아교는 나전, 목가구, 단청 등 문화재에 접착제 및 교착제로 광범위하게 사용돼 온 전통재료이다. 아교의 분석과 확인은 주로 IR에 의한 작용기의 확인을 통해 이루어졌으나 몇 가지 물질이 섞여 있는 경우 밴드의 중복 등에 의해 명확하게 아교를 확인하는데 어려움이 있다. 열분해/GC/MS분석은 소량의 시료로 열분해 산물의 화학성분을 알 수 있어 아교 등 고분자 재료의 성분을 분석하는데 유용하다. 본 연구에서는 단청 시편에서 아교를 이 방법으로 확인하고자 하였다. 우선, 단청 채색에 사용되는 아교, 동유에 대한 열분해/GC/MS 분석을 실시하여 주요하면서 특징적인 열분해산물을 확인하였다. 또한, 뇌록을 칠한 단청시편을 제작하여 열충격 시험과 인공 풍화 시험 후에 분석을 했을 때 약화가 되긴 하였지만 아교의 특징적인 peak의 검출이 가능하였다. 이로부터, 단청과 같이 다양한 재료와 풍화상태로 구성된 문화재에서 아교의 검출이 열분해/GC/MS로 가능함을 확인하였다. 아울러, 단청 시편을 IR로 분석하여 IR과 열분해/GC/MS 분석 간에 아교 검출 능력을 비교하였다.
아교는 나전, 목가구, 단청 등 문화재에 접착제 및 교착제로 광범위하게 사용돼 온 전통재료이다. 아교의 분석과 확인은 주로 IR에 의한 작용기의 확인을 통해 이루어졌으나 몇 가지 물질이 섞여 있는 경우 밴드의 중복 등에 의해 명확하게 아교를 확인하는데 어려움이 있다. 열분해/GC/MS분석은 소량의 시료로 열분해 산물의 화학성분을 알 수 있어 아교 등 고분자 재료의 성분을 분석하는데 유용하다. 본 연구에서는 단청 시편에서 아교를 이 방법으로 확인하고자 하였다. 우선, 단청 채색에 사용되는 아교, 동유에 대한 열분해/GC/MS 분석을 실시하여 주요하면서 특징적인 열분해산물을 확인하였다. 또한, 뇌록을 칠한 단청시편을 제작하여 열충격 시험과 인공 풍화 시험 후에 분석을 했을 때 약화가 되긴 하였지만 아교의 특징적인 peak의 검출이 가능하였다. 이로부터, 단청과 같이 다양한 재료와 풍화상태로 구성된 문화재에서 아교의 검출이 열분해/GC/MS로 가능함을 확인하였다. 아울러, 단청 시편을 IR로 분석하여 IR과 열분해/GC/MS 분석 간에 아교 검출 능력을 비교하였다.
Animal glue is a traditional material used extensively as adhesive and binder in mother-of-pearl, wooden structure, traditional painting, etc. Analysis of animal glue is usually performed with IR(infrared spectroscopy) based on the IR absorption of functional group. But, it has a limitation in confi...
Animal glue is a traditional material used extensively as adhesive and binder in mother-of-pearl, wooden structure, traditional painting, etc. Analysis of animal glue is usually performed with IR(infrared spectroscopy) based on the IR absorption of functional group. But, it has a limitation in confirming animal glue when a sample consists of several materials because of overlapping of the absorption band. Py/GC/MS(pyrolysis/gas chromatography/mass spectrometry) is a useful tool in analyzing the constituent of polymeric materials like animal glue by identifying their pyrolysate with very small amount of sample. In this study, confirmation of animal glue in a Dancheong sample was tried with this method. Characteristic pyrolytic compounds of animal glue and tung oil used in Dancheong were identified. Dancheong sample painted with Noerok as a coloring material, animal glue and tung oil was prepared and it was possible to find characteristic peaks of animal glue after thermal degradation and artificial weathering experiment. From this, we found that animal glue can be detected using py/GC/MS in cultural heritage samples consisting of several materials and in different condition. IR was also tried to analyze Dancheong sample and the results were compared with those of py/GC/MS for the detection of animal glue.
Animal glue is a traditional material used extensively as adhesive and binder in mother-of-pearl, wooden structure, traditional painting, etc. Analysis of animal glue is usually performed with IR(infrared spectroscopy) based on the IR absorption of functional group. But, it has a limitation in confirming animal glue when a sample consists of several materials because of overlapping of the absorption band. Py/GC/MS(pyrolysis/gas chromatography/mass spectrometry) is a useful tool in analyzing the constituent of polymeric materials like animal glue by identifying their pyrolysate with very small amount of sample. In this study, confirmation of animal glue in a Dancheong sample was tried with this method. Characteristic pyrolytic compounds of animal glue and tung oil used in Dancheong were identified. Dancheong sample painted with Noerok as a coloring material, animal glue and tung oil was prepared and it was possible to find characteristic peaks of animal glue after thermal degradation and artificial weathering experiment. From this, we found that animal glue can be detected using py/GC/MS in cultural heritage samples consisting of several materials and in different condition. IR was also tried to analyze Dancheong sample and the results were compared with those of py/GC/MS for the detection of animal glue.
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문제 정의
본 연구에서는 아교와 같은 고분자 물질을 특별한 전처리 없이 분석하는데 유용한 열분해/GC/MS방법을 도입하여 이러한 문제를 해결해 보고자 하였다. 우선, 아교, 동유를 열분해/GC/MS법으로 분석하여 각각의 특징적인 peak을 찾았다.
우선, 아교, 동유를 열분해/GC/MS법으로 분석하여 각각의 특징적인 peak을 찾았다. 이를 바탕으로 단청에서 이들 특징적인 peak들이 관찰되는지 확인함으로써 이들 성분의 검출여부를 확인하였다. 아울러, 아교, 동유의 IR 스펙트럼을 각각 측정한 후 이들로 구성된 단청에서 아교의 확인이 가능한지 검토하고, 열분해/GC/MS 방법과 비교하였다
제안 방법
IR분석은 Bruker optics사의 IFS 66V/S & Hyperion 3000(Bruker, Germany)을 사용하였다.
W시편은 촉진내 후성시험기(Ci4000 Xenon Weather-Ometer, Atlas)를 이용하여 UV(300∼400nm, 0.35W/m2), 시편온도(65℃), 챔버 온도(38℃), 습도(70%), 지속기간(128h*3회) 조건 하에서 인공풍화를 실시하였다(Figure 2).
diamond crystal이 갖춰진 Thermo Fisher Scientific사의 Nicolet iS5 모델을 사용하여 4000∼550cm-1범위에서 분해능 4 cm-1로 16 회 스캔하여 측정하였다.
문화재 수리 및 복원에 사용된 아교를 신뢰성 있게 확인하기 위한 방법으로 열분해/GC/MS방법을 검토하였다. 먼저, 아교와 동유 등 문화재 수리에 사용된 재료의 열분해 /GC/MS 분석 결과 아교의 경우 pyrrole, pyrazine, piperazine류 등이 검출되는 등 재료 각각의 특징적인 열분해 산물을 확인할 수 있었다.
분석칼럼은 DB-1HT column(100% dimethylpolysiloxane, 30m*0.25mm id, 0.10μm film thickness)을 사용하였고, 50℃에서 3분 유지 후 300℃까지 10℃/분의 속도로 승온한 후 10분간 유지하여 총 38분동안 분석하였다.
이를 바탕으로 단청에서 이들 특징적인 peak들이 관찰되는지 확인함으로써 이들 성분의 검출여부를 확인하였다. 아울러, 아교, 동유의 IR 스펙트럼을 각각 측정한 후 이들로 구성된 단청에서 아교의 확인이 가능한지 검토하고, 열분해/GC/MS 방법과 비교하였다
34mg을 시편에서 가볍게 긁어서 취하였다. 열분해 산물은 GC/MS를 이용하여 온라인으로 분석하였다. 분석 조건은 다음과 같다.
본 연구에서는 아교와 같은 고분자 물질을 특별한 전처리 없이 분석하는데 유용한 열분해/GC/MS방법을 도입하여 이러한 문제를 해결해 보고자 하였다. 우선, 아교, 동유를 열분해/GC/MS법으로 분석하여 각각의 특징적인 peak을 찾았다. 이를 바탕으로 단청에서 이들 특징적인 peak들이 관찰되는지 확인함으로써 이들 성분의 검출여부를 확인하였다.
대상 데이터
건조한 목재(육송) 판(125*68*6mm3)에 다음과 같이 재료를 도포하여 시편을 제작하였다.
아교는 작은 덩어리 형태의 아교(Nakagawa, Japan)를, 뇌록은 분말형태의 제품(Nakagawa, Japan)을 실험에 사용하였다. 동유(tung oil)는 가공하여 생산된 제품(Tung oil finish, Minwax, U.S.A)을 구매하여 테레빈유(turpentine)에 3:7 비율로 희석하여 사용하였으며, 초산비닐-아크릴에 멀젼 공중합수지 접착제는 (주)대양화학의 포리졸506을사용하였다(Figure 1).
아교는 작은 덩어리 형태의 아교(Nakagawa, Japan)를, 뇌록은 분말형태의 제품(Nakagawa, Japan)을 실험에 사용하였다. 동유(tung oil)는 가공하여 생산된 제품(Tung oil finish, Minwax, U.
데이터처리
10μm film thickness)을 사용하였고, 50℃에서 3분 유지 후 300℃까지 10℃/분의 속도로 승온한 후 10분간 유지하여 총 38분동안 분석하였다. 이동상 기체는 헬륨(0.5ml/분)을 사용하였고 검출은 질량분석기(MSD)를 사용하였으며, 데이터의 획득과 해석은 ChemStation software(Agilent Technologies)를 사용하여 이루어졌다.
이론/모형
열분해장비(pyrolyzer)는 Frontier Lab사의 PY-3030D 모델을, 가스크로마토그래프/질량분석기(GC/MS)는 Agilent사의 7890A GC/ 5975C MSD 모델을 사용하였다. 일정량의 시료(약 0.
시료량은 약 1mg이었다. 포리졸은 건조된 상태에서 pellet법으로 감도 높은 스펙트럼을 얻기가 어려워 ATR법 (attenuated total reflection)을 사용하였다. diamond crystal이 갖춰진 Thermo Fisher Scientific사의 Nicolet iS5 모델을 사용하여 4000∼550cm-1범위에서 분해능 4 cm-1로 16 회 스캔하여 측정하였다.
성능/효과
반면, 열분해/GC/MS 분석은 아교에서 기인한 다수의 peak이 관찰되고 각각의 peak이 머무름시간과 m/z 등 특정성이 훨씬 강화된 정보를 담고 있다는 점에서 아교를 확인하기가 훨씬 용이하다. 따라서, IR분석보다 열분해/GC/MS분석이 단청 시편에서 아교를 확인하는 신뢰성 높은 방법이라고 판단된다.
문화재 수리 및 복원에 사용된 아교를 신뢰성 있게 확인하기 위한 방법으로 열분해/GC/MS방법을 검토하였다. 먼저, 아교와 동유 등 문화재 수리에 사용된 재료의 열분해 /GC/MS 분석 결과 아교의 경우 pyrrole, pyrazine, piperazine류 등이 검출되는 등 재료 각각의 특징적인 열분해 산물을 확인할 수 있었다. 아교, 동유, 뇌록으로 구성된 단청 시편을 열충격 시험과 인공열화 시험 실시 후 채색층을 분석했을 때 아교에 해당하는 peak을 다수 관찰할 수 있었다.
먼저, 아교와 동유 등 문화재 수리에 사용된 재료의 열분해 /GC/MS 분석 결과 아교의 경우 pyrrole, pyrazine, piperazine류 등이 검출되는 등 재료 각각의 특징적인 열분해 산물을 확인할 수 있었다. 아교, 동유, 뇌록으로 구성된 단청 시편을 열충격 시험과 인공열화 시험 실시 후 채색층을 분석했을 때 아교에 해당하는 peak을 다수 관찰할 수 있었다. 이로부터 열분해/GC/MS 분석이 단청 시편에서 아교를 확인하는 신뢰성 있는 방법이 될 수 있음을 알 수 있었다.
우선, F2시료의 chromatogram을 아교의 표준 chromatogram과비교했을 때, 아교의 1, 3, 5, 18, 20, 21, 24, 25, 27, 28, 31 번이 F2 시료에서 확인되었다. 아교만을 교착제로 사용한 시료에 비해 검출되는 아교 peak이 다소 줄어들기는 했지만 아교가 쓰였음을 확인하는데 충분한 것으로 보인다. W2 시편에서는 아교에서 기인하는 5, 18, 20, 21, 24, 25, 27, 28번 peak이 확인되었다.
아교, 동유, 뇌록으로 구성된 단청 시편을 열충격 시험과 인공열화 시험 실시 후 채색층을 분석했을 때 아교에 해당하는 peak을 다수 관찰할 수 있었다. 이로부터 열분해/GC/MS 분석이 단청 시편에서 아교를 확인하는 신뢰성 있는 방법이 될 수 있음을 알 수 있었다. 한편, 동일 시편을 IR로 분석했을 때 1645 cm-1근처에서 아교에 해당하는 band가 다른 band와 분리되어 나타나는 것으로 부터 IR 분석으로도 아교의 존재 여부를 확인하는 것이 가능할 것으로 보인다.
071분)으로 크게 차이가 없었다. 이로부터 열충격 시험과 인공열화 시험을 거치더라도 열분해/GC/MS로 아교를 확인하는 것이 가능함을 알 수 있다. 한편, 열충격 시험 후에도 동유에서 기인하는 1, 2, 3, 14, 23, 25, 26번 peak이 여전히 관찰되었고, 인공 열화 시험 후에는 1, 2, 3, 14번 peak이 관찰되었다.
주요 검출 성분은 3(1H-pyrrole), 14(pyrrole-2-carboxamide), 17(ethyl pentyl disulfide), 21(hexahydro-pyrrolo[1,2-a] pyrazine-1,4-dione), 24(3,9-diazatricyclo[7.3.0.0(3,7)]dodecan-2,8-dione), 32(3-benzyl-6-isobutyl-2,5-dioxo-piperazine) 등 pyrrole, pyrazine, piperazine류가 주로 검출됨을 알 수 있다. 라이브러리 매칭은 되지 않았으나 27, 31 등도 다량으로 검출되었다.
후속연구
라이브러리 매칭은 되지 않았으나 27, 31 등도 다량으로 검출되었다. 그 외 성분들도 라이브러리 매칭 결과가 낮아 화합물 규명이 어렵긴 하지만 m/z값이 나타나 있으므로 아교를 확인하는데 추가적인 정보로 활용할 수 있다.
하지만, 아교를 교착제로 한 전통적인 단청을 확인하기 위한 적절한 방법이 없는 것이 현실이다. 단청 공사에 대한 적절한 품질검사가 시공 중간 단계와 준공 검사 단계에서 이루어진다면 시방에 적합한 재료 사용여부를 판단할 수 있어 문화재 수리에 신뢰성을 더할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서, 문 화재에서 전통 교착제인 아교를 확인하는 방법에 대한 연구가 필요한 시점이다.
한편, F1과 W1시편에서 IR 분석으로 아교를 확인하기 위해서는 1646 cm-1근처에서 나타나는 band 유무를 살핌으로써 가능할 것으로 생각된다. 하지만, 한 개의 band로 판단을 해야 하는 만큼 다수의 peak이 관찰되는 열분해 /GC/MS 분석에 의한 것과는 신뢰성에서 큰 차이를 보인다고 할 수 있다.
이로부터 열분해/GC/MS 분석이 단청 시편에서 아교를 확인하는 신뢰성 있는 방법이 될 수 있음을 알 수 있었다. 한편, 동일 시편을 IR로 분석했을 때 1645 cm-1근처에서 아교에 해당하는 band가 다른 band와 분리되어 나타나는 것으로 부터 IR 분석으로도 아교의 존재 여부를 확인하는 것이 가능할 것으로 보인다. 하지만, 한 개의 band에 기초한 판단 이기 때문에 아교와 유사한 물질의 존재 가능성을 말할 수 있을 뿐 아교임을 특정하기는 어렵다.
한편, 동유에서 기인하는 peak은 1, 2, 3, 14가 열충격시험 후에 여전히 관찰되었고, 인공열화시험 후에는 1, 3이 관찰되었다. 한편, 포리졸의 peak도 관찰이 가능하였으나, 이 분석 조건에서는 정확하게 분석이 어려운 것으로 보이며, 포리 졸의 존재 여부를 확인하기 위해서는 포리졸만을 위한 분석 조건을 설정해서 분석하는 것이 필요해 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
문화재에서 전통 교착제인 아교를 확인하는 방법에 대한 연구가 필요한 시점인 이유는?
여기서 단청용 접착제로는 아교, 어교, 밀풀 등을 사용하며, 승인 받은 경우 합성 수지 접착제를 사용할 수 있다고 되어 있다. 하지만, 아교를 교착제로 한 전통적인 단청을 확인하기 위한 적절한 방법이 없는 것이 현실이다. 단청 공사에 대한 적절한 품질검사가 시공 중간 단계와 준공 검사 단계에서 이루어진다면 시방에 적합한 재료 사용여부를 판단할 수 있어 문화재 수리에 신뢰성을 더할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서, 문 화재에서 전통 교착제인 아교를 확인하는 방법에 대한 연구가 필요한 시점이다.
아교는 무엇인가?
아교는 나전, 목가구, 단청 등 문화재에 접착제 및 교착제로 광범위하게 사용돼 온 전통재료이다. 아교의 분석과 확인은 주로 IR에 의한 작용기의 확인을 통해 이루어졌으나 몇 가지 물질이 섞여 있는 경우 밴드의 중복 등에 의해 명확하게 아교를 확인하는데 어려움이 있다.
아교의 분석과 확인에 어려움이 있는 이유는 무엇인가?
아교는 나전, 목가구, 단청 등 문화재에 접착제 및 교착제로 광범위하게 사용돼 온 전통재료이다. 아교의 분석과 확인은 주로 IR에 의한 작용기의 확인을 통해 이루어졌으나 몇 가지 물질이 섞여 있는 경우 밴드의 중복 등에 의해 명확하게 아교를 확인하는데 어려움이 있다. 열분해/GC/MS분석은 소량의 시료로 열분해 산물의 화학성분을 알 수 있어 아교 등 고분자 재료의 성분을 분석하는데 유용하다.
참고문헌 (10)
Cultural Heritage Administration of Korea, 2013a, Documentation on the Dancheong of important wooden cultural heritage 2013. Korean Studies Information, 6. (in Korean)
Cultural Heritage Administration of Korea, 2013b, Specifications on rehabilitation of cultural heritage. 297. (in Korean)
Food and Agriculture Organization of the United Nations, Minor oil crops - Individual monographs, http://www.fao.org/docrep/x5043e/x5043E0e.htm#Tung, accessed February 5 2016.
Institute of Chemistry, University of Tartu, Estonia, IR Spectra, http://tera.chem.ut.ee/IR_spectra/index.php?option com_content&viewarticle&id96&Itemid64, February 5 2016.
Jang, K., Hahn, S., 2004, An historic outline of Korean architecture III Dancheong. Boseongkag, Seoul, 11-32. (in Korean)
Kim, D.R., 2014, A study of Dancheong technique for conservation of traditional wooden architecture in Korea-with focus on the bottom layer-. Graduate school of Konkuk university, 12-18. (in Korean with English abstract)
Ling, H., Maiqian, N., Chiavari, G. and Mazzeo, R., 2007, Analytical characterization of binding medium used in ancient Chinese artworks by pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry. Microchemical Journal, 85, 347-353.
Muyounga, J., Cole, C. and Duodu, K., 2004, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic study of acid soluble collagen and gelatin from skins and bones of young and adult Nile Perch (Lates niloticus). Food Chemistry, 86, 325-332.
National Research Institute of Cultural Heritage, 2014, Study on the adhesive properties of lacquer and glue. Korea e-Work Association for the Disabled, 32. (in Korean)
Park, J., 2015, Analysis of animal glue by pyrolysis/GC/MS. Analytical Science & Technology, 28(3), 221-227. (in Korean with English abstract)
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