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Das DFG-Forschungsprojekt „Vorhersagbarkeit der Farbänderungen von Holz im Innenbereich - Die Auswertung in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis als neuer Ansatz“ beschäftigt sich mit den Farbveränderungen der Oberflächen von in Mitteleuropa wachsenden Holzarten. Die optischen Eigenschaften des Holzes sind sehr unterschiedlich und im Wesentlichen abhängig von den im Holz vorhandenen chromophoren funktionellen Gruppen (z.B. phenolische Hydroxylgruppen, Doppelbindungen, Carbonylgruppen) und chromophoren Systemen (Chinone, Chinomethide, Biphenyle) (Hon 2001; Rowell et al. 2012). Sowohl zwischen verschiedenen Arten als auch innerhalb einer Holzart gibt es zum Teil erhebliche Farbschwankungen. Eine veränderte Lichtbrechung durch Strukturmerkmale wie Dreh- und Wechseldrehwuchs hat auch Einfluss auf das optische Erscheinungsbild. Farbänderungen treten bereits beim Trocknen oder Dämpfen der Hölzer auf (Aydin und Colakoglu 2005). Zudem verändert sich die Farbe der Oberfläche sowohl beim Auftragen von transparenten Oberflächenbeschichtungen („Anfeuerung des Holzes“) und durch Kombination von beidem. Licht ist der sichtbare (englisch: visible (Vis)) Teil des elektromagnetischen Spektrums, neben weiteren Spektralbereichen wie ultravioletter (UV) und infraroter (IR) Strahlung. UV-, VIS- und IR-Strahlung haben als Teile des Sonnenstrahlungsspektrums eine energetische Wirkung auf Holzoberflächen. Die Farbänderungen bei natürlicher Alterung werden durch Strahlung von UV-, VIS- und IR-Licht und der dadurch induzierten Photooxidation hervorgerufen (Hon und Chang 1982; Feist und Hon 1984; Hon und Minemura 2001). Zur optischen und chemischen Erfassung der Veränderungen der Holzoberflächen wurden in dem Projekt u.a. Farbmessungen im CIE L*a*b*-Farbraum (DIN EN ISO/CIE 11664-4:2020-03), abgeschwächte Totalreflexions-Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie (ATR-FTIR) und Spektroskopie im ultraviolett-visuellen Bereich (UV-Vis)sowie regelmäßige Farbscans der Probenoberflächen durchgeführt. Zudem wurden die Methoden der Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (GC- MS) und die zelluläre UV-Mikrospektralphotometrie (UMSP) angewandt. Letzte wird im Folgenden näher erläutert. Koch 2004 führte umfangreiche, topochemische Untersuchungen über Inhaltsstoffe im Holzgewebe und deren Bedeutung für die Holzverfärbung durch. Die grundlegenden Untersuchungen zur fakultativen (an Fagus sylvatica L.) und obligatorischen (an Prunus serotina Borkh.)Farbkernbildung beinhaltete die UMSP-Methode. Damit können aromatische Verbindungen in einzelnen Zelltypen und Zellwandschichten hochauflösend, topochemisch detektiert werden. Zudem ist eine qualitative Charakterisierung bzw. Reaktionen von Inhaltsstoffen über UV-Spektren vor und nach einer Sonnenlicht-Simulation möglich. Mit Hilfe der zellulären UV-Mikrospektralphotometrie können aromatische Verbindungen (Lignin, phenolische Extraktstoffe) in einzelnen Zellwandschichten bei einer Auflösung von 0,25 μm x 0,25 μm lokalisiert werden. Die qualitative Charakterisierung von Inhaltsstoffen erfolgt über die Aufnahme von UV/Vis- Spektren im Wellenlängenbereich von 240 bis 700 nm (Messbereich für das UMSP 80, siehe Kapitel 2). Durch das spektroskopische Flächen-Scanning können die Verteilung und semi-quantitative Konzentration von Lignin und phenolischen Extraktstoffen graphisch dargestellt werden (Koch et al. 2003, Koch und Kleist 2001). Vor allem die genaue Visualisierung der farbgebenden Komponenten in den unterschiedlichen Zelltypen und Zellwandschichten sowie deren Änderung durch die Sonnenlicht-Exposition liefert weitere grundlegende Erkenntnisse über die photochemischen Reaktionen im Holzgewebe. Für die chemische Charakterisierung der Stoffe können zudem Punktmessungen mit einer Auflösung von 1 μm² durchgeführt werden. Diese UV/Vis-Extinktionsspektren werden in einem Wellenlängenbereich von 240 bis 580 nm aufgenommen. Ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von 276 bis 280 nm ist z.B. typisch für aromatische und konjugierte Verbindungen. Nach Koch 2004 entstehen mit zunehmender Trocknungstemperatur höherkondensierte Verbindungen, die durch eine starke Verschiebung der Absorptionsmaxima in den längerwelligen Spektralbereich und insgesamt höheren Absorptionswerten charakterisiert werden. Diese Reaktionsmechanismen erklären auch das Farbverhalten des Holzes bei längerer Lichteinstrahlung, durch die ein intensives Nachdunkeln (Lichtalterung) einsetzt. Aufgrund der erheblichen Datensätze von bis zu 60.000 Messpunkten für jedes Scanning-Feld (Größe ca. 50 μm x 50 μm) wird die Auswertung der topochemischen Analysen im Gesamtvorhaben exemplarisch auf drei Holzarten und zwei Schnitttiefen mit vier Messzeitpunkten pro Setup und Behandlung (unbehandelt/extrahiert) reduziert. Die UMSP-Methode findet seither in vielen Bereichen der Holzanalytik Anwendung, z.B. in der Holzbiologie und in der Holzchemie (Andersons et al. 2016, Biziks et al. 2020, Ehmcke et al. 2020, Lewandrowski et al. 2022, Rüggeberg et al. 2008, Schmitt et al., 2015, etc.)