본고는 우리나라 청색계 염재인 쪽과 황색계 염재인 울금, 치자, 황련, 황벽으로 염색한 청색, 녹색계열의 직물편에 대한 비파괴 자외-가시광 분광 분석 및 3차원 형광 분광 분석 내용이다. 직물의 종류에 따라 각 염재의 분석결과에 영향을 주는지 여부를 확인하기 위하여 견과 면에 염색한 직물시편을 제작하였다. 염색 직물편에 대한 자외-가시광 반사도 측정 결과 쪽으로 염색한 경우 직물의 종류에 관계없이 쪽의 고유한 반사 스펙트럼이 나타났다. 녹색 계열의 직물은 3차원 형광 분광 분석결과 직물의 영향없이 황색 염재인 울금, 황련 및 황벽의 고유한 형광 스펙트럼이 확인되나 치자 및 쪽의 형광 스펙트럼은 나타나지 않았다. 이와 같은 결과는 견이나 면에 염색된 청색 및 녹색 염료의 종류를 규명하는 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
본고는 우리나라 청색계 염재인 쪽과 황색계 염재인 울금, 치자, 황련, 황벽으로 염색한 청색, 녹색계열의 직물편에 대한 비파괴 자외-가시광 분광 분석 및 3차원 형광 분광 분석 내용이다. 직물의 종류에 따라 각 염재의 분석결과에 영향을 주는지 여부를 확인하기 위하여 견과 면에 염색한 직물시편을 제작하였다. 염색 직물편에 대한 자외-가시광 반사도 측정 결과 쪽으로 염색한 경우 직물의 종류에 관계없이 쪽의 고유한 반사 스펙트럼이 나타났다. 녹색 계열의 직물은 3차원 형광 분광 분석결과 직물의 영향없이 황색 염재인 울금, 황련 및 황벽의 고유한 형광 스펙트럼이 확인되나 치자 및 쪽의 형광 스펙트럼은 나타나지 않았다. 이와 같은 결과는 견이나 면에 염색된 청색 및 녹색 염료의 종류를 규명하는 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
This study concerns UV-Vis spectrophotometry and 3D-fluorescence spectrophotometry analysis of textile parts of blue and green tones dyed with indigo of blue tone and turmeric, gardenia, goldthread and amur cork tree of yellow tone. In order to verify whether the kinds of textiles affected analysis ...
This study concerns UV-Vis spectrophotometry and 3D-fluorescence spectrophotometry analysis of textile parts of blue and green tones dyed with indigo of blue tone and turmeric, gardenia, goldthread and amur cork tree of yellow tone. In order to verify whether the kinds of textiles affected analysis result of each dye, silk and cotton textile samples were produced. According to the analysis of the degree of reflection of UV-Vis spectrophotometry, unique reflection spectrum of indigo appeared regardless of the kinds of textiles when they were dyed with indigo. As for textiles of green tone, the 3D-fluorescence spectroscopic analysis result showed that unique spectrums of yellow dyes, turmeric, goldthread and amur cork tree appeared regardless of the kinds of textiles but the fluorescence spectrums of gardenia and indigo did not appear.
This study concerns UV-Vis spectrophotometry and 3D-fluorescence spectrophotometry analysis of textile parts of blue and green tones dyed with indigo of blue tone and turmeric, gardenia, goldthread and amur cork tree of yellow tone. In order to verify whether the kinds of textiles affected analysis result of each dye, silk and cotton textile samples were produced. According to the analysis of the degree of reflection of UV-Vis spectrophotometry, unique reflection spectrum of indigo appeared regardless of the kinds of textiles when they were dyed with indigo. As for textiles of green tone, the 3D-fluorescence spectroscopic analysis result showed that unique spectrums of yellow dyes, turmeric, goldthread and amur cork tree appeared regardless of the kinds of textiles but the fluorescence spectrums of gardenia and indigo did not appear.
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문제 정의
본 연구에서는 고대 천연 염료의 비파괴 조사를 위한 전통 염재의 데이터베이스 구축 작업의 일환으로, 황색계 염료와 적색계 염료에 대한 과학적 조사에 이어 청색과 녹색 염료에 대한 분석 데이터를 확보하고자 하였다[12,13]. 청색은 전통적으로 많이 사용되었던 쪽으로 염색하여 시편을 제작하였고, 녹색은 쪽으로 먼저 염색 후 다양한 황색 염료로 염색하여 시편을 제작하여 형광 및 자외-가시광 분광 분석을 수행하였다.
가설 설정
천연염료는 식물 또는 동물의 세포 조직 등에서 얻으며 여러 가지 성분을 함유하고 있어 산지, 생육환경, 채취시기 등 여러 가지 요인에 따라 얻어지는 색조에 차이가 있다[15]. 따라서 본 실험을 위해 제작한 염색 직물의 색조는 전통적 색상과 차이를 보일 수 있으나 염료성분이 시편에 잘 염착되었다는 가정하에 수행하였다.
제안 방법
녹색 계열의 시편은 청색으로 염색한 직물을 건조 후 황색 계통의 염재로 염색하여 제작하였다. 황색 계통은 먼저 2010년에 보고한 황색계 전통염료인 울금, 치자, 황련, 황벽을 이용하여 동일한 방법으로 염색하였다.
청색 시편은 견과 면직물을 쪽(indigo)으로 염색하여 제작하였다(Figure 2). 녹색 시편은 먼저 쪽으로 염색한 후 황색계 염재인 울금(Turmeric), 치자(Gardenia), 황련(Goldthread), 황벽(Amur cork tree)으로 염색하여 제작하였다(Figure 3). 이때 직물편의 시료명은「염재/직물」의 영어 대문자로 표기하였다.
2. 분석 대상
대조군으로 무염색 견(silk)과 면(cotton)을 선정하여 직물의 영향을 평가하였다(Figure 1). 청색 시편은 견과 면직물을 쪽(indigo)으로 염색하여 제작하였다(Figure 2).
분석대상 염직물은 특별한 전처리 없이 자외-가시광 분광기(UV-Vis spectrophotometer, U-4100, Hitachi)를 사용하여 반사율을 측정하였다. 또한 3차원 형광분광기(3-dimension fluorescence spectrophotometer, F-7000, Hitachi)를 사용하여 염직물의 형광(fluorescence) 스펙트럼을 얻었으며, 분석 조건은 Table 1과 같다.
분석대상 염직물은 특별한 전처리 없이 자외-가시광 분광기(UV-Vis spectrophotometer, U-4100, Hitachi)를 사용하여 반사율을 측정하였다. 또한 3차원 형광분광기(3-dimension fluorescence spectrophotometer, F-7000, Hitachi)를 사용하여 염직물의 형광(fluorescence) 스펙트럼을 얻었으며, 분석 조건은 Table 1과 같다.
염직물의 색도는 색도계(CR-200, Minolta)로 CIE Lab 색공간에 따른 L, a, b 값을 측정하였으며 3회 측정하여 평균값을 구하였다. 명도는 L이며 색상은 a, b이다.
우리나라 고대 전통 염재인 쪽, 울금, 치자, 황련 및 황벽으로 염색한 청색 계통의 직물과 녹색 계통의 직물에 대해 자외-가시광 및 3차원 형광 분광 분석한 결과 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
염직물의 색도, 자외-가시광 분광 및 형광 분광 분석 결과는 Table 2에 정리하였다. 자외-가시광 분광기로 측정한 염직물의 반사 스펙트럼은 증가하기 시작하는 변곡점을 2차 미분(second-derivative)하여 확인하였다. 또한 염직물의 형광 스펙트럼의 경우 직물에서 특징적으로 흡수하는 광의 파장(여기파장; λex)은 등고선의 세로축에, 물질에서 방출되는 광의 파장(형광파장; λem)은 등고선의 가로축에 각각 나타나며, 특징적인 스펙트럼 패턴은 피크 λex/λem으로 나타내었다.
본 연구에서는 고대 천연 염료의 비파괴 조사를 위한 전통 염재의 데이터베이스 구축 작업의 일환으로, 황색계 염료와 적색계 염료에 대한 과학적 조사에 이어 청색과 녹색 염료에 대한 분석 데이터를 확보하고자 하였다[12,13]. 청색은 전통적으로 많이 사용되었던 쪽으로 염색하여 시편을 제작하였고, 녹색은 쪽으로 먼저 염색 후 다양한 황색 염료로 염색하여 시편을 제작하여 형광 및 자외-가시광 분광 분석을 수행하였다.
녹색 계열의 시편은 청색으로 염색한 직물을 건조 후 황색 계통의 염재로 염색하여 제작하였다. 황색 계통은 먼저 2010년에 보고한 황색계 전통염료인 울금, 치자, 황련, 황벽을 이용하여 동일한 방법으로 염색하였다. 쪽물을 들인 후에 잘 말려서 잿물을 완전히 뺀 직물을 울금, 치자, 황련, 황벽을 각각 끓인 염액에 다시 염색한 다음 수 차례 수세하여 상온에서 건조시켰다.
대상 데이터
옛 문헌에 전해지는 염색방법은 색의 농담이나 색상에 따라 염재의 사용량 등이 다르고, 섬유의 종류에 따라서도 염색 조건이 다르다. 따라서 분석 시편 제작을 위한 염색은 전통염색법을 토대로 하되 오늘날 계량화 된 방법에 따라 손쉽게 구할 수 있는 재료를 사용하였다[14]. 직물은 견 및 면을 사용하였고, 매염제는 사용하지 않았다.
쪽 염색을 하기 위해서는 쪽에 포함된 인디칸을 인디고로 만드는 산화와 환원이라는 화학적인 변화를 거쳐야 한다. 이를 위해 기존의 현대화된 방법 중 가성소다(Na2OH)와 하이드로설파이트(Sodium Hydrosulphite, Na3SO4)를 사용하여 염색하였다. 1 L의 증류수에 분말형태의 쪽(5 g)을 넣어 잘 섞어주고, 소다회(11 g)를 넣어 pH를 10~11로 유지하고 하이드로설파이트(7 g)을 첨가하여 환원시켰다.
성능/효과
1. 쪽으로 염색한 청색 계통의 직물은 자외-가시광 분광 분석 결과 직물의 종류에 관계없이 반사율 변화가 나타나는 파장은 690 ~ 694 nm 부근이며, 3차원 형광 스펙트럼에서는 특징적인 피크가 확인되지 않았다.
2. 쪽으로 염색 후 황색 염료로 염색한 녹색 계통의 직물은 자외-가시광 분광 분석 결과 모두 688 ~ 698 nm에서 반사율의 변화가 확인되며 이는 쪽의 고유한 특성으로 판단된다.
3. 녹색 계통의 직물은 3차원 형광 스펙트럼에서 특징적인 패턴이 확인되었으며 이는 황색 염료의 영향으로 확인되었다.
4. 쪽 염색 후 울금으로 염색한 녹색 계통의 직물은 3차원 형광 스펙트럼에서 직물의 종류에 관계없이 λex436 ~ 438 nm/λem508 ~ 519 nm에서 1개의 피크가 확인되었으며 이는 울금의 고유 특성으로 판단된다.
5. 쪽 염색 후 치자로 염색한 녹색 계통의 직물은 3차원 형광 스펙트럼에서 특징적인 피크가 관찰되지 않았다.
6. 쪽 염색 후 황련으로 염색한 녹색 계통의 직물은 3차원 형광 스펙트럼에서 직물에 관계없이 λex358 ~ 370 nm/λem524 ~ 523 nm와 λex429 ~ 443 nm/λem512 ~ 532 nm에서 2개의 피크가 확인되었으며 이는 황련의 고유 특성으로 판단된다.
7. 쪽 염색 후 황벽으로 염색한 녹색 계통의 직물은 3차원 형광 스펙트럼에서 직물에 관계없이 λex356 ~ 370 nm/λem513 ~ 512 nm와 λex423 ~ 432 nm/λem511 ~ 512 nm에서 2개의 피크가 확인되었으며 이는 황벽의 고유 특성으로 판단된다.
이상의 결론에서 청색 계통의 직물은 자외-가시광 분광 분석으로 쪽의 염색 가능성을 비파괴적으로 확인할 수 있다. 또한 녹색 계통의 직물 역시 자외-가시광 분광 분석을 통해 쪽의 염색 여부를, 3차원 형광 분석으로 황색 염료인 울금, 황련 및 황벽의 염색 가능성을 비파괴적으로 확인 할 수 있었다. 앞으로 이와 같은 분석 결과를 바탕으로 고대 염직물에 대한 비파괴 분석의 기초자료로 활용되기를 기대한다.
이상의 결론에서 청색 계통의 직물은 자외-가시광 분광 분석으로 쪽의 염색 가능성을 비파괴적으로 확인할 수 있다. 또한 녹색 계통의 직물 역시 자외-가시광 분광 분석을 통해 쪽의 염색 여부를, 3차원 형광 분석으로 황색 염료인 울금, 황련 및 황벽의 염색 가능성을 비파괴적으로 확인 할 수 있었다.
후속연구
또한 녹색 계통의 직물 역시 자외-가시광 분광 분석을 통해 쪽의 염색 여부를, 3차원 형광 분석으로 황색 염료인 울금, 황련 및 황벽의 염색 가능성을 비파괴적으로 확인 할 수 있었다. 앞으로 이와 같은 분석 결과를 바탕으로 고대 염직물에 대한 비파괴 분석의 기초자료로 활용되기를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3차원 형광 분광법이란?
3차원 형광 분광법은 유기분자가 빛을 받으면 특정 파장을 흡수하여 전자 천이에 의해 형광을 발생하는 것을 이용한 분석법이다. 스펙트럼에서 세로 좌표는 여기파장을, 가로 좌표는 방출파장을 나타내며 2차원의 좌표상에 등고선으로 나타난다.
자외-가시광 분광법의 특징은?
자외-가시광 분광법은 염료 분자가 가시광 영역의 빛을 특징적으로 흡수하는 성질을 이용한 것으로, 자외-가시광 반사 스펙트럼을 이차 미분하여 스펙트럼의 모양과 흡수 파장을 비교하면 염료의 종류를 판별할 수 있다.
대표적인 청색 염료인 쪽 색소의 주성분은 무엇이며 염색되는 과정은?
쪽은 인도가 원산지이며, 중국, 필리핀, 중앙 아메리카 서인도제도, 브라질, 중부 아프리카 등에서 광범위하게 재배되고 있다. 쪽 색소의 주성분은 인디칸(indican)이며, 인돌(indole)류에 속한다. 인디칸은 물속에서 가수분해되어 인독실(indoxyl)과 포도당으로 되며, 인독실이 섬유에 흡착한 후 공기 중에서 산화되면 불용성의 인디고(indigo)로 되어 염색된다.
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