Αφαίρεση βιολογικών επικαθίσεων με χρήση laser και αξιολόγηση της αποτελεσματικότητάς της μέσω φασματοσκοπίας φθορισμού επαγόμενου από LED (LED-induced fluorescence)
Laser-assisted removal of stone biodeterioration and evaluation of its effectiveness by LEDinduced fluorescence spectroscopy
Η παρούσα εργασία αποτελεί μελέτη της διαδικασίας καθαρισμού με laser για την αφαίρεση
βιοδιάβρωσης από την επιφάνειας τοιχογραφίας. Συγκεκριμένα, οι δοκιμές καθαρισμού έλαβαν
χώρα σε θραύσμα τοιχογραφίας από εκκλησία της Κύπρου. Για την ανίχνευση των βιολογικών
στοιχείων στην επιφάνεια του θραύσματος έγινε χρήση φορητής διάταξης που επάγει τον
φθορισμό τους μέσω πηγής LED. Τα φάσματα φθορισμού LED – IF μπόρεσαν να δώσουν ημιποσοτική πληροφορία για την παρουσία των φθοροφόρων πριν τον καθαρισμό. Διερευνήθηκαν
οι πειραματικές συνθήκες για τη λήψη του φάσματος, λαμβάνοντας υπόψη τόσο τις πηγές LED
(440 nm και 375 nm) όσο και τις μετρήσεις σε στεγνές και νωπές επιφάνειες. Αυτές οι
προκαταρκτικές μελέτες αποσκοπούσαν στον προσδιορισμό των βέλτιστων συνθηκών που
εξισορροπούν τη σταθερότητα και την αντικειμενικότητα των μετρήσεων. Ο φθορισμός, που
είναι μια δυναμική διαδικασία που επηρεάζεται από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς που
προσαρμόζονται στις εξωτερικές συνθήκες, δημιουργεί προκλήσεις στην ποσοτικοποίηση.
Τα πειράματα καθαρισμού με laser πραγματοποιήθηκαν με χρήση υπέρυθρου (1064 nm), ορατού
μήκους κύματος (532 nm) καθώς και του συνδυασμού τους. Η αξιολόγηση της
αποτελεσματικότητας βασίστηκε στο λόγο R ο οποίος συνυπολογίζει τη συνεισφορά του
σήματος φθορισμού από τη χλωροφύλλη και το υπόστρωμα μετά τον καθαρισμό. Γι’ αυτό τον
υπολογισμό έγινε χρήση της γλώσσας προγραμματισμού Python με στόχο την προσαρμογή ενός
μοντέλου φθορισμού πολλαπλών κορυφών για την απομόνωση των σημάτων από χλωροφύλλη
και το υπόστρωμα. Ο λόγος R επέτρεψε τη σύγκριση της αποτελεσματικότητας του καθαρισμού
σε διαφορετικά σημεία, κατηγοριοποιώντας τα σε αποτελεσματικά, μερικώς αποτελεσματικά και
αναποτελεσματικά ως προς την αφαίρεση των βιολογικών επικαθίσεων.
(EL)
The present work is a study of the laser cleaning methodology of a biodeteriorated mural surface.
The cleaning tests took place on a mural fragment from a church located in Cyprus. In order to
detect the biological components on the fragment’s surface, a portable device that induces
fluorescence through an LED source was used. The fluorescence spectra (LED – IF) were able to
provide semi-quantitative information on the presence of fluorophores before cleaning. The
experimental conditions for spectrum acquisition were explored, considering both LED sources
(440 nm and 375 nm) and measurements on dry and wet surfaces. These preliminary studies
aimed to determine optimal conditions that balance stability and objectivity in measurements.
Fluorescence, being a dynamic process influenced by photosynthetic organisms adapting to
external conditions, posed challenges in quantification.
Laser cleaning experiments were conducted using infrared (1064 nm), visible (532 nm), and
combined wavelengths. The evaluation of cleaning effectiveness was based on the development
of the R ratio, incorporating fluorescence signals from chlorophyll and the substrate after
cleaning. Python programming language was utilized for data processing, fitting a multi-peak
fluorescence model to isolate signal values from chlorophyll and the substrate. The R ratio
allowed for the comparison of cleaning efficiency across different points, categorizing them into
effective, partially effective, and ineffective cleaning outcomes.
(EN)
University of Crete
