전통 유기 안료의 현장 비파괴 분석을 위한 라만 분광데이터 특성 연구 = Characteristics of Raman Spectroscopic Data for In situ Non-invasive Analysis of Traditional Organic Pigments

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 전통 유기 안료의 현장 비파괴 분석 조건에서 나타나는 휴대용 라만 분광데이터의 특성을 파악하고자 하였다. 이를 위해 등황과 쪽, 연지를 바탕층 3종（견직물, 마직물, 연백）에 채색한 의사 시편을 제작하고, 자외선과 고온·고습 인공 열화 시험을 실시하였다. 이후 공시 재료와 의사 시편, 인공 열화 시편의 라만 데이터를 분석하고, 문화유산 현장 데이터와 비교하여 채색층에서 나타나는 라만 신호의 검출 양상과 데이터 변형 특성을 확인하였다.
연구 결과, 전통 유기 안료의 라만 데이터는 안료 고유의 라만 산란 특성에 따라 바탕층 간섭과 열화에 의한 변형 양상이 다르게 나타났다. 등황은 주요 특성 피크인 1594 ㎝⁻¹ 피크가 모든 바탕층 조건에서 검출되었으나, 1200~1650 ㎝⁻¹ 영역에 분포하는 특성 피크가 견과 마의 고유 피크와 중첩되어 바탕층 종류에 따라 스펙트럼 형태와 피크 강도에 차이가 나타났다. 열화 후에는 1594 ㎝⁻¹ 및 1634 ㎝⁻¹ 피크 강도가 감소하였으며, 특히 견 바탕층 시편에서 자외선 열화에 의한 스펙트럼 변형이 두드러지게 확인되었다. 쪽은 indigotin의 비교적 강한 라만 산란 특성으로 인해 바탕층 영향이 상대적으로 미미하고, 자외선과 고온·고습 조건에서도 1574~1580 ㎝⁻¹ 부근의 주요 피크가 비교적 안정적으로 유지되었다. 연지는 단일 안료 상태에서는 일부 특성 피크가 확인되었으나, 바탕층 위에 채색한 의사 시편에서는 강한 형광과 바탕층 신호의 영향으로 특성 피크를 확인할 수 없었다.
문화유산 현장 적용 결과, 등황과 쪽은 주요 특성 피크를 중심으로 검출 양상을 확인할 수 있었다. 라만 데이터 유사도 분석 결과, 바탕층과 열화 조건을 반영한 의사 시편은 표준물질에 비해 문화유산 채색층과 대체로 높은 유사성을 보였으며, 현장 데이터는 배접지와 바탕재, 백색 안료층, 채색층이 복합적으로 반영된 데이터로 나타났다. 또한 열화와 오염에 의한 형광 배경 증가, 채색층의 두께와 혼합 비율에 따른 스펙트럼 차이가 확인되었으며, 기기의 분광 분해능과 신호 처리 방식 역시 인접 피크의 분리와 검출에 영향을 미치는 요인으로 작용하였다.
결론적으로 문화유산 채색층 내 전통 유기 안료의 라만 분광데이터는 안료 자체의 특성뿐 아니라 바탕층과 열화 상태, 층위 구조, 채색층의 상태와 기기 성능이 복합적으로 반영된 것을 확인하였다. 따라서 문화유산 채색층의 라만 데이터는 표준 스펙트럼과의 단순 비교만으로 판단하기보다, 유기 안료의 고유한 라만 산란 특성과 바탕층 신호, 열화 정도, 층위 구조, 기기 특성을 종합적으로 고려하여야 한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 전통 유기 안료 1
• 2. 유기 안료의 과학적 분석 2
• 3. 연구 동향· 3
• 4. 연구 목적· 5
• Ⅱ. 이론적 배경· 6
• 1. 라만 분광분석 6
• 2. 휴대용 라만 분광기 8
• Ⅲ. 연구 대상 및 방법 10
• 1. 연구 재료 및 대상 10
• 1) 공시 재료 10
• 2) 문화유산 12
• 2. 시편 제작 및 인공 열화 19
• 1) 의사 시편 제작 19
• 2) 인공 열화 조건 20
• 3. 분석 방법 22
• 1) 라만 분광분석· 22
• 2) 표면 분석 24
• 3) LC-MS/MS 분석 25
• Ⅳ. 연구 결과 26
• 1. 공시 재료 분석 결과 26
• 1) 유기 안료 27
• 2) 바탕층 30
• 3) 아교와 명반 33
• 2. 의사 시편 분석 결과 35
• 1) 등황 35
• 2) 쪽 37
• 3) 연지 39
• 3. 인공 열화 시편 분석 결과 41
• 1) 등황 41
• 2) 쪽 58
• 4. 문화유산 현장 적용 결과· 74
• 1) 황색 채색층 74
• 2) 청색 채색층 81
• Ⅴ. 고찰· 87
• 1. 유기 안료별 라만 데이터 바탕층 간섭 특성 87
• 2. 유기 안료별 열화에 의한 라만 데이터 변형 특성 91
• 3. 기기 성능에 의한 라만 데이터 영향 96
• 4. 유기 안료 현장 라만 데이터 해석 99
• Ⅵ. 결론 107
• 참고문헌 109
• Abstract 117