Non-Destructive Determination of Acetic Acid and Furfural in Books by Solid-Phase Micro-extraction (SPME) and Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC/MS)
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José Luiz Pedersoli
,
Frank. J. Ligterink
und
Maarten van Bommel
Abstract
A new method using solid-phase micro extraction (SPME) in combination with gas chromatography and mass spectrometry (GC/MS) has been developed to determine the concentration of volatile compounds within the solid matrix of book papers in a non-destructive way. The method involves sampling the headspace between two adjacent pages in a closed book, under equilibrium conditions. By determining the paper/air partition coefficient for the target substances it is possible to evaluate their concentrations within the paper from those quantified in the headspace with calibrated GC/MS analysis. The method has been used to determine the concentrations of acetic acid and furfural, potential chemical markers of paper instability and degradation, in books of different ages made of groundwood paper. Equilibration times for acetic acid and furfural in a typical book/headspace/SPME fibre system at room temperature were of 4 days, and 27 days, respectively. Paper-air partition coefficients determined for a reference groundwood paper were equal to 2.8 × 104 for acetic acid, and 6.0 × 104 for furfural. The concentrations of both compounds in the analysed books were within the range of 10–30 μg.cm-3. The method offers a sensitive, non-destructive diagnostic and monitoring tool that can provide valuable data to quantitatively support heritage institutions caring for paper-based collections to design more cost-effective air pollution control and other conservation strategies.
Zusammenfassung
Eine neue zerstörungsfreie Methode zur Bestimmung der Konzentration flüchtiger Bestandteile innerhalb des Buchblocks historischer Bücher wurde entwickelt. Dabei erfolgt die Probenahme im Luftraum zwischen einzelnen Seiten im Buchblock mittels Festphasenmikroextraktion (SPME) und die Bestimmung der extrahierten Komponenten mittels Gaschromatographie in Kombination mit Massenspektroskopie (GC/MS). Durch Bestimmung des Verteilungskoeffizienten der analysierten Substanzen ist es möglich, die Konzentrationen im Papier von den quantitativen Ergebnissen aus der kalibrierten GC/MS-Bestimmung abzuleiten. Die Methode wurde zur Bestimmung von Essigsäure und Furfural als möglichen Indikatoren der Instabilität von Papier bzw. seines Abbaugrades eingesetzt. Probematerialien waren Bücher unterschiedlichen Alters, die aus Holzschliffpapieren bestanden. Die Zeiten für die Einstellung des Gleichgewichts bei Essigsäure bzw. Furfural bei einer typischen Probenahme im Buchblock mit einer SPME-Sorptionsfaser liegt bei 4–27 Tagen. Die Verteilungskoeffizienten, die an einer Referenzprobe von Holzschliffpapier bestimmt wurden, entsprechen 2,8×104 für Essigsäure und 6,0×104 für Furfural. Die Konzentration beider Verbindungen in den untersuchten Büchern liegen im Bereich zwischen 10-30μg/cm3. Die Methode ist empfindlich und geeignet als zerstörungsfreies Instrument zur Erfassung bzw. zur Entwicklung kostengünstiger Kontrollsysteme der Luftqualität in Depots bzw. von Erhaltungsstrategien von Sammlungen auf Papierbasis, weil mit ihr entsprechende Daten quantitativ erfasst werden können.
Résumé
Une nouvelle méthode utilisant la microextraction en phase solide (SPME) en combinaison avec la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (GC/MS) a été mise au point afin de déterminer avec un moyen non destructif la concentration de composés volatiles contenus dans le corps d'ouvrage du papier de livres historiques. Cette méthode implique un échantillonnage de l'espace libre entre deux pages adjacentes d'un livre fermé sous des conditions d'équilibre. En déterminant le coefficient de répartition papier/air pour les substances ciblées il est possible d'évaluer leurs concentrations à l'intérieur du papier et de les différencier de celles quantifiées dans l'espace libre qui ont été calibrées par l'analyse GC/MS. Cette méthode a été utilisée pour déterminer les concentrations d'acide acétique et de furfural, indicateurs chimiques potentiels responsables de l'instabilité ou de la dégradation du papier à base de pâte mécanique contenu dans les livres historiques d'âges différents. Les temps nécessaires à l'établissement d'un équilibre pour l'acide acétique et pour le furfural varient entre 4 et 27 jours pour un échantillonnage typique du corps d'ouvrage à l'aide d'une fibre de sorption SPME. Les coefficients de répartition déterminés sur un échantillon de référence de papier à pâte mécanique s'élèvent à 2,8×104 pour l'acide acétique et à 6,0×104 pour le furfural. La concentration des deux combinaisons chimiques dans les livres analysés se situe entre 10 et 30ug/cm3. La méthode procure un diagnostic sensible et non destructif et est un instrument adapté, capable de fournir et de développer des systèmes intéressants et peu coûteux pour le contrôle de la qualité de l'air dans les dépôts de collections et les endroits de stockage du papier. Elle présente un grand intérêt pour toutes autres stratégies de conservation.
© De Gruyter Saur 2011
Artikel in diesem Heft
- The Cold Storage of CD, DVD, and VHS Tape Media
- Non-Destructive Determination of Acetic Acid and Furfural in Books by Solid-Phase Micro-extraction (SPME) and Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC/MS)
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