Nuevos detalles sobre la composición del ‘jabón metálico’ en pinturas al óleo que dificultan la conservación de obras de arte

Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) colaboraron con la Galería Nacional de Arte y otras organizaciones para estudiar los «jabones metálicos» en las pinturas al óleo que pueden degradar la pintura con el tiempo. Utilizaron un enfoque multiescala que involucraba diferentes técnicas espectroscópicas para identificar el jabón metálico en una muestra de una pintura al óleo del artista francés Jean Baptiste-Camel Corot. Crédito: Galería Nacional de Arte, Washington, adaptado de A. Centrone/NIST

Cuando piensa en jabón, primero puede imaginar espumas líquidas o barras duras que eliminan la suciedad, la mugre y las bacterias. Sin embargo, no todos los jabones son detergentes. En el mundo de la conservación de obras de arte, los carboxilatos metálicos, también conocidos como «jabones metálicos», son indeseables: se forman en reacciones químicas continuas que pueden dañar la integridad de la pintura y la apariencia de las pinturas con el tiempo.


Aunque estos compuestos han estado presentes durante mucho tiempo en las pinturas al óleo, sorprendentemente se sabe poco acerca de cómo se formaron y luego procedieron a dañar estas obras de arte. Ahora, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) se han asociado con la Galería Nacional de Arte y otras instituciones para utilizar nuevos métodos basados ​​en infrarrojos que mapean la composición y distribución de estos jabones minerales en múltiples niveles de detalle. Sus hallazgos pueden eventualmente ayudar a los funcionarios de restauración de arte a preservar mejor las pinturas al óleo.

Los investigadores publicaron sus hallazgos en Química analítica.

Las pinturas al óleo no parecen cambiar a simple vista. Sin embargo, una vez que la pintura se seca, no se fija en la piedra. Impulsadas por factores ambientales como la humedad y la temperatura, las reacciones químicas a nivel microscópico ocurren constantemente entre los aceites y los pigmentos. Con el tiempo, ya sea durante varios años o siglos, el jabón metálico resultante puede provocar el deterioro de la pintura, como agrietamiento o descamación de las capas de pintura.

Al igual que el jabón de baño, que se compone de moléculas de ácidos grasos unidas a iones de sodio, los jabones minerales se componen de moléculas de ácidos grasos, que se forman cuando los aceites de la pintura reaccionan con el agua y el oxígeno, y se unen a los iones metálicos lixiviados de los tintes. Las pinturas que contienen pigmentos de zinc y plomo a menudo forman jabones metálicos, mientras que se ha informado que muchas otras pinturas que contienen metales (como aluminio, calcio y manganeso) también forman jabones.

En el estudio, los investigadores analizaron una pintura francesa del siglo XIX «Mujer gitana con mandolina» de Jean-Baptiste-Camel Corot, que se encuentra en la colección de la Galería Nacional de Arte en Washington, DC.

“La pintura tiene algunos problemas que han señalado los restauradores de arte”, dijo Andrea Centroni, investigadora del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. “El cuadro está formado por 13 capas, muchas de las cuales se deben a restauraciones que se hicieron mucho tiempo después de la realización del cuadro, y al menos la capa superior era humillante, querían devolver el cuadro a su estado original en cuanto a apariencia. y ver lo que estaba pasando a nivel microscópico en la capa superior de la pintura, y ahí es donde empezamos a ayudar».

Para minimizar el daño a la placa, los investigadores tomaron una pequeña muestra de un área deteriorada usando un bisturí quirúrgico. Se analizó la composición de la capa superior y rápidamente determinaron que la pintura consistía en aceite seco, pigmentos verde cobalto, colores de plomo blanco y jabón metálico. Luego caracterizaron el jabón metálico usando tres técnicas infrarrojas separadas que revelaron detalles desde la escala de micrómetros (millonésimas de metro) hasta nanómetros (milmillonésimas de metro).

El primer método, conocido como microscopía infrarrojaes una técnica bien establecida que se utiliza a menudo para determinar la composición química de una muestra porque las longitudes de onda (colores) de la luz infrarroja absorbida por una sustancia o por una molécula son equivalentes a una huella dactilar.

Usando microscopía infrarroja de última generación, que tiene una resolución espacial al nivel de una millonésima de metro, fue posible determinar la presencia general de jabones minerales, pero no la especie individual específica.

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El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) utilizó una técnica de espectroscopia llamada resonancia inducida fototérmica (PTIR) para identificar el jabón metálico en una muestra de pintura. Esta tecnología proporciona espectros infrarrojos (imagen superior) y mapas químicos (imagen inferior) con una resolución de 10-20 nm. Ambos muestran el jabón de zinc mineral específico. Crédito: NIST, adaptado de B. Hayes/NIST

«Una de las principales limitaciones de la microscopía óptica es que la luz no puede enfocarse en un punto más pequeño que la mitad de su longitud de onda», dijo Centrone. «El infrarrojo tiene longitudes de onda entre 2 y 20 micrómetros, y aunque parece pequeño, es demasiado grande para medir detalles con resolución espacial en la escala nanométrica».

Como los investigadores han aprendido a lo largo de su trabajo, la resolución espacial a nanoescala es esencial para resolver cómo se mezclan los componentes originales de las pinturas y sus subproductos alterados, lo cual es esencial para comprender mejor las reacciones químicas en las pinturas.

Para ver detalles más pequeños, los investigadores utilizaron dos métodos de «trucos» para eludir el límite de resolución habitual. En el laboratorio de Photothermal Spectroscopy Company en Santa Bárbara, California, utilizaron una técnica conocida como espectroscopia infrarroja fototérmica (O-PTIR).

En O-PTIR, la luz emitida por un láser infrarrojo pulsado y un láser verde fijo se enfoca en la muestra. Pulsos de luz infrarroja, que circulan a través de una serie de diferentes longitudes de onda infrarrojas, calientan la muestra. La muestra calentada refleja una cantidad de luz láser verde que depende de su cantidad luz infrarroja Absorbido en cada longitud de onda.

Dado que la longitud de onda del láser verde (532 nm) es mucho más pequeña que las longitudes de onda del infrarrojo, puede enfocarse en un punto mucho más pequeño y proporcionar espectros infrarrojos y, por lo tanto, detalles de la composición química de la muestra, con una resolución de aproximadamente 500 nanómetros (mil millonésimas de metro) .

«Las longitudes de onda absorbidas por la muestra son como huellas dactilares que pueden usarse para identificar compuestos químicos específicos», dijo Centrone. Usando esta técnica, los investigadores descubrieron que en la muestra había una variedad de jabón de zinc, pero no jabón de plomo. Identificaron ciertos tipos de jabones de zinc, como el estearato de zinc y el oleato de zinc, que son jabones minerales densos y ordenados (cristalinos), así como jabones de zinc amorfos difusos.

Debido a la estructura amorfa del jabón de zinc amorfo, los investigadores creen que permite el transporte lento o la difusión de agua, iones y otros compuestos químicos, que luego pueden reaccionar, facilitando la formación y el crecimiento de grupos de jabón mineral con el tiempo. La resolución espacial aún es insuficiente para saber cómo se distribuyen los tres tipos de jabón metálico en la muestra.

Para ilustrar su punto, los investigadores utilizaron una técnica conocida como resonancia inducida fototérmica (PTIR) en el campus del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Gaithersburg, Maryland. En PTIR, la luz de un láser infrarrojo pulsado (que también tiene un rango de longitudes de onda) calienta la muestra, que se expande y contrae muy rápidamente después de cada pulso. La muestra se pulsa contra la punta en voladizo de un microscopio de fuerza atómica, que comienza a vibrar como un diapasón golpeado. Los investigadores midieron la vibración del voladizo para determinar cuánta luz absorbía la muestra.

De esta forma, PTIR proporciona mapas químicos y espectros infrarrojos con una resolución de 10 a 20 nm escaneando la punta sobre la superficie de la muestra. «La resolución espacial de PTIR muestra detalles de la composición química que no se habían obtenido antes. Se puede ver cómo se distribuyen los aceites y jabones minerales en las pinturas. Hay mucha variación a nanoescala», dijo Centrone.

Si bien PTIR proporciona el más alto nivel precisión espacial, lleva más tiempo mapear el área de muestra debido al pequeño tamaño de los píxeles (10 nm por 10 nm) que produce para crear una imagen. O-PTIR permite la identificación rápida de compuestos químicos en la escala de 500 nm, mientras que los microscopios infrarrojos convencionales son muy útiles para evaluar los cambios en la composición del recubrimiento en áreas extensas. Este enfoque de múltiples escalas puede ayudar a los funcionarios de restauración de arte a identificar y evaluar el impacto de los diferentes tipos de jabones metálicos y comprender mejor cómo aparecen y cómo interactúan con la pintura.

Esta tecnología también puede ayudar a proporcionar estrategias para la conservación. pinturas de óleo, como la identificación de colorantes sujetos a degradación por reacción y la formación de jabón mineral. «La caracterización de los diferentes tipos de carboxilato metálico en la pintura al óleo ayudará a comprender los factores iniciadores de las especies dañinas para la formación y el ensamblaje del jabón, y ayudará a los restauradores de arte a desarrollar nuevas estrategias de conservación», dijo Barbara Berry, directora de Ciencias de la Conservación y Ciencia Senior de Bárbara Berry. . Científico conservacionista de la Galería Nacional de Arte.


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más información:
Xiao Ma et al, Micro to Nano: los análisis infrarrojos multiescala revelan la heterogeneidad del jabón de zinc en una pintura del siglo XIX de Corot, Química analítica (2022). DOI: 10.1021 / acs.analchem.1c04182

La frase: Nuevos detalles sobre la composición del ‘jabón metálico’ en la pintura al óleo que impide la conservación de las obras de arte (4 de marzo de 2022) Recuperado el 4 de marzo de 2022 de https://phys.org/news/2022-03-formation-metal- jabones-aceite-hinder.html

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