金属皂发现阻碍艺术品保护
当你认为肥皂剧,你可能首先照片液体泡沫或固体酒吧,洗去污垢,污垢和细菌。然而,并非所有的肥皂清洁剂。在世界艺术保护,金属羧酸盐,也被称为“金属皂,”是不受欢迎的:它们形成的化学反应,会损坏油漆和绘画的外观的完整性。
尽管这些化合物一直在油画,发现很少的了解他们如何形成,然后继续伤害这些艺术品。现在,研究者们从国家标准与技术研究院(NIST)的合作国家美术馆的艺术和其他机构使用小说infrared-light-based方法识别这些金属香皂的成分和分布在多个级别的细节。他们的发现可能最终帮助艺术品保护更好地保持油画。
在研究人员发表了他们的发现分析化学。
油画似乎不改变前面的肉眼。然而,一旦油漆变干,它不是一成不变的。受环境因素如湿度和温度,化学反应在微观层面不断发生在油和颜料。随着时间的推移,几年或几个世纪以后,是否产生的金属肥皂会使油漆退化,如开裂或剥落的油漆层。
喜欢浴皂,是由脂肪酸分子连着钠离子,金属皂是由脂肪酸分子,形成在漆油与水和氧气反应,和债券,金属离子淋溶色素。经常与锌和铅油漆颜料形成金属皂,虽然许多其他含金属颜料(如铝、钙、锰)已报告形式肥皂。
在这项研究中,研究人员分析了法国19世纪的绘画”吉普赛女人曼陀林”,由艺术家Jean-Baptiste-Camille画家柯罗,华盛顿国家美术馆的艺术的集合,华盛顿特区
“这幅画有一些艺术品保护指出的问题,“NIST研究员Andrea Centrone说。“它有13层,许多由于修复这幅画后,发生,至少顶层是可耻的。他们想要恢复原来的这幅画的外观和找出发生了什么在微观层面上的顶层绘画;这就是我们开始帮助。”
减少损失的绘画,研究人员把一个小样本退化区域使用外科手术刀。顶层的构成进行了分析,他们迅速确定油漆由干油,绿色和白色颜料,钴和金属皂。然后他们特征的金属香皂采用三个独立的红外线技术,透露了微米尺度的细节(上百万分之一米)纳米(十亿分之一米)。
第一个方法,称为红外显微镜,是一种行之有效的技术,常被用来识别样本的化学成分,因为特定波长(颜色)的红外光吸收的材料或分子相当于一个指纹。
使用最先进的红外显微镜,空间分辨率的上百万计,可以识别金属皂的普遍存在,而不是特定的个人类型。
“光学显微镜的基本限制,光不能集中到一个点小于波长的一半,”Centrone说。“红外线波长2至20微米,虽然这听起来很小,是太大的测量和纳米级的空间分辨率细节。”
作为研究人员在他们的工作,学习纳米空间分辨率解决的关键是油漆的原始组件及其变更副产品混杂在一起,这是必要的,以便更好地理解在颜料的化学反应。
看到小细节,研究人员使用了两种方法,依靠“技巧”来绕过通常分辨率的限制。在实验室的光热光谱分析光谱公司在加州的圣芭芭拉,他们使用了一种被称为光学光热光谱分析红外光谱(O-PTIR)。
O-PTIR,光脉冲红外激光和一个常数绿色激光器都集中在样品。红外光脉冲,骑自行车通过一系列不同的红外波段,加热样品。加热样本反映出的绿色激光量取决于其吸收红外光线在每个波长。
因为绿激光的波长(532纳米)比红外波长小得多,它可以集中到一个小得多的地方和有效地提供红外光谱,因此样本的化学结构的细节,分辨率约500纳米(十亿分之一米)。
“吸收的波长样本就像指纹,可以用来识别特定的化合物,“Centrone说。使用这种技术,研究人员发现,各种锌皂,但不是肥皂,在场的样本。他们确定了特定种类的香皂油酸如硬脂酸锌和锌,锌是密集的,命令(水晶)金属皂,以及普遍无序(无定形)锌皂。
由于非晶锌皂的无序结构,研究人员认为它允许运输或缓慢扩散的水,离子和其他化合物,然后可能反应,促进金属皂集群的形成和成长。仍然是空间分辨率不足的三种类型的金属香皂在样本分布。
磨砺他们的观点,研究者们使用了一种被称为光照诱导共振技术(PTIR)在NIST的校园在盖瑟斯堡,马里兰州。PTIR,光脉冲红外激光(也有一个范围的波长)加热样品,每个脉冲后迅速扩张和收缩。样品对原子力显微镜的尖端悬臂的闪烁,开始震动像音叉。研究人员测量悬臂振动的程度来确定有多少光被样品吸收。
这种方式,PTIR为化学地图和红外光谱提供了10到20纳米的分辨率扫描样品表面。“PTIR空间分辨率纳入之前查看化学成分无法获得详细信息。你可以看到油和金属皂描绘分布。有很多变化在纳米尺度上,“Centrone说。
尽管PTIR提供空间分辨率最高,地图样本地区需要更多的时间,因为非常小(10 10 nm)它产生建立一个图像的像素大小。O-PTIR使化合物的快速识别在500纳米范围内,而传统的红外显微镜是最有用的评估在大面积漆成分的变化。这样一个多尺度的方法可以帮助艺术品保护识别和评估的影响不同种类的金属皂,并更好地了解他们在油漆以及它们是如何交互的。
这项技术也可以帮助提供策略来保护油画,如确定哪些颜料容易降解反应,形成金属皂。”特征的不同种类的金属羧化物油漆将有助于了解soap的有害种类的启动因素形成和聚合,并将帮助艺术品保护开发新的保护策略,”芭芭拉•白瑞说,科学保护和保护科学家高级主管国家美术馆的艺术。
参考:马X, Pavlidis G,狄龙E, et al .微纳米:多尺度IR分析揭示锌皂异质性在19世纪油画的美妙。肛门化学。2022,94 (7):3103 - 3110。doi:10.1021 / acs.analchem.1c04182
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