Spectromicroscopul instrument de investigaremicroinvaziv a operei de art

Petrescu Ioan, Bokor Alexandru

1. IntroducereCuloarea este o percepie vizual i depinde de trei elemente: (a) ilu-

minare (distribuia energiei spectrale), (b) absorbia i mprtierea luminiide ctre obiectul iluminat; (c) observator (rspunsul spectral legat de lun-gimea de und). Din ntreaga energie luminoas provenit de la o surs delumin alb, natural (soare), sau artificial (bec incandescent), care cade peun obiect colorat, o parte din energie este absorbit de compusul colorat nfuncie de proprietile fizico-chimice ale acestuia, iar restul luminii estereflectat. Fiecare compus colorat (colorant sau pigment) prezint un spectrude absorbie, respectiv de reflexie, caracteristic n funcie de natura sa fizico-chimic. Altfel spus, n funcie de spectrul de absorbie sau reflexie a unuicompus colorat putem determina natura sa. Aparatele utilizate pentru deter-minarea naturii unui compus colorat n funcie de absorbana sau reflectanasa se numesc colorimetre sau spectrofotometre, n funcie de domeniul spectralutilizat. Aparatura comercial de determinare a culorilor utilizeaz de regulfiltre de culoare pentru analiza RGB (red, green, blue). Aceste aparate permitdeterminarea nuanelor de culoare cu apertur cu diametrul de 5-15 mm, ceea ceeste utilizabil pentru studiul suprafeelor mari, dar nu i pentru opere de art.

Studiile de micro-stratigrafie prin opera de art sunt necesare n investi - gaiile care preced operaiile de conservare i restaurare ale unei opere de art.Analiza stratigrafic permite identificarea straturilor de culoare i a pigmen ilorutilizai.

Ce ne-am propus. Ne-am propus s realizm un sistem de analizspectral cu care s putem analiza proprietile de reflexie de culoare a diferitelorgranule individuale de pigment provenite dintr-o oper de art i efectuareaanalizei micro-stratigrafice complete, ct i analiza unei singure granule depigment din stratul de culoare.

Ce am realizat. Am realizat un spectro-microscop cu care se pot ridicaspectre de reflexie la toate lungimile de und din spectrul vizibil a unei sin-gure granule de pigment (chiar i sub 100 de microni). Din analiza spectral

Semnatar articol

putem defini univoc proprietile de culoare a granulei de pigment analizate(coordonatele xy, luminozitatea, lungimea de und dominant i comple men -tar), precum i reprezentarea n diagrama de culoare CIE-1931.

Ce se mai poate face. Cu dispozitivul realizat se poate constitui o bazde date cu pigmeni de referin cunoscui, cu ajutorul creia se poate analizai identifica un pigment necunoscut, deoarece n munca de restaurare esteesenial reconstituirea culorii originale, pentru a obine aceeai senzaie deculoare, conform cu originalul.

2. Material i metoden vederea studiilor de stratigrafie, au fost prelevate microprobe de culoare

de pe icoane pe lemn aflate n curs de restaurare. Eantioanele recoltate au fostincluse n soluie de Technovit 2000LC (metacrilat de metil fotopolimeri-zabil). Probele au fost polimerizate cu ajutorul dispozitivului Technotray CUKulzer la lumin albastr. Probele incluse au fost secionate cu disc de diamantde tip stomatologic, cu un dispozitiv special realizat de ctre noi. Seciunileobinute au fost lefuite cu hrtie abraziv Klingspor PS 11A 2000 i ana-lizate la spectromicroscopul nostru la o mrire de 220 x. S-au stabilit coor-donatele x i y pentru fiecare pigment i s-au reprezentat pe diagrama deculoare CIExy -1931. De asemenea, s-au calculat caracteristicile de culoareale fiecrui pigment (puritatea, dominanta i complementara).

3. RezultatePrezentm cteva microseciuni realizate prin stratul de culoare a patru

icoane pe lemn n curs de restaurare, precum i spectrele de reflexie alepigmenilor din diferitele straturi de culoare. Reprezentarea coordonatelorpigmenilor pe diagrama de culoare s-a fcut prin calcularea coordonatelor xi y, n funcie de valorile de remisie RGB, date de program. Se poate observacu uurin c pigmenii din aceeai familie de culoare prezint spectreasemntoare. Cu toate acestea, poziia lor pe diagrama de culoare este bineindividualizat, n funcie de natura lor. Reprezentarea pigmenilor pe dia-grama de culoare CIE-1931 permite stabilirea valorilor de luminiscen (str -lucire) i de puritate (saturaie) ale culorilor pigmenilor analizai, precum istabilirea lungimilor de und () ale dominantei i complementarei fiecruipigment analizat.

670

Titlu articol 671

Fig. 1. Proba 15.15 - seciune stratigrafic

1

125

2 3 4 4

Fig. 2. Proba 15.15 - spectrele de reflexie ale pigmenilor din stratul de culoare

Semnatar articol672

Fig. 3. Proba 17.5 - seciune stratigrafic

6 7 8 9 10

Fig. 4. Proba 17.5 - spectrele de reflexie ale pigmenilor din stratul de culoare

Titlu articol 673

Fig. 5. Proba 18.3 - seciune stratigrafic

Fig. 6. Proba 18.3 - spectrele de reflexie ale pigmenilor din stratul de culoare

11 12 13 14

Semnatar articol674

Fig. 7. Proba 19.2 - seciune stratigrafic

15 16 17 18

Fig. 8. Proba 19.2 - spectrele de reflexie ale pigmenilor din stratul de culoare

Titlu articol 675

Tabelul 1: Caracteristicile de culoare ale pigmenilor analizai

Fig. 9. Diagrama de culoareCIExy-1931.

A = prob; B = lungimea de und ()

a dominantei; C = complementara;D = lungimea de und ()

a complementarei;E = punct acromatic (alb).

Semnatar articol676

Fig.10. Reprezentarea probelor pe diagrama de culoare CIExy 1931

Centrul diagramei(detaliu)

Titlu articol 677

3. ConcluziiSpectro-microscopul a fost realizat prin ataarea la microscopul

ORTOPLAN Leitz a unui monocromator cu reea de difracie tip Spekol, casurs de lumin monocromatic. Spectro-microscopul realizat permite ana-liza spectral a pigmenilor att din seciuni micro-stratigrafice ct i din probede pigmeni de dimensiuni microscopice, recoltai de pe suprafaa operelorde art.

Performanele microscopului permit analiza spectral a unei singuregranule de pigment cu dimensiunea sub 200 (0.2 mm), prelevarea unei ase-menea mostre fiind practic microinvaziv n decursul investigrii lucrrilorde art.

Se pot analiza chiar granule individuale de pigment din acelai strat deculoare (care poate conine mai multe tipuri de granule) dintr-o seciunemicrostratigrafic, aa cum se vede n fig. 1.

Au fost analizate probe de pigmeni recoltate de pe icoane de lemn ncurs de restaurare. Probele au fost incluse n soluie Technovit 2000 LC material fotopolimerizabil, secionate i lefuite cu hrtie abraziv 2000.

Analiza spectral a pigmenilor a constat n ridicarea spectrului dereflexie (remisie) a pigmenilor ntre 400 nm i 700 nm, din 5 n 5 nm i repre -zentarea topic a rezultatelor pe diagrama de culoare CIExyY.

Reprezentarea coordonatelor pigmenilor pe diagrama de culoare s-afcut prin calcularea coordonatelor x i y, n funcie de valorile de remisieRGB, date de program.

Reprezentarea pigmenilor pe diagrama de culoare CIE-1931 permitestabilirea valorilor de luminiscen (strlucire) i de puritate (saturaie) aleculorilor pigmenilor analizai, precum i stabilirea lungimilor de und () aledominantei i complementarei fiecrui pigment analizat.

Stabilirea coordonatelor tricromatice i a caracteristicilor spectrale aleunui pigment necunoscut permite identificarea lui pe baza comparaiei cu alipigmeni cu structur i compoziie chimic cunoscut, aflai ntr-o baz dedate realizat n condiii similare.

Pe baza comparrii spectrelor de reflexie ale pigmenilor se pot stabiliasemnrile i diferenele dintre acetia. Pigmenii de aceeai natur auspectre de remisie relativ identice, dar coordonatele tricromatice determinatela lungimi de und alese RGB pot da diferene semnificative pe diagrama decromaticitate CIE, ceea ce permite individualizarea lor.

Aparatura comercial pentru determinarea nuanelor de culoare (colori -metre, spectrofotometre) analizeaz culoarea cu apertur cu diametru de 5-15 mm.Pe o asemenea suprafa, culoarea poate fi rezultanta unui amestecul optic

Semnatar articol

aditiv a mai multor pigmeni diferii n acelai cmp. n comparaie, spectro-microscopul realizat de noi permite analiza spectral a unei singure granulede pigment.

Spre deosebire de aparatura comercial de determinare a culorilor, careutilizeaz filtre pentru analiza RGB, spectro-microscopul nostru permite ridi-carea spectrului continuu de remisie pe toat gama de vizibil (400-700 nm),la orice lungime de und monocromatic, chiar din 2 n 2 nm.

Metodologia microspectroscopic n domeniul vizibil propus de noieste complementar altor metode spectroscopice i contribuie la lrgirea bazeimetodologice de identificare i analiz aprofundat a pigmenilor unei operede art, utiliznd o metodologie microinvaziv prin prelevarea unor probemicroscopice de analiz.

Spectrul de reflexie a unui pigment i reprezentarea lui pe diagrama deculoare CIE permite identificarea unui pigment necunoscut cu un grad deprobabilitate foarte mare. Microscopia electronic de scanare i analiza chimicelemental ale unui pigment prin difracie cu raze X (EDX-SEM) poatecompleta analiza spectral de culoare a unui pigment n cazul n care se dorescdate suplimentare.

Analiza spectral n domeniul vizibil, completat cu analiza de culoaretricromatic la nivelul unui singure granule de pigment prezentat n aceastlucrare, nsoit i de analiza de remisie cu raze X , care stabilete compoziiachimic, poate reprezenta un ansamblu complex de determinare i individua-lizare a oricrei granule de pigment utilizat n elaborarea i restaurarea uneiopere de art.

Studiul stratigrafic a unei opere de art permite descifrarea tehnicii delucru a artistului.

BibliografieBerns, R.S.: Color-Accurate Image Archives Using Spectral Imaging, (Sacker

Nat. Acad. Sci. Colloquium) Scientific Examination of Art: ModernTechniques in Conservation and Analysis, Nat. Acad. Press, p. 105-119(2003).

Delaney, J.K., Walmsley, E., Berrie, B.H., Fletcher, C.F.: MultispectralImaging of Paintings in the Infrared toetect and Map Blue Pigments,(Sacker Nat. Acad. Sci. Colloquium) Scientific Examination of Art:Modern Techniques in Conservation and Analysis, Nat. Acad. Press,p. 120-136 (2003).

678

Titlu articol 679

Iova, F., Trutia, Ath., Vasile, V.: Spectral analysis of the color of some pig-ments, Romanian Reports in Physics, 57 (4), p. 905-911 (2005).

Jenkins, C.: Automated digital mapping of geological color descriptions,Geo-Mar Lett., 22, p. 181- 187 (2003).

Liang, H., Saunders, D., Cupitt. J.: A New Multispectral Imaging System forExamining Paintings, Journal of Imaging and Science and Techno -logy, 49 (6), p. 551-562 (2005).

Ohno, Y.: CIE Fundamentals for Color Measurements, Paper for IS&TNIP16 Conference, Vancouver, Canada, p.1-6 (2000)[Final manuscript].

Petrescu, I., Bokor, A., Todor, F.: Noiuni de fizic i investigare a opereide art, Ed. Presa Universitar Clujean (2009), p.64-75.

Petrescu, I., Bokor, A., Murean, T., Gui, O., Todor, F.: Identificarea i carac -terizarea pigmenilor de fresc prin metoda microspec trofotometricn: Conservarea i restaurarea patrimoniului cultural, Ed. TRINITAS,Iai (2008), vol. VIII, p. 5-11.

Van Tonder, N., Denner, B.F., Chang, M.S.: Comparison of CIE chromati-city values, Analytica Chimica Acta, 380, p. 285-288 (1999).

ABSTRACT

The Spectromicroscope Instrument of Microinvasive Investigation of theWork of Art

The paper describes the achievement of a multispectral system of microscopicanalysis with practical application in the conservation and restoration of the worksof art. The spectromicroscope was built in order to study the spectral properties ofpigments used in achieving a painting. The proposed system allows the recording,measuring and interpretation of the reflection spectra on a very small area (thedimension of a pigment particle of 50-100 microns) of a micro-stratigraphic section.As light source of the microscope, the system uses monochromatic light in the visiblefield [400700 nm]. The microscope is equipped with a digital photo cameraOlympus SP-350, connected to a computer through a data acquisition interfacewhich can receive and display the data on the computer monitor as microscopicimages obtained at various wave lengths of monochromatic light that illuminates thesample. The analysis and processing of the digital photos are done with a specializedprogram that allows the recording of the reflection spectra of the various pigmentgrains in the analyzed stratigraphic section. The multispectral data obtained this wayare used for the identification of a pigment through the comparison with a spectrumlibrary with reference pigments, obtained in the same conditions. The pigmentsidentified on the basis of their reflection spectra are placed on the color diagramCIExyY according to their x/y individual coordinates.