Применение лазерной спектроскопии для выявления дефектов произведений искусства

Если внимательно присмотреться к картинам импрессионистов, находящихся в музеях, и на их фотографии пятидесятилетней давности, можно заметить, что некоторые оттенки потускнели. Например, если обратить внимание на картину Эдварда Мунка «Крик», то видно, что некоторые участки неба, некогда бывшие ярко-оранжево-желтыми, выцвели и стали почти белыми.

Многие картины конца 19 и начала 20 веков имеют такие проблемы, в частности, желтая краска из химического соединения сульфида кадмия, которую использовали Клод Моне, Винсент ван Гог и другие художники того времени тускнеет.

По словам доктора Юэ Чжоу из Университета Дьюка (США) многие художники и реставраторы столкнулись с проблемой потускнения кадмиевых желтых красок. С течением времени произведения искусства подвергаются воздействию света, влаги, пыли и других природных факторов, которые способны привести к обесцвечиванию картин.

Группа ученых из Университета Дьюка разработали методику лазерной микроскопии, позволяющую выявить первые признаки изменения цвета еще до того, как они станут заметны для человеческого глаза.

Большинство методов исследования красок на предметах искусства подразумевают соскабливание кусочка краски для анализа ее состава. В отличие от них, спектроскопия методом накачки-зондирования позволяет исследовать слои краски и находить химические изменения без повреждения предметов искусства.

В данном методе спектроскопии используются сверхбыстрые лазерные импульсы видимого или ближнего инфракрасного диапазона и исследуется их взаимодействие с пигментами в красках. Полученные сигналы позволяют определить наличие или отсутствие определенных химических соединений в краске.

Фокусируя лазерный луч в разных местах и на разной глубине образца, исследователи смогли создать 3D-карты пигментов и отслеживать их деградацию в масштабе сотых долей миллиметров.

В ходе исследования ученые использовали спектроскопию накачки-зондирования для анализов образцов кадмиевой желтой краски, подвергнутых процессу искусственного старения. Порошкообразный пигмент сульфида кадмия был смешан с льняным маслом и нанесен на предметные стекла. Часть образца была помещена в место, защищенное от влаги и света, а часть – в специальную камеру, где на них воздействовали яркий свет и высокая влажность. После этого образцы были проанализированы с помощью спектроскопии накачки-зондирования для наблюдения деградации краски в микроскопическом масштабе.

Образцы, подвергшиеся процессу искусственного старения, были в более худшем состоянии. После четырех недель в камере они выцвели до более светлых оттенков желтого.

По словам доктора Чжоу, изменения пигмента были заметны уже на первой неделе. В конечном итоге сигнал, полученный от образцов на 4 неделе наблюдений, был слабее более чем на 80%.

Такие потери сигнала происходят из-за химических изменений в пигменте. Под действием влаги сульфид кадмия, который имеет желтый цвет, переходит в сульфат кадмия, который имеет белый оттенок, что приводит к осветлению пигмента.

Изначально данный метод разрабатывался для анализа пигмента тканей человека для проверки родинок на наличие признаков рака. Однако, позже ученые поняли, что его можно использовать для анализа произведений искусства.

Тем нее менее, такой метод исследования имеет существенный недостаток: размещать громоздкую лазерную установку в месте проведения анализа крайне неудобно. По словам ученых, возможно, в будущем удастся разработать более портативную версию, с помощью которой можно будет провести анализ картин, слишком уязвимых или громоздких для транспортировки.

К сожалению, любое произошедшее изменение цвета уже необратимо. Но однажды у реставраторов может появиться новый прибор, позволяющий обнаружить данные изменения раньше и замедлить, или даже остановить процесс обесцвечивания на начальных стадиях.

Данное исследование может найти применение не только для анализа предметов живописи, но и в других областях, например, для исследования сульфида кадмия, используемого в солнечных батареях.