The use of hyperspectral imaging to evaluate the effects of low-temperature plasma disinfection

Hyperspectral imaging is a powerful tool for the assessment and documentation of the state of preservation of documents exposed to various factors. This technique has been used as a primary tool to evaluate changes of spectral properties of the treated objects. Different paper-based documents were treated with low-temperature plasma under reduced pressure. Quantitative interpretation of the registered datacubes in connection with chemometric methods and imaging software (ENVI) allowed to monitor and express changes i.a. as differential maps. Nowadays the issue of archives disinfection is important, because it concerns many institutions in which cultural heritage objects are endangered by microorganisms, due to their ability to degrade biopolymers. There is a need to develop some new non-destructive and environmentally friendly disinfection methods. The study proved effectiveness of cold plasma disinfection for paper-based materials. Research was carried out on samples containing typical microbiological organisms that are present in infected archival collections. After the plasma treatment the amount of bacterial and fungal spores significantly decreased, and their growth has been inhibited. The color measurements, spectral properties, SEM and microbiological analysis have been used to evaluate differences that occur after the plasma treatment. A short contact times with the plasma did not cause visually distinguishable changes in color. Because low-temperature plasma cause changes on the paper surface, mechanical properties, hydrophilicity and degree of polymerization (DP-value) of paper were also examined.

Obrazowanie hiperspektralne jest ważnym narzędziem w ocenie stanu zachowania dokumentów poddanych działaniu różnych czynników. Technikę tę wykorzystano jako podstawowe narzędzie do oceny zmian reflektancji papieru i nośników pisma poddanych działaniu plazmy niskotemperaturowej pod obniżonym ciśnieniem. Zastosowanie metod chemometrycznych i specjalistycznego oprogramowania (ENVI) pozwoliło stworzyć mapy różnicowe powstałych zmian. Zagadnienie dezynfekcji archiwaliów jest ważne w dzisiejszych czasach, gdyż dotyczy wielu instytucji, w których obiekty dziedzictwa kulturowego narażone są na niszczenie przez mikroorganizmy wykazujące zdolność do degradacji biopolimerów. Istotną potrzebą jest podjęcie działań prowadzących do opracowania i stosowania nieniszczących oraz przyjaznych środowisku i operatorowi metod dezynfekcji. W pracy dowiedziono skuteczności metody dezynfekcji materiałów papierowych zimną plazmą. Badania prowadzono na próbkach mikrobiologicznych zawierających typowe organizmy występujące w zakażonych zbiorach. Po działaniu plazmy ilość bakterii i zarodników grzybów istotnie maleje, a ich rozwój zostaje zahamowany. Pomiary barwy i właściwości spektralnych, analiza SEM oraz analiza mikrobiologiczna zostały użyte do oceny różnic, które pojawiają się po obróbce plazmowej. Krótkie czasy kontaktu próbki z plazmą nie powodowały rozróżnialnych wizualnie zmian barwy. Ponieważ plazma niskotemperaturowa i czynniki jej towarzyszące powodują widoczne w obrazie mikroskopowym zmiany powierzchni papieru, sprawdzono również ich wpływ na właściwości wytrzymałościowe i hydrofilowość papieru oraz stopień polimeryzacji celulozy.