px-Ammi noacido_glicina_formula.svg.png https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/28/Amminoacido_alanina_formula.svg/90px-Ammi noacido_alanina_formula.svg.png Glycin Alanin Leucin Lysin Cystein strukturní vzorec https://www.youtube.com/watch?v=J6R8zDAl_vw&ab_channel=ProfessorDaveExpla •Peptidická vazba •AMK se vážou do různě dlouhých řetězců – kondenzace za odštěpení H2O a vzniku peptidické vazby CONH • • • •Další typy vazeb bílkovin –Vodíkové můstky –Kovalentní vazby, např. cysteinová –S–S– • •Dle počtu spojených AMK •Oligopeptidy (2 – 10 AMK) •Di, tri, tetrapeptidy, … •Polypeptidy (11 – 100 AMK, Mw do 10 000) •Bílkoviny/Proteiny (100 a více, Mw nad 10 000) • http://www.e-chembook.eu/images/kondenzace_aminokyselin.png •Složitější AMK se do polypeptidického řetězce zapojují tzv. hlavním a vedlejším řetězcem •Hlavní řetězec – tvoří primární strukturu •Vedlejší (postranní) řetězec – směřuje kolmo na hlavní •Různé skupiny –OH, –COOH, –S •Uplatňuje se při spojování ve fibrilu – spojuje polypeptidy mezi sebou, zpevňuje je, tzv. příčné vazby •Učuje vlastnosti bílkovin • • • • • • •Řetězec lze také štěpit (kyseliny, zásady, enzymy) na kratší řetězce až jednotlivé AMK - hydrolýza • http://www.e-chembook.eu/images/hydrolyza_dipeptidu.png OD AMINOKYSELINY K VLÁKNU •PRIMÁRNÍ STRUKTURA •pořadí AMK v řetězci - α řetězec •Obecné složení tripeptidu –Gly–X–Y– –Gly – 30 %, –X = Pro (cca 15 %), –Y = Hyp (10 %) - •Další nejčastější AMK kolagenu – Arg, Lys, Asp, Glu, Tyr, Hyl, Leu, Ile, Cys •Podmiňuje vznik levotočivé šroubovice • • • https://www.youtube.com/watch?v=EweuU2fEgjw&list=PLybg94GvOJ9Fazvaf8unWl9J2soXCAvy4&index=4&t=13s&a b_channel=ProfessorDaveExplains C:\!tom\deda\obrázky\5.JPG C:\!tom\deda\obrázky\6.JPG SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA •Prostorové uspořádání primárního řetězce přes H-můstky mezi skupinami –NH a C=O •α-helix – levotočivá šroubovice •3,3 AMK na 1 závit • •(β skládaný list) C:\!tom\deda\obrázky\8.JPG C:\!tom\deda\obrázky\7.JPG •TERCIÁRNÍ STRUKTURA •Ze 3 prostorově uspořádaných řetězců (α-helixů) –2 řetězce α1 a 1 řetězec α2 • •Řetězce se stáčí kolem sebe a prostorově se stabilizují – vodíkové můstky, iontové vazby, disulfidické můstky, van der Waalsovy síly •Vzniká pravotočivá trojšroubovice – triple-helix –1 závit cca 30 AMK, délka cca 290 nm, průměr cca 1,4 nm •U kolagenu jako tzv. tropokolagen – základní stavební jednotka schopná agregace na fibrily • • KVARTERNÍ STRUKTURA Tvoří ji mikrofibrily z tropokolagenových molekul (5 triple-helixů) Mikrofibrily aglomerují do fibril a ty do větších vláknitých útvarů: - •fibrila … 0,1mm •elementární vlákno ze 200 – 2000 fibril … cca 5mm •snopec elementárních vláken … 300mm •Příčné pruhování – posun o 67 nm •Fibrily se stáčí do spirály za vzniku elementárního vlákna (5 μm) •Z 10-300 elementárních vláken vzniká svazek – kolagenní vlákno •Stárnutím kolagenu roste jeho nerozpustnost – vznik intra a intermolekulárních příčných vazeb C:\!tom\deda\obrázky\10.JPG Shrnutí 1)Co je základní stavební kámen bílkovin? 2)Co je to aminokyselina? 3)Jak z AMK vzniká polypeptid? 4)Jaké jsou charakteristické AMK kolagenu? 5)Co si představujete pod pojmy hlavní a vedlejší řetězec polypeptidu? 6)Kde vznikají vodíkové můstky? 7)Jaké struktury bílkovin znáte? 8)Co je to α-helix, β-skládaný list, tiple-helix? 9) 2) Výroba usní a pergamenů •Terminologie •Výroba usně •Výroba pergamenu •Koželužské suroviny • https://www.youtube.com/watch?v=0AWLWeX35YQ Opakování 1.Které vrsty tvoří kůži? 2.Co je myšleno pojmem „lícová kresba“? 3.Co ovlivňuje poměr vrstev škáry? 4.Proč je důležité znát topografii kůže? 5.Čím se kůže liší v rámci jednoho druhu? 6.Čím se kůže liší mezidruhově? 7.Které chemické látky tvoří kůži? 8.Co je základní stavební kámen bílkovin? 9.Co je to aminokyselina? 10.Jak z AMK vzniká polypeptid? 11.Jaké jsou charakteristické AMK kolagenu? 12.Co si představujete pod pojmy hlavní a vedlejší řetězec polypeptidu? 13.Jaké struktury bílkovin znáte? 14.Jaké jsou hlavní bílkoviny kůže? 1) • • • • • KŮŽE vs USEŇ vs PERGAMEN •Kůže je pokrývka těla obratlovců •Čerstvě stažená kůže je velmi nestabilní surovina. •Získání stability odstranění snadno degradovatelných částí. •Procesem úpravy surové kůže je zvýšena hydrotermální stabilita a odolnost vůči mikrobiálnímu napadení. •Ze surové kůže získáváme useň, pergamen nebo kožešinu. • •Useň je vyčiněná kůže. •Podle způsobu zpracování ji dělíme např. na bílé jirchy, třísločiněné, zámišové aj. • •Pergamen se získává z nevyčiněné, pouze loužené a odchlupené kůže, a to většinou z ovcí, koz a telat. Po opracování se ještě vlhké napínají na rámy. • •Kožešina je vyčiněná kůže se srstí na lícové straně • Historie zpracování kůže •Z nejstarších člověkem zpracovávaných materiálů •Oděvy, přístřešky, vaky, řemeny, provázky •Nejstarší nepřímé důkazy ve formě nástěnných maleb, nástroje z kamene a kostí (jehly, šídla, nože): –35 000 př.n.l. –1 500 př.n.l. –vykopávky v Pompejích •15 činicích jam o průměru 1,5 m a hloubce 1,2 m •Nejstarší písemná zmínka – Chammurapiho zákoník, cca 1800 př.n.l. • •Nejstarší přímé důkazy zpracování kůží •4900 – 4500 př.n.l. – fragmenty usní, (Schnidejoch, Švýcarské Alpy, výzkum 2004 – 2009) • •Nejznámnější •3300 př.n.l. – mumie Ötzi, oblečen v kožešinových kalhotách, kabátě, čepici, botách,… (Hauslabjoch, Tyrolské (Ötztal) Alpy, nalezen 1991) Shrnutí 1)Jaký je rozdíl mezi kůží a usní? 2)Od kdy se kůže zpracovává? 3)Jaké jsou nejstarší doklady zpracování kůží? Od kůže k usni C:\!tom\deda\obrázky\24.JPG Námok – odstranění konzervovadel (např. NaCl) a povrchových nečistot. Loužení – narušuje spojení srsti a dalších keratinových bílkovin se škárou; štěpení disulfidických příčných vazeb keratinu; modifikuje se kolagen, který je pak volnější a prostupnější pro chemikálie; nedochází k odstranění elastinu. Výsledkem je tzv. holina. Odvápňování – upravuje pH vyloužené alkalické kůže s cílem neutralizovat silné zásady; snižuje stupeň botnání. Moření – proteolytické enzymy rozpouštění degradovaných produktů bílkovin; rozpouští nebo rozrušuje elastinové vazivo. Mízdření – odstranění podkožního vaziva. Omykání – mechanické čištění líce od zbytků chlupových kořínků pokožky, pigmentů a jiných polorozpustných nečistot uvolněných loužením. Štípání – u tlustších kůží za účelem snížit a vyrovnat tloušťku. PŘEDÚPRAVA KŮŽE Třísločinění •Z nejstarších způsobů – již ve starém Egyptě •Třísliva získávaná z plodů, listů, kůry rostlin – kaštan, dub, smrk, mimosa, sumach •Třísloviny •nemají přesně definované chemické složení •mají svíravou chuť, sráží bílkoviny a alkaloidy a vyčiňují kůži •Ts – 70-90 °C •Z chemického hlediska vícesytné fenoly • •Interakce kolagen-tříslivo •Prostřednictvím H-vazby mezi fenolovým OH a CONH • • Třísloviny se dělí na: •Hydrolyzovatelné (pyrogallové) •Schopnost hydrolyzovat se •Sacharid + kyselina 3,4,5-trihydroxybenzoová •Gallotaniny (sumach, tara) •Ellagotaniny (kaštan, dub, duběnky) • • • •Kondenzované (katecholové) •Flavonoidy tvořící působením kyselin flobafeny •Mimosa, quebracho, smrková kůra •Méně stabilní než hydrolyzovatelné •U většiny rostlinných třísliv oba druhy zároveň https://www.tannins.org/tannin-in-nature/ https://www.silvateam.com/en/ Chromočinění •cca od 70. let 19. stol., dnes přes 90 % celkové výroby •Pouze soli Cr3+ ve formě bazické soli, např. Cr2(OH)SO4 •Takto činěná useň je velmi elastická a odolná vůči kyselému rozkladu •Ts - > 95 °C •Vazba na kolagen přes COOH, NH2, Obsah obrázku mapa Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku interiér, baseballový míček, hráč, tráva Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku baseballový míček, netopýr, hráč, míč Popis byl vytvořen automaticky Některé další způsoby činění •Činění hlinitými solemi, např. KAl(SO4)2.12H2O s přídavkem NaCl – jirchářství – bílé usně •Vazba na kolagen přes –COOH, –NH2 ale nestálá – useň není odolná vůči vodě •Nezvyšuje Ts a po namočení do vody opět přecházejí v holinu •Usně světlostálé, s vysokou pevností • •Aldehydické činění – např. kouřem, formaldehydem – již od pravěku •reakci kolagenu (–NH2) s aldehydy, případně s fenolickými sloučeninami, vzniklými hořením. •činění probíhá v mírně alkalickém prostředí. • •Tukočinění – z nejstarších způsobů, v nadbytku tuku – zámiš – již od pravěku •Tuky odstraňují vodu a zamezují zahnívání. •Tuky vhodné k činění obsahují nenasycené mastné kyseliny (např. rybí tuk, rostlinné oleje). • •Pseudočinění – dehydratace s vodou mísitelným rozpouštědlem (aceton); není stabilní, nezvyšuje Ts a po námoku do vody opět konvertuje na holinu. • •Kombinované činění PŘEDÚPRAVA USNÍ (mokrá úprava) •Ždímání – po činění a zaležení obsahuje useň asi 70 % vody, která se sníží asi na 35–45 % pro rovnoměrnější postruhování • •Postruhování – na rubové straně, k dosažení stejnoměrné tloušťky usně • •Neutralizace – neutralizace silných kyselin (především H2SO4 po činění), praním se odstraní soli a část volných kyselých složek; pomocí zásaditých prostředků, např. Na2CO3, NaHCO3, Ca(HCOO)2 aj. • •Mazání (tukování) – z nejdůležitějších operací – získat měkkost, zvýšit tažnost a zlepšit pevnost v ohybu; pomocí tukových (živočišné a rostlinné tuky, oleje vosky) aj. změkčujících látek a látkami snižujícími povrchové tření vláken ve struktuře; k zabránění slepování vláken při sušení a udržení měkkosti; zvyšuje voděodolnost a snižuje adsorpci vlhkosti a vzdušných polutantů; mazadla se vpravují natíráním nebo ponořením do roztavených tuků, tzv. likrování. Shrnutí 1)Co je to holina a jak vzniká? 2)Vysvětlete princip činění 3)Co činění způsobuje? 4)Čím lze kůži činit? 5) Opakování 2 1.Která z vrstev kůže je nejdůležitější pro koželužskou výrobu? 2.Co je základní stavební kámen bílkovin? 3.Jak z AMK vzniká polypeptid? 4.Jaké jsou charakteristické AMK kolagenu? 5.Jaké jsou hlavní bílkoviny kůže? 6.Co je to holina a jak vzniká? 7.Vysvětlete princip činění 8.Co činění způsobuje? 9.Čím lze kůži činit? 10.Jaké mohou být příčiny poškození usní a k čemu při nich dochází? 11.Co je poškození „red rot“ a black rot“ 12.Jak se jednotlivá poškození projevují – jak ovlivňují useň? 13.Jak poznáte z jakého zvířete byla useň vyrobena? 14.Jak poznáte způsob činění? 15. 15. • Od kůže k pergamenu •Nejčastěji jako psací materiál •Příležitostně již 2500 př.n.l. •V Pergamonu inovován postup (cca 250 př.n.l.) •Nejstarší písemný materiál – svitky od Mrtvého moře (cca po 200 př.n.l.) •https://www.youtube.com/watch?v=SLQB-Y97bxk&ab_channel=PiledHigherandDeeper%28PHDComics%29 •https://www.youtube.com/watch?v=n_9VS6ld51g&ab_channel=YeshivaUniversity •Nejstarší fragment pergamenu z oblasti Hebronu (cca 800 př.n.l.) • • • Historická výroba pergamenu •Krátkodobá konzervace surových kůží před zpracováním – sušením nebo solením. •Namáčení – ponoření kůže studené vody na 48 hodin s občasným zamícháním - odstranění krve, špíny, soli a rehydratace kůže. •Loužení – až asi do 8. stol. n. l. kvasné tekuté lázně z čerstvých zelených rostlinných látek. •Od 8. stol. alkalické vápenné roztoky: vápenná voda či 5–30% disperze vápna ve vodě. Alkalita vápna rozruší keratin chlupů a epidermis a chlupy mohou být seškrábány z kůže. •Odchlupení a mízdření •Sušení a škrábání– kůže upevněna dřevěnými kolíky do pravoúhlého dřevěného rámu. Plně napnutá kůže sušena vzduchem. Rychlost sušení musela být kontrolovaná, vystavení přímému slunečnímu světlu nebo rychlý pohyb vzduchu mohly způsobit poškození pergamenu. •Broušení a plnění – pemzou, křídou •Mazání , hlazení https://www.youtube.com/watch?v=2-SpLPFaRd0 https://www.youtube.com/watch?v=_TmyEiVUTlg&ab_channel=Serviceaudiovisueldel%27UNamur Současná výroba pergamenu •Místo čistých vápenných roztoků tzv. „přiostřené“ s přídavkem Na2S. Toto rychlé loužení však odebírá příliš mnoho mezivlákenné hmoty ze struktury kůže, působení roztoku může být nerovnoměrné, což může vést k perforaci kožní hmoty, vlákna jsou citlivá k narušení při mechanickém zpracování a k mikrobiálnímu napadení. •Za účelem získání homogenního pergamenu se přidává před napínáním formaldehyd. Získaný pergamen je bělejší, vrstvící efekt je méně výrazný, vláknitá struktura je tužší. •Při napínání a sušení se určitý počet vláken trhá, a to umožňuje ostatním vláknům uspořádat se do vrstev rovnoběžných s povrchem. Mezivlákenná hmota je stlačena rovnoměrně kolem vláken a tak i uschne. Tím zpevňuje vrstvy napjatých vláken. Vznikne napjatý plošný materiál, hladký, relativně neelastický, světlý, většinou opakní. PERGAMEN USEŇ STRUKTURA vrstevnatá složitá, nepravidelně uspořádaná, vláknitá ŠTĚPENÍ snadno – na oddělené tenké vrstvy nesnadno OBSAH ČINÍCÍCH LÁTEK nulový nebo velmi nízký, jsou umístěny na spodním a vrchním povrchu velké množství činících látek rozdělených v celé vláknité struktuře SMRŠTĚNÍ smršťuje se za nižší teploty smršťuje se za vyšší teploty ABSORBCE VODY absorbuje rychle a ve velkém rozsahu může absorbovat rychle, ale ne v tak velkém rozsahu PEVNOST poměrně pevný, tuhý a méně ohebný měkčí a ohebnější KONVERZE lze převést činěním na useň většina usní nemůže být převedena v pergamen PERGAMEN vs USEŇ Shrnutí 1)Co je to holina a jak vzniká? 2)Vysvětlete princip činění 3)Co činění způsobuje? 4)Čím lze kůži činit? 5)Čím se liší výroba usně a pergamenu? 6)V čem jsou rozdíly mezi pergamenem a usní? 7) 3) Degradace kolagenních materiálů •Hydrolýza •Oxidace •Denaturace •Biodegradace • •Degradaci podléhá nejen bílkovinná část, ale i doplňkové či přidané složky jako např. činiva •Vlivy degradace –Fyzikálně chemické –Mechanické –Biologické • •Schopnost přežití v extrémních podmínkách –Rašeliniště – Tollundský muž, Dánsko, 400 př.n.l. –Permafrost – Skytská ledová princezna, Altai, 500 př.n.l. –Trvale aridní prostředí – egyptské mumie – –Mumifikace prouděním vzduchu – baron Trenck, Brno, Kapucínská krypta, † 1749 – –Běžné archeologické prostředí • •Degradace probíhá na všech úrovních makromolekuly a týká se všech složek, které jsou v materiálu obsaženy • https://www.youtube.com/watch?v=lYAz9i40pBA&ab_channel=Timeline-WorldHistoryDocumentaries https://www.youtube.com/watch?v=O6wLW3DZsss&ab_channel=TVCenter https://www.youtube.com/watch?v=9LZZk376voI&ab_channel=Timeline-WorldHistoryDocumentaries Hydrolýza •Makromolekula kolagenu se štěpí působením vody na dvě části. Na jednu část (karboxylový uhlík v peptidické vazbě) se nukleofilně váže částice OH−, zatímco na atom dusíku peptidické vazby se elektrofilně váže ion H+. • • • • •Obě tyto částice se vždy ve vodném roztoku nacházejí v jistém poměru, který pak určuje pH okolního prostředí. • •Hydrolýza peptidického řetězce se projeví výrazným snížením Mr kolagenu a následně poklesem pevnosti polymeru, vede ke ztrátě integrity a rozrušení kolagenu až na želatinový koloidní roztok. •Štěpení může probíhat až na úroveň jednotlivých AMK. • •Hydrolýza je relativně pomalým procesem, ale urychluje ji zvýšená teplota a vlhkost, zásadité i kyselé prostředí • – • https://www.youtube.com/watch?v=1-c6B8XxoJc https://www.youtube.com/watch?v=Tt9biB4I3i8 Oxidace •Následkem účinku O2, světla, tepla, radikálů s vysokou volnou energií, O3, NOX, SO3, H2O2, produkty autooxidace lipidů. •Oxidací peptidického řetězce vznikají amido- a keto- deriváty kyselin • • • •Dochází ke zkracování řetězce a poklesu Mr •Oxidací se mění prostorové uspořádání α-helixu – klesá krystalinita a makromolekula kolagenu je snáze chemicky napadnutelná •Výsledkem je AMK s kyselým řetězcem posunujícím pI do kyselé oblasti •Ztráta pružnosti, pevnosti, křehnutí, snižování pH, barevná změna, snížení Ts • Fotooxidace •Dlouhodobé působení záření vede ke štěpení řetězec a snížení pevnosti •UV záření •Nejnebezpečnější •Dostatečná energie k rozrušení vazeb v kolagenu (300–500 kJ mol−1) •Foton reaguje s O2 za vzniku aktivního volného radikálu kyslíku, který postupně reaguje s vodou za vzniku H2O2. •Foton musí být absorbován (např. červené anthokyany kondenzovaných tříslovin, v kolagenu obsažený Tyr a Phe). Ty reagují fotoaktivně a tvoří v hlavním řetězci bílkovin volná radikálová místa, což vede k degradaci hlavního řetězce •VIS – energie převedena na tepelnou energii, negativní vliv na barevnost než na samotný řetězec (Foto)Oxidaci podléhají snáze třísločiněné usně (obsahují chromofory) Kondenzované třísloviny ji urychlují. Chromočiněné a pergameny jsou odolnější Denaturace •Ztráta provázanosti vlivem chemických i teplotních činitelů •Dvoustupňový proces •Zborcení původní uspořádané struktury (triple-helix) do neuspořádaného stavu •Následný rozpad na kolagenové štěpy lišící se Mr •Poslední fází je vznik želatiny • •Nekovalentní vazby kolagenu se zahříváním štěpí, narůstá vnitřní energie a entropie systému a klesá pravidelnost uspořádání •Po překročení určité teploty dochází ke zborcení uspořádané strktury projevující se smrštěním • •Makroskopicky se projeví zkrácením až na ¼ původní délky •Způsobuje ji zvýšená teplota a vlhkost •Síťováním struktury kolagenu (činění, stáří zvířete) narůstá stabilita a narůstá i Ts respektive Td • •Ts = teplota smrštění – zkrácení, cca o 5–15 °C vyšší než Td •Td = teplota denaturace – fázová přeměna kolagen → želatina Vliv kationtů kovů •Černý rozpad „black rot“ - katalytický vliv kovů na oxidaci organických materiálů •Oxidační reakce organické látky, která je katalyzována ionty přechodných kovů. •Ionty železa a mědi tak katalyzují oxidaci kolagenu. •Jedno z nejzávažnějších poškození kolagenních materiálů •Makroskopický projev - ztráta pevnosti, křehkost a práškovatění kolagenních vláken •Nebyl zaznamenán pokles hodnoty pH. • •Příčina vzniku - přítomnost semichinonového radikálu, který vzniká z tříslovin během koželužského zpracování. Semichinonový radikál následně může snadno iniciovat oxidaci kolagenu katalyzovanou ionty přechodných kovů. •Mimoto, na vznik semichinonového radikálu má vliv typ třísloviny použité k činění usní. To je pravděpodobně příčinnou rozdílné citlivosti usní k oxidaci. •Poškození mikroorganismy, hmyzem, hlodavci •Plísně •Aerobní, uvolňují CO2, zavislé na přítomnosti cukrů, tuků, bílkovin •Jak na povrchu tak uvnitř substrátu •Plísně nenapadají přímo kolagen, ale prvotně spotřebovávají snáze dostupné tuky. •Bakterie •Ideální neutrální až slabě alkalické prostředí • • •Vznik nevzhledných skvrn, ztráta mechanických vlastností •Ovlivněno především vyšší RV, teplotou a přítomnosti O2 •Chromočiněné usně jsou odolnější než třísločiněné •Pergameny snadno podléhají biodegradaci • •Nezbytné odstranění – ochrana předmětů samotných i ochrany lidského zdraví. •Mikrobiální poškození může být také mylně považováno za minerální deposit Biodegradace Princip mikrobiodegradace •Schopnosti mikroorganismů využívat kolagenní substrát jako zdroj potravy •Konkrétně spotřebovávají dusík obsažený v peptidickém řetězci. • •Např. rod Penicillinum rozkládá vazby -C-N- a především -N-H čímž dochází ke zkracování řetězce kolagenu. • •Produkce enzymů hydrolyzujících bílkovinnou část (proteázy, Clostridium, Bacillus, Pseudomonas, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Verticillium), tukové složky (lipázy), třísloviny (tanázy) • •Kromě dusíku také různé druhy tuků, které jsou snadným zdrojem potravy pro mikroorganismy. • DEGRADACE V PŮDNÍM PROSTŘEDÍ •Vyplavování rozpustných složek (krátké řetězce proteinů, sacharidy, ve vodě rozpustná činiva, některé pigmenty) •Obohacení látkami z okolí (organické sloučenin z rostlin, anorganické složky okolní půdy (anorganické soli)) Shrnutí 1)Jaké mohou být příčiny poškození usní? 2)K čemu dochází při a)Hydrolýze b)Oxidaci c)Denaturaci 3)Jak se jednotlivá poškození projevují – jak ovlivňují useň? 4) – – a) 4) Zkoušení kolagenních materiálů •Materiálový průzkum –Určení druhu zvířete –Určení způsobu činění •Určení druhu a stupně degradace – nezbytné před čištěním, na základě stupně poškození jsou následně vybírány postupy a materiály –Smyslově –pH –Soudržnost vláken –Hydrotermální stabilita –Strukturní změny –Další možnosti – – •Dle charakteristické lícové struktury – binokulární lupa, stereomikroskop –Závisí na zachování či poškozenosti lícové vrstvy –Ovlivněno povrchovou úpravou (lakování, nubuk,…) – • • • Určení druhu zvířete •DNA analýza, MALDI • Určení způsobu činění •Spalovací zkoušky – barva popela –Třísločiněné, tukočiněné, pergamen – černý popel/škvarek, až úplné spálení –Chromočiněné – zelený popel –Hlinitočinění – bílý popel • Druh činění Ts [°C] Nečiněná kůže 58–65 Vápnem loužený kolagen 50–60 Pergamen 55–64 Tukové činění 50–63 Formaldehydové činění 63–73 Třísločinění – hydrolyzovatelné 75–80 Třísločinění – kondenzované 80–85 Bílé hlinitočiněné usně 49–63 Chromočinění 100–105 •Teplota smrštění Ts •Kapkovací zkoušky Důkaz rostlinných třísliv •Destilovanou vodou ovlhčená vlákna reagují s kapkou 1–2% (w/v) vodného roztoku FeCl3 za vývoje černého zbarvení. Třísločiněná useň Chromočiněná useň Pergamen Důkaz kondenzovaných třísliv 1)Vlákna ovlhčená 2 kapkami 1% (w/v) vanilinu v ethanolu + 2 kapky konc. HCl za vývoje tmavočerveného zbarvení. 2)Vlákna ve zkumavce s 2,4 ml okyseleného n-butylalkoholu + 40 µl 2% (w/v) roztoku NH4Fe(SO4)2·12H2O ve 2 mol dm−3 HCl. Zkumavka se zahřívá na 100 °C po dobu 50 min za vývoje oranžového až karmínového zbarvení. Myrobalan (Terminalia chebula) Vanilin n-Butanol Mimosa n-Butanol Vanilin Důkaz hydrolyzovatelných třísliv (ellagotaninů) – •Vlákna ve zkumavce se 2 ml pyridinu + 150 µl 37% HCl + 150 µl 1% (w/v) NaNO2 ve vodě za vývoje modrého zbarvení. Kaštan Další kapkovací reakce 1)Důkaz hlinitých sloučenin - vláken ovlhčená kapkou NH4OH (2 mol dm−3) + 1 kapka 0,1% (w/v) alizarinové červeni S v ethanolu + několik kapek 2 mol dm−3 CH3COOH za vývoje červeného zbarvení. 2)Důkaz hydrolyzovatelných třísliv (gallotaninů) – vlákna ovlhčená kapkou 2 mol dm−3 H2SO4 + 2 kapky 0,7% (w/v) roztoku rhodaninu v 99% (v/v) ethanolu (methanolu) + kapka 2 mol dm−3 KOH za vývoje růžového až červeného zbarvení •Infračervená spektroskopie FTIR n [cm-1] Druh vibrace Společné vibrace tříslovin ~1610* n(C=C) aromatického kruhu ~1512* n(C=C) aromatického kruhu ~1450* n(C=C) aromatického kruhu ~1210 n(C–O), δ(C–OH) ~1085* ns(C–O–C) ~1035* δ(C–H), ns(C–O) ~843 δC–H Hydrolyzovatelné třísloviny ~1735–1705 n(C=O) ~1320 ns(C–O); δ(O–H) ~1180 δ(C–O); δ(C–H) ~871* g(OH), g(C–H) ~770 g aromatického kruhu δ(C–H) Kondenzované třísloviny ~1370 δ(CH); δ(OH) ~1285 n(CO) aromatický kruh ~1160 nas(C–O) aromatického kruhu ~1113 nas(C–O–C) 976 δ(C–H) •Další metody •EDX, XRF, UV-VIS, HPLC, TLC,… Další možnosti materiálového průzkumu –Biologické napadení •Většinou není nezbytné určení konkrétních druhů, vyjma hrobové případně archeologické materiály – –Analýza dekorativních úprav •Zlacení, pigmenty, pojiva – SEM/EDX, FTIR, XRF • Vizuální zhodnocení •Oranžovo-červené zbarvení třísločiněné usně indikuje tzv. red rot (kyselé poškození). Jemným třením povrchu usně se zjistí, zda uvolňuje práškovité částice nebo zda je tuhá. •Poškození red rot má i charakteristický kyselý zápach • •Pohmatem lze odhadnout vysušení usně potřebu dotukování Stanovení pH • •Poskytuje informaci o přítomnosti volných H+ iontů, vznikajících ve vodném roztoku disociací kyselin obsažených v usni nebo hydrolýzou některých solí. •Správně vyrobená useň má hodnotu pH v rozmezí přibližně 4–5. •Při pH vyšším než 3,5 lze vyloučit přítomnost silných kyselin. •Je-li pH pod 3,0, lze předpokládat poškození usně vlivem silných kyselin. •To se projevuje práškovatěním a změnou barvy do ruda (red rot). •K takto poškozenému materiálu je nezbytné přistupovat s obzvláštní opatrností, protože i relativně malé výkyvy (především vlhkosti) mohou způsobit nevratné poškození usně. •Stanovení pH je tedy důležitou hodnotou poskytující informaci o přítomnosti volných kyselin v usni a také o stupni jejich poškození •Dle normovaného postupu se stanovuje pH vodného extraktu ponornou elektrodou. Výsledek tedy závisí na poměru koncentrace oxoniových iontů H3O+ a iontů OH− v extraktu. •Pro získání reprezentativních hodnot je nezbytné dodržet poměr množství vzorku a vody. Mezinárodně stanoveno 5 g ve 100 ml destilované vody za konstantního třepání po dobu 6–6,5 hodiny za laboratorní teploty a tlaku. •Lze i 0,25 g usně v 5 ml vody pomocí mikroelektrody. •Změní-li se poměr vzorku a vody na 1:50, dojde k odchylce výsledné hodnoty pH o 0,4. • • •Měření pH dotykovou elektrodou přímo na povrchu zkoumaného předmětu. •Povrch (lépe rub, pro případ vzniku skvrn) usně je smáčen kapkou destilované vody a v této kapce je měřeno pH. •Nevýhodou měření pH dotykovou elektrodou je získání informace pouze z povrchu. Soudržnosti vláken •Posuzuje se soudržnost a práškovatění vláken uvolněných z rubové strany pomocí tupé hrany skalpelu. •Hodnotí se podíl zastoupení vláken a prachových částic a jejich velikost. •Velmi poškozené usně jsou charakteristické vysokým podílem práškovitých částí a krátkými vlákny. –Useň v tomto stavu se snadno smrští při styku s vodou nebo dokonce pouze s vysokou vzdušnou vlhkostí, a proto u ní nelze použít konzervační zákrok založený na použití vody. •Pomocí lupy, mikroskopu, případně i bez veškerých pomůcek pouhým okem. Podle výsledků této zkoušky lze testovaný materiál rozdělit do několika tříd Kategorie Ts [°C] Soudržnost vláken 1 70–90 Vlákna velmi soudržná, dlouhá, celistvá; přítomnost prachových částic a fragmentů je způsobena odběrem vzorku 2 60–70 Vlákna soudržná, pouze lehce práškovatí; množství vláken je vyšší než množství práškovité části 3 50–60 Vlákna částečně soudržná a částečně práškovitá; obsah vláken a práškovité části je srovnatelný 4 40–50 Vlákna pouze málo soudržná a práškovitá; množství soudržných vláken je nižší než množství práškovité části 5 <40 Vlákna nesoudržná, práškovitá nebo malé jehličky P1010005a P1010006a P1010013a IMG_5781 Teplota smrštění •Na základě Ts je možné usně rozdělit do 5 skupin podle úrovně poškození •Vztahy mezi Ts a soudržností vláken jsou vzájemně propojené (viz tab Soudržnosti). •Vysoce organizované molekuly kolagenu zahřátím ve vodě na přibližně 60 °C tuto organizovanost ztrácejí, dochází ke ztrátě vlákenné struktury a ke smrštění či želatinizaci. Při silném poškození může k želatinizaci, až úplnému rozpuštění, dojít při přímém kontaktu s vodou, a to již při pokojové teplotě. •Stanovení Ts lze využít ke zhodnocení stupně poškození a kvality kolagenního substrátu •Znalost Ts má významný vliv na určení trvanlivosti a rychlosti poškozování usní. Čím vyšší Ts tím vyšší fyzikální a chemická stabilita, a tím i vyšší odolnost vůči degradaci. •Pokud je Ts < 45 °C nesmí přijít useň do kontaktu s vodou a je potřeba dbát zvýšené opatrnosti na hodnoty RV a T • Možnosti stanovení teploty smrštění •Standardizovaná metoda dle ISO •Mikroskopické stanovení •Termální metody (DSC, TGA,…) Kategorie Ts [°C] Soudržnost vláken 1 70–90 Vlákna velmi soudržná, dlouhá, celistvá; přítomnost prachových částic a fragmentů je způsobena odběrem vzorku 2 60–70 Vlákna soudržná, pouze lehce práškovatí; množství vláken je vyšší než množství práškovité části 3 50–60 Vlákna částečně soudržná a částečně práškovitá; obsah vláken a práškovité části je srovnatelný 4 40–50 Vlákna pouze málo soudržná a práškovitá; množství soudržných vláken je nižší než množství práškovité části 5 <40 Vlákna nesoudržná, práškovitá nebo malé jehličky Standardizovaná metoda měření Ts •Počáteční teplota smrštění usní hraje významnou úlohu v určení trvanlivosti a rychlosti poškozování usní: • •vyšší počáteční teplota smrštění znamená vyšší fyzikální a chemickou stabilitu a tím i vyšší ochranu vůči poškození materiálu. • •V České republice se stanovuje podle normy ČSN EN ISO 3380 ve speciálním zkušebním přístroji. •Nevýhodou této tradiční metody jsou rozměry zkušebního tělesa 50 x 3 mm. •Proto byla vypracována modifikace stanovení teploty smrštění mikroskopicky Mikroskopické stanovení Ts (Micro Hot Table method MHT) •Nezbytný mikroskop s elektricky vyhřívaným stolkem s řízeným zahříváním (bodotávek) •Vlákna usní, odebraná z rubové strany, se umístí na konkávní mikroskopické sklíčko a zakápnou destilovanou vodou. •Po kompletní hydrataci vláken (asi 10 min) a rozvláknění na menší fibrily se preparát umístí do vyhřívané cely nebo položí na vyhřívaný stolek a sleduje při 40–50násobném zvětšení a při konstantní rychlosti 2 °C ∙ min−1. •Každý vzorek by měl být změřen minimálně 3×. •Silně poškozený kolagen se nemusí projevovat vizuálně (předželatinizace). To může vést k transformaci vláken na želatinu při kontaktu s vodou za mírně zvýšené či pokojové teploty. Toto nevizuální poškození může být rizikem během konzervace, např. při lepení, kdy se useň rozpadne na zčernalou hmotu • •Smrštění je popsáno několika intervaly Vyhodnocení teplotních intervalů •V intervalech A1 i A2 je pozorováno pouze nahodilé smršťování individuálních vláken. •V intervalech B1 a B2 smrštění jednoho vlákna je ihned následováno smrštěním dalšího vlákna. •V hlavním intervalu C se smršťuje většina vláken najednou. •Počátek intervalu C odpovídá Ts. •Některé z intervalů A či B mohou v průběhu smršťování chybět. V extrémních případech může chybět i hlavní interval C, pak je za Ts označován počátek intervalu B1. •Kromě samotné Ts je potřeba brát v úvahu celý interval smrštění. Stukturní změny a druh poškození •Skenovací elektronová mikroskopie SEM •Umožňuje odhalit slábnutí a rozklad struktury kolagenních vláken a monitorovat úroveň poškození, vliv prostředí a účinnost konzervace na strukturu kolagenního substrátu. •Lze sledovat, jak obecné rysy povrchové struktury rubové i lícové strany, tak tvary snopců vláken přes jednotlivá vlákna až na úroveň fibril, kdy je při vysokém zvětšení viditelné i příčné pruhování •Z příčných řezů je u nových a málo poškozených usní možné odlišit papilární a retikulární vrstvu, sledovat uspořádání svazků a změny v mezivlákenné struktuře. •Nepoškozená kolagenní vlákna by měla být celistvá s jasně danými konturami a ostře ohraničenými okraji. •Pergameny vykazují následující poškození –zbotnalá (swelling), do sebe splývající či „roztátá“ (fusion) až po úplně „slitá“ (glossy surface) s lesklým povrchem (melt-like), tedy sklovitého či roztátého vzhledu s popraskaným povrchem. –Různý stupeň fragmentace vláken až po velmi poškozený povrch s oddělenými vrstvami či se smrštěním vláken. Počet bodů Stálost (persistence) vlákenné sítě Sklovitý či zrnitý povrch 1 Vlákna s dobře pozorovatelnými okraji a konturami Počáteční sklovatění (melt-like) 2 Zbotnalá a zakulacená (oblá) vlákna Výrazné sklovatění (glossy surface) 3 Scvrklá/smrštěná vlákna s počátečním kulovitým vzhledem (globular aspect) Zesklovatění povrchu s krakelami 4 Fragmentovaná vlákna Zesklovatění a oddělené vrstvy •Druh poškození přímo ovlivňuje tvar a vzhled vláken. •Ze vzájemných vztahů mezi morfologií a druhem poškozením lze usuzovat, o jaké poškození se jedná: •sklovatění je projevem želatinizace, •smršťování odpovídá silné dehydrataci, •fragmentace vláken je spojena s hydrolýzou a •zrnitý povrch vypovídá o ztrátě strukturního řádu • Infračervená spektroskopie FTIR •Uspořádání vhodná v oblasti Conservation Science - ATR-FTIR, μATR-FTIR, DRIFT, infračervená mikroskopie •Sledování změn konformace sekundární struktury kolagenu •Při studiu reálných vzorků kolagenních materiálů hraje významnou roli i jejich úprava, např. činění, kdy dochází k umělému zavádění příčných vazeb do kolagenní struktury Vlnočet Interpretace pásu 3450 δ(OH) 3310–3280 Amid A ν(NH); 3100–3030 Amid B ν(NH) – Pro, Hyp 2960–2930 Amid B νas(CH2), νas(CH3) 2880 Amid B νs(CH2), νs(CH3) 1650–1630* Amid I ν(C=O) 1550–1530* Amid II δ(NH); ν(CN) 1450* δ(CH2), δ(CH3) 1400 ν(C=O), δ(C–O–H), δ(NH2) 1350–1200 Amid III n(CN), δ(NH) 1080+1030* n(CO), n(C–O–C) 890–870 ν(CC) 720–700 Amid V δ(NH) ν: valenční vibrace; δ: deformační vibrace; s: symetrická; as: asymetrická; označení „*“ vyjadřuje vzájemný překryv pásů kolagenu a tříslovin •Některé vazby se překrývají, jiné jsou charakteristické. Díky překryvům může docházet k posunům některých vibrací, např.: •AI (~1650 cm−1) se vlivem navázaných tříslovin (~1605 cm−1) posouvá k nižšímu vlnočtu. V případě usní je tedy výsledná poloha AI jejich kombinací a projevuje se maximem absorpčního pásu kolem ~1630 cm−1. •AII (~1550 cm−1) vlivem činiva (~1515 cm−1) dochází k posunu výsledného pásu (~1540 cm−1). •Vysoký obsah tříslovin tedy způsobuje posun k nižším vlnočtům Stanovení obsahu vlhkosti •Obsah vlhkosti by měl být v rozmezí 10–15 %, maximálně však 18 %. •Obsah vody v usni je kromě použitých výrobních postupů a materiálů závislý také na RV okolního prostředí. •Má-li useň méně než 10 % obsahu vody, stává se křehkou a lámavou a je nezbytné tukování • •Možnosti stanovení •Sušením do konstantní hmotnosti při 102 °C (ISO norma) •Dotykovými přístroji (vlhkoměry) s vhodnou sondou, např. Aquaboy https://www.youtube.com/watch?v=9180lBugMJ8&ab_channel=hclasia https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=QZPh2JgW6u4&ab_channel=NgocVu Další možnosti studia kolagenních materiálů •Určení fyzikálně-mechanických vlastnosti –Stanovení pevnosti v tahu a protažení aj. –Dle ISO norem –Závisí na místě odběru, vždy vzorky obou směrů (rovnoběžně a kolmo ke hřbetní čáře) • •Kolorimetrická měření – určení změny barevnosti • •Chemické analýzy -Vypovídají především o kvalitě -Dle ISO norem -Stanovení obsahu síranů, tuků, vlhkosti, dusíku, taninů, AMK složení, … Chromatografické metody oAminokyselinová analýza – HPLC – bazické a kyselé aminokyseliny, změny v primární struktuře kolagenu oGelová permeační chromatografie oGC-MS – rozkladné produkty kolagenu Elektromigrační separační metody o2D elektroforéza – změny v izoelektrickém bodě a molekulové hmotnosti kolagenu oSDS-PAGE elektroforéza – změna polymeračního stupně kolagenu Metody termické analýzy oTermická mikroskopie – teplota smrštění oDSC – teplo a denaturace a změna entalpie oDalší – TA,DTA,DTMA (dynamická termomechanická analýza) Spektroskopické metody oFT Ramanova spektroskopie – sekundární uspořádání kolagenového řetězce oKolorimetrie – změna barevnosti oEPR spektroskopie - spektroskopie elektronové paramagnetické rezonance – sledování vzniku, reakcí a rozpadu volných radikálů oNMR spektroskopie - změny aminokyselin Skenovací elektronová mikroskopie s EDS analýzou – morfologické změny struktury Základní vyhodnocení stavu třísločiněných usní •Usně pouze s mírně degradovanou strukturou materiálu –pH > 4 –soudružnost vláken ve třídě 1-2 –Ts > 45 °C – •Usně ve vyšším stupni degradace –pH < 4 –soudružnost vláken ve třídě 3 –Ts < 45 °C • Shrnutí 1)Co zjistíte vizuálním hodnocením? 2)Jak budete měřit pH na sbírkovém předmětu a o čem získaná hodnota vypovídá? 3)Jakou hodnotu pH považujeme za mezní? 4)Jak připravíte vzorek pro určení soudržnosti vláken? Jak získanou informaci vyhodnotíte? 5)Jak lze měřit teplotu smrštění Ts? 6)Kolik intervalů při měření Ts zaznamenáváme? 7)Jakou hodnotu Ts považujeme za mezní? 8)Kolik vody by mělo být obsaženo v kolagenních materiálech? 9)Co se stane když je obsah vody nižžší než 10 %? Co je potřeba dělat? 10)Jakými zkušebními metodami zjistím zda je useň v dobrém/degradované stavu? 11)Jaké jsou jednotlivé hodnoty? 12) 12) 12) 5) Konzervování •Desinfekce •Fotodokumentace •Zhodnocení stavu materiálu •Čištění •Tukování •Lepení a další opravy • •Parami – nejčastěji v parách 80-95% n-butylalkoholu •Roztoky biocidů – Ajatin, Septonex, Preventol O extra •Nepoužívat thymol – tmavnutí •Desinfekční přípravky mohou být součástí tukovacích směsí • •Nepoužívat vymrazování! Desinfekce Fotodokumentace •Vždy před zásahem – ve stavu v jakém se materiál dostane do dílny/laboratoře •V průběhu – především pokud jsou dělány nějaké větší zásahy, např. lepení apod. •Výstupní – dokumentace výsledného stavu a vzhledu jak předmět skutečně vypadá po zásahu • •Vždy s měřítkem a evidencí Zhodnocení stavu •Před jakýmkoli zásahem by nejprve měl být materiál otestován a zjištěn stupeň degradace •V závislosti na výsledcích konzervátor vyhodnotí úroveň degradace a vybere vhodný postup konzervace •Alespoň základní zkoušky –pH –Koherence –Ts •Ideálně určit i materiál (pro případ restaurování, důležité info pro kurátory) Čištění •Výběr přípravků a postupu v závislosti na úrovni degradace •Useň by během čištění neměla být příliš promáčena vodou – může dojít ke ztvrdnutí, smrštění a popraskání •Rizikové je čištění jak silně degradovaných usní tak např. zámišových usní •Bělení – ne! • •Mechanicky (suché) – oprášení na sucho kartáčkem, vakuovým štětcem, vysavačem, • •Chemicky (mokré) – rozpustnost povrchové úpravy •Alvolová pěna – 1% napěněný roztok anionaktivního tenzidu – pouze usně s mírným stupněm degradace – používat pouze pěny, ne samotný roztok !! •Isopropylalkohol – 80-90% vodný roztok, silně degradované usně (pH < 3,5 a Ts < 45 °C) • • • Tukování •Následuje ihned po čištění kdy je useň ještě mírně zavlhlá •Tukovací směs se vybírá dle míry vysušení předmětu a dle struktury lícové vrstvy •Nejčastější přípravky: •VÚK – vhodná pro usně s uzavřenějším (celistvějším) lícem – lépe penetruje, obsahuje kolem 10 % tukových složek •Britská tukovací směs – vhodná pro usně s narušenějším povrchem, kolem 30 % tukových složek •Corex TU a Corex BT – viz BTS •Směs pro bílé vazební usně a pergameny – nezpůsobuje barevnou změnu (žloutnutí) •Nanášení štětcem, směs mírně nahřátá (cca 30 °C) – rozpuštění tuků •Vhodné je nanášet směs v menším množství postupně ve více vrstvách •Přebytek tukovací směsi se následně odstraní přeleštěním např. flanelovým hadříkem • Lepení, doplňování, opravy •Lepení •Vyzina – rybí klih – velmi tvrdý spoj, komplikovanější rozpouštění i odstranění •Methylceluloza – 3% vodný roztok Tylose MH6000 – rozpustná ve vodě, reversibilní, pružný spoj •Konsolidace •Klucel G (1–2% roztok v EtOH nebo isopropylalkoholu), •SC6000 + Klucel G + 2% EtOH v poměru 1:1:1 •Opravy a doplňování •Odstranění starých oprav •Zcelení trhlin, prasklin, prořezaných míst - podlepením •Ztenčenou (zbroušenou) usní nebo pergamenem •Japonským papírem •Pergamenové lepidlo – „dolévání“ pergamenu • –Doplňování se obecně příliš neprovádí ani nedoporučuje – ačkoli je použit stejný materiál, může se tento chovat jinak než zbytek předmětu (hygroskopicita, pnutí,…) • Poznámky ke konzervování •Pracovat v rukavicích •Konzervační činidlo nanášet v menším množství – raději opakovaně - více slabších vrstev než jeden silný nános činidla Odkazy https://www.youtube.com/watch?v=85SgJz9vf2E https://leatherworking.wonderhowto.com/how-to/apply-leather-dressing-dry-leather-bound-book-217783/ http://www.vam.ac.uk/content/journals/conservation-journal/autumn-2014-issue-62/all-that-glitters-c onservation-of-a-gilt-leather-chasuble/ https://www.youtube.com/watch?v=9I2a1zuJznU&ab_channel=BBCStudios PREVENTIVNÍ KONZERVACE •Relativní vlhkost prostředí •Nízká vlhkost < 40% – přesušení, snížení mechanické odolnosti, křehnutí a praskání •Vysoká vlhkost > 65 % – biologická degradace (růst mikroorganismů) •Rychlé změny vlhkosti – mechanické poškození • •40-60 % RV, optimum 50-55%, konstantní • •Teplota •T > 25 °C – urychlení chemické degradace (v kombinaci c vysokou RH i mikrobiální napadení) •Vyvolává oxidaci a urychluje hydrolýzu kolagenních materiálů. •Mráz – popraskání kolagenních vláken – zhoršení mechanické odolnosti • •12-20 °C, optimum 12-18 °C –Světlo •Vyloučit UV-VIS – způsobuje degradaci, křehnutí, vyblednutí •Osvětlení •barevné do 50 lx, •nebarevné do 200 lx, •deponované bez osvětlení • •Prach •Nebezpečí mikrobiálního a chemického poškození. •Mechanické čištění kolagenních materiálů ve vyšším degradačním stupni je často poškozuje. •Maximálně omezit vnikání prachu do depozitářů - omezení vstupu, prachotěsnost, klimatizace s filtry • • Polutant Navrhovaný limit Srovnávací hodnoty Doporučení WHO μg.m-³ μg.m-³ μg.m-³ Citlivé materiály Ostatní Přirozená hladina v ovzduší Město NO2 < 0,1 – 5 3,8 – 19,1 0,4 – 9,3 19,1-90 199 (1hod) 40,2 (celoročně) SO2 < 0,11 – 1,1 1,1 – 5,3 2,7 - 37 5,3 - 251 506 (10 min) 50,6(celoročně) O3 < 0,1 1 - 10 2 - 200 130 - 290 60 (8 hod) Polutanty z vnějších zdrojů nacházející se uvnitř budovy Zdroj: Monitoring for Gaseous Pollutants in Museum Environments, C.M.Grzywacz, Getty Conservation Institut Obecná pravidla •Zamezit prudkým výkyvům T a RH •Zamezit přístupu prachu – ulpívání na povrchu, urychlení chemické degradace, možný zdroj mikroorganismů •Omezit zbytečný osvit • •Pracovat v rukavicích •Uložení pergamenů – v horizontální poloze •Pravidelná kontrola stavu •