Experts weten al lang dat naarmate olieverfschilderijen ouder worden, zepen kunnen zich in de verf vormen, aantasting van het uiterlijk van de kunstwerken. Het proces bemoeilijkt het behoud van olieverfschilderijen aanzienlijk - en culturele manifestaties, die de schilderijen zelf helpen behouden.

"Deze zepen kunnen uitsteeksels vormen die in de verf groeien en door het oppervlak breken, het creëren van een hobbelige textuur, " zei Silvia Centeno, een lid van de afdeling Wetenschappelijk Onderzoek van het New York Metropolitan Museum of Art (The Met). "In andere gevallen, de zepen kunnen de transparantie van de verf vergroten, of vormen een ontsierende, witte korst op het schilderij."

Wetenschappers begrijpen niet waarom de zepen verschillende verschijningsvormen aannemen, en gedurende vele jaren, de onderliggende mechanismen van hoe de zepen ontstaan, bleven een mysterie.

"De Met, samen met onze collega's van andere instellingen, probeert te achterhalen waarom het proces plaatsvindt, wat triggert het, en als er een manier is om het te voorkomen, ' zei Centeno.

Röntgenfoto's onthullen nieuwe aanwijzingen

Onlangs, een wetenschappelijke samenwerking onder leiding van onderzoekers van The Met, de Universiteit van Delaware, en het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) heeft geholpen om een ​​van deze vragen te beantwoorden. Door een microscopisch monster van The Crucifixion te analyseren, een 15e-eeuws olieverfschilderij van Jan Van Eyck, het onderzoeksteam kon bepalen welke componenten in de verf verantwoordelijk waren voor het vormen van zeep. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

"Als we schilderijen bestuderen in het museum, we proberen niet-invasieve technieken te gebruiken - methoden die geen permanente veranderingen in het kunstwerk veroorzaken, "Zei Centeno. "Echter, in sommige gevallen, we moeten een heel klein monster verwijderen voor analyse. We halen het uit gebieden waar er al een scheur of verlies in het kunstwerk is. Alle monsters worden gearchiveerd, zodat we terug kunnen gaan en ze opnieuw kunnen gebruiken, en in dit geval het monster dat we bestudeerden was al van het schilderij verwijderd voor een ander onderzoek toen we ons realiseerden dat het een goed voorbeeld van zeepvorming was."

Om de kleine chemische kenmerken van het monster te bestuderen, de wetenschappers hadden de geavanceerde mogelijkheden van de röntgenmicroscoop nodig bij bundellijn 5-ID bij de National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - een DOE Office of Science-gebruikersfaciliteit in Brookhaven Lab. Deze bundellijn heeft het unieke vermogen om de chemische samenstelling van complexe structuren in beeld te brengen, waardoor het de perfecte tool is voor het bestuderen van kleine voorbeelden van kunstwerken.

"Omdat deze monsters zo klein zijn, we hadden de submicron ruimtelijke resolutie van beamline 5-ID nodig, en de expertise van het beamline-personeel, ' zei Centeno.

Met behulp van een onderzoekstechniek genaamd röntgenfluorescentiemicroscopie, de wetenschappers richtten de ultraheldere röntgenstralen van de NSLS-II op het schilderijmonster terwijl het monster horizontaal en verticaal werd bewogen. Dit stelde hen in staat om kaarten te genereren die laten zien hoe verschillende elementen in de steekproef zijn verdeeld, en bepalen hoe deze elementen door de verslechtering in de verf zijn verplaatst. Aanvullend, met behulp van een techniek genaamd röntgenabsorptiespectroscopie, de wetenschappers identificeerden de aanwezigheid van chemische verbindingen die het product waren van verslechteringsreacties in het monster.

"Er was voorgesteld dat onzuiverheden in een van de pigmenten die typisch betrokken zijn bij zeepvorming, genaamd loodtin geel type I, waren verantwoordelijk voor zeepvorming, en we ontdekten dat dit niet het geval is, "Zei Centeno. "Terwijl de onzuiverheden misschien reageren, het zijn de hoofdbestanddelen van dit pigment - het pigment dat de verf kleur geeft - die reageren tijdens zeepvorming. De zware metalen in pigmenten, zoals lood tin geel en anderen, reageren met vetzuren in het oliebindende medium om zepen te vormen. Hierdoor verandert de verf van kleur en uiterlijk, en wat de kunstenaar bedoelde."

Deze bevinding is een belangrijke stap naar een volledig begrip van zeepvorming, en het ontwikkelen van een methode om de kleur en textuur van olieverfschilderijen te behouden.

"Het was een voorrecht om deel uit te maken van deze samenwerking, " zei Karen Chen-Wiegart, een assistent-professor aan de Stony Brook University met een gezamenlijke aanstelling bij NSLS-II. "Het is een zeldzame kans om te kunnen werken met een monster met zoveel geschiedenis. Toen onze medewerkers zagen dat we deze kunst in realtime aan het scannen waren, iedereen was zo opgewonden omdat ze zagen dat hun gereedschap kon worden gebruikt om iets te bestuderen waarvan ze nooit hadden gedacht dat het mogelijk was. Het was op meerdere niveaus spannend voor ons allemaal hier bij NSLS-II."

Terwijl de huidige studie zich concentreerde op één type pigment, de samenwerking wil onderzoeken hoe zeepvorming varieert tussen verschillende pigmenten, evenals de effecten van temperatuur, vochtigheid, en de porositeit van de verf. Ze hopen ook een breder scala aan synchrotron-technieken bij NSLS-II te gebruiken om een ​​meer uitgebreid begrip te krijgen van het verslechteringsmechanisme.