Wetenschap
Laserbeeldvorming zou vroegtijdige detectie van risicovolle kunstwerken kunnen bieden
Kijk goed naar impressionistische schilderijen in musea, vergeleken met foto's die 50 jaar geleden zijn gemaakt, en je zult misschien iets vreemds opmerken:sommige verliezen hun felgele tinten.
Neem de dramatische zonsondergang in het beroemde schilderij 'The Scream' van Edward Munch. Delen van de lucht die ooit helder oranjeachtig geel waren, zijn vervaagd tot gebroken wit.
Op dezelfde manier is een deel van het zonnige geel dat Henri Matisse tussen de liggende naakten in zijn schilderij 'The Joy of Life' aanbracht, nu meer saai beige.
Verschillende andere schilderijen uit deze periode worden met soortgelijke problemen geconfronteerd. De felgele verf die deze kunstenaars gebruikten, was gemaakt van de chemische verbinding cadmiumsulfide. Het pigment was geliefd bij veel Europese kunstenaars uit de late 19e en vroege 20e eeuw. Claude Monet, Vincent van Gogh en Pablo Picasso bestreken er allemaal hun doeken mee.
"Zoveel schilders hielden echt van dit pigment", zegt Yue Zhou, die haar Ph.D. in het laboratorium van Duke-scheikundeprofessor Warren Warren.
Maar naarmate de decennia verstreken, beseften veel kunstenaars en kunstconservatoren dat ze een probleem hadden:hun cadmiumgele penseelstreken zagen er niet meer zo levendig uit als vroeger.
Door het verstrijken van de tijd worden kunstwerken blootgesteld aan licht, vocht, stof en andere natuurelementen die pigmenten kwetsbaar kunnen maken voor vervaging en verkleuring.
In een nieuwe studie laten onderzoekers van Duke University zien dat een door hen ontwikkelde lasermicroscopietechniek een manier kan bieden voor vroege detectie, waardoor het mogelijk wordt om de eerste kleine tekenen van kleurverandering te identificeren nog voordat ze zichtbaar zijn voor het oog. Het werk is gepubliceerd in het Journal of Physics:Photonics .
Er bestaan verschillende technieken om te bestuderen welke pigmenten in een schilderij zijn gebruikt en in welke mate ze zijn afgebroken. Maar meestal gaat het om het afschrapen van een klein stukje verf met een scalpel om de samenstelling ervan te analyseren. Die methode kan het stuk beschadigen en het te onderzoeken gebied beperken, zei Zhou.
"Het lijkt een beetje op een operatie", voegde ze eraan toe.
Voer pompsondemicroscopie in. Het kan in verflagen kijken en chemische veranderingen detecteren die het begin van het verval van een pigment markeren, zonder dwarsdoorsneden van het originele kunstwerk te nemen.
De techniek maakt gebruik van ultrasnelle pulsen van onschadelijk zichtbaar of nabij-infrarood licht, die minder dan een biljoenste van een seconde duren, en meet hoe deze interageren met pigmenten in de verf. De resulterende signalen kunnen worden gebruikt als chemische vingerafdrukken om te identificeren welke verbindingen aanwezig zijn.
Door de laserstraal op verschillende locaties en diepten in het monster te richten, kunnen de onderzoekers 3D-kaarten van bepaalde pigmenten maken en monitoren wat er gebeurt op een schaal zo klein als een honderdste van een millimeter.
Voor het nieuwe onderzoek gebruikten de onderzoekers pompsondemicroscopie om monsters van cadmiumgele verf te analyseren die aan een kunstmatig verouderingsproces waren onderworpen.
In een laboratorium op de westelijke campus van Duke roerde Zhou monsters van de beroemde kleur in beweging. Ze pakte een fles poedervormig cadmiumsulfidepigment van de plank, mengde het met lijnolie en veegde het vervolgens op microscoopglaasjes om te drogen.
Sommige monsters werden in een donkere en droge omgeving achtergelaten, beschermd tegen vocht en lichte schade. Maar de rest werd in een speciale kamer geplaatst en blootgesteld aan licht en een hoge luchtvochtigheid; factoren waarvan bekend is dat ze grote schade aanrichten aan onstabiele kleuren.
Vervolgens brachten de onderzoekers de verfmonsters in beeld met behulp van pompsondemicroscopie om de voortgang van de afbraak op microscopische schaal te volgen.
Vergeleken met controlemonsters zagen de monsters die de verouderingsbehandeling kregen er slechter uit vanwege slijtage. Na vier weken in de rijpingskamer waren ze vervaagd tot lichtere geeltinten.
Maar zelfs voordat deze veranderingen merkbaar werden, waren er al duidelijke tekenen van verval zichtbaar in de pompsondegegevens, zei Zhou. Het cadmiumsulfidesignaal begon al in week één af te nemen en daalde uiteindelijk met meer dan 80% in week vier.
Het signaalverlies is een gevolg van chemische veranderingen in de pigmenten, zei Zhou. Vocht veroorzaakt de transformatie van cadmiumsulfide, dat geel is, in cadmiumsulfaat, dat wit is, wat resulteert in een witachtige of doffe tint.
Senior co-auteurs Warren en Martin Fischer hadden oorspronkelijk de techniek ontwikkeld om pigmenten in menselijk weefsel te analyseren, en niet in kunstwerken, om huidvlekken te inspecteren op tekenen van kanker. Maar toen beseften ze dat dezelfde aanpak gebruikt kon worden voor kunstbehoud.
Er is een voorbehoud:hoewel de techniek vroege veranderingen op een niet-destructieve manier opmerkt, kunnen conservatoren de omvangrijke laseropstelling in hun eigen musea niet gemakkelijk nabootsen. Het team zegt dat het in de toekomst mogelijk zou kunnen zijn om een goedkopere, meer draagbare versie te ontwikkelen die gebruikt kan worden om schilderijen te bestuderen die te kwetsbaar of te groot zijn om elders te vervoeren en te analyseren.
Natuurlijk kan eventueel kleurverlies dat al heeft plaatsgevonden niet meer ongedaan worden gemaakt. Maar op een dag zullen kunstconservatoren misschien een nieuw instrument hebben om deze veranderingen eerder op te merken en stappen te ondernemen om het proces in de beginfase te vertragen of te stoppen.
Het onderzoek heeft potentiële toepassingen die verder gaan dan kunstenaarspigmenten. Door te kijken naar de afbraak van cadmiumgeel in eeuwenoude schilderijen kunnen onderzoekers moderne materialen beter begrijpen die ook kwetsbaar zijn voor de elementen, zoals het cadmiumsulfide dat in zonnecellen wordt gebruikt, aldus Warren.