Metodika technik spektrální analýzy (FTIR, Raman) pigmentů a dalších materiálů jako součástí sbírkových a historických předmětů

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00023299%3A_____%2F23%3AN0000001" target="_blank" >RIV/00023299:_____/23:N0000001 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="https://invenio.nusl.cz/record/520526" target="_blank" >https://invenio.nusl.cz/record/520526</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Metodika technik spektrální analýzy (FTIR, Raman) pigmentů a dalších materiálů jako součástí sbírkových a historických předmětů

Popis výsledku v původním jazyce

Metoda FTIR spektrometrie je velmi rychlá, nevyžaduje žádnou úpravu optimálních podmínek měření a poskytuje signál téměř od všech látek v analyzované směsi. Toho lze využít pro prvotní orientační analýzu směsných vzorků. V příslušném FTIR spektru tak lze v ideálním případě identifikovat v jednom kroku pojivo barevné vrstvy, jeho degradační produkty a řadu pigmentů a plniv. Spektrální vibrační pásy organických barviv, která mívají vysokou kryvost a v barevné vrstvě jsou zastoupena pouze v malém množství, bývají však velmi často překryty vibračními pásy bělob a pojiv. Obsahuje‑li FTIR spektrum zvýšenou základní linii v oblasti vlnočtů pod 800 cm-1, lze předpokládat, že vrstva obsahuje pigmenty či plniva na bázi oxidů a měla by být analyzována i na Ramanově spektrometru či na FTIR spektrometru, který umožní analýzu při nižších vlnočtech (tedy v oblasti blízkého infračerveného záření). V případě testovaných zelených minerálních pigmentů byla metoda FTIR spektrometrie jedinou metodou, která byla schopná identifikovat horskou zeleň v modelových vzorcích směsí s bělobami a pojivem. Ramanovou mikroskopií se podařilo identifikovat v modelových vzorcích všechny pigmenty a barviva, vyjma horské zeleně. Kvalitnější Ramanova spektra pigmentů či barviv poskytly vzorky, které byly planární a v nichž byla nalezena odhalená zrna pigmentu. Zelené pigmenty jsou lépe identifikovatelné při použití laseru 532 nm, červené pigmenty a barviva poskytují lepší Ramanův signál po excitaci laserem 785 nm. Jelikož Ramanova mikroskopie je schopná fokusovat paprsek laseru až na plochu o průměru ~1 μm, lze analyzovat pouze samotné zrno pigmentu a jeho spektrální pásy tak nebývají překryty spektrálními pásy pojiva či ostatních pigmentů a plniv. Ramanova spektrometrie je vhodná i pro identifikaci pigmentů a dalších látek, které nemají FTIR spektrum, např. rumělka, oxidy kovů (titanová běloba, zinková běloba, suřík…) a další. Ve srovnání s FTIR analýzou je však Ramanova mikroskopie časově mnohem náročnější. Protože analýzy většinou vyžadují krátkodobé pulzy a vysoké počty scanů, pohybuje se doba jedné analýzy řádově v minutách63. Časově náročné je i hledání optimálních podmínek analýzy daného pigmentu pro získání co nejkvalitnějšího Ramanova signálu, či vůbec vyvolání samotného Ramanova jevu. Je‑li vrstva složena z řady pigmentů, je pak třeba analyzovat každé odlišně barevné zrno zvlášť, a není‑li při daném laseru (v rozsahu od minimálního po maximální výkon) získáno požadované Ramanovo spektrum, je třeba vyzkoušet i další budicí lasery, které by mohly Ramanův signál vyvolat či snížit fluorescenci64 analyzovaného pigmentu či barviva. Obě metody jsou navzájem komplementární a společně poskytují celistvý přehled o složení jednotlivých barevných vrstev vzorků, odebraných z historických předmětů.

Název v anglickém jazyce

Methodology of spectral analysis techniques (FTIR, Raman) of pigments and other materials as part of collections and historical objects

Popis výsledku anglicky

The FTIR spectrometry method is very fast, requires no adjustment of the optimum measurement conditions and provides a signal from almost all substances in the mixture being analysed. This can be used for initial indicative analysis of mixed samples. Thus, in the relevant FTIR spectrum, the binder of the paint layer, its degradation products and a number of pigments and fillers can ideally be identified in one step. However, the spectral vibrational bands of organic dyes, which have a high opacity and are only present in small amounts in the colour layer, are very often overlapped by the vibrational bands of whites and binders. If it contains FTIR spectrum contains an elevated baseline in the wavelength region below 800 cm-1, it can be assumed that the layer contains oxide-based pigments or fillers and should be analysed on a Raman spectrometer or on an FTIR spectrometer that allows analysis at lower wavelengths (i.e. in the near-infrared region). In the case of the green mineral pigments tested, FTIR spectrometry was the only method that was able to identify mountain greens in model samples of mixtures with whites and binders. Raman microscopy was able to identify all pigments and dyes in the model samples, except mountain greens. Higher quality Raman spectra of pigments or dyes were provided by samples that were planar and in which pigment grains were detected. Green pigments are better identified when using the 532 nm laser, while red pigments and dyes give a better Raman signal after excitation with the 785 nm laser. Since Raman microscopy is able to focus the laser beam down to an area of ~1 μm in diameter, only the pigment grain itself can be analyzed and its spectral bands are thus not overlapped by the spectral bands of the binder or other pigments and fillers. Raman spectrometry is also suitable for the identification of pigments and other substances that do not have FTIR spectra, e.g. vermilion, metal oxides (titanium white, zinc white, crude...) and others. However, Raman microscopy is much more time consuming compared to FTIR analysis. As analyses usually require short pulses and high scan counts, the time per analysis is in the order of minutes63. Finding the optimal conditions for analysing a given pigment to obtain the best quality Raman signal, or even to induce the Raman phenomenon itself, is also time consuming. If the layer is composed of a number of pigments, then each differently coloured grain must be analysed separately, and if the desired Raman spectrum is not obtained with a given laser (ranging from minimum to maximum power), other excitation lasers must be tried to induce or reduce the Raman signal64 of the pigment or dye being analysed. The two methods are complementary and together provide a holistic view of the composition of the different colour layers of samples taken from historical objects.

Druh

N_metS - Metodiky schválené orgánem státní správy

CEP obor

—

OECD FORD obor

60101 - History (history of science and technology to be 6.3, history of specific sciences to be under the respective headings)

Projekt

—

Návaznosti

I - Institucionalni podpora na dlouhodoby koncepcni rozvoj vyzkumne organizace

Rok uplatnění

2023

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

Spektrální analýzy (FTIR, Raman) předmětů

Číslo předpisu

—

Technické parametry

Metodika je určena pro oblast materiálových analýz objektů kulturního dědictví (uměleckých děl a dalších sbírkových předmětů). Měla by najít uplatnění při restaurování uměleckých děl, respektive při restaurátorských průzkumech a při studiu historických sbírkových objektů. Tato metodika by jim měla pomoci zvolit optimální analytickou metodu a postup přípravy vzorku tak, aby výsledky analýzy byly zatíženy co nejmenší chybou, dále posoudit hodnověrnost výsledku analýzy a správně je interpretovat.

Ekonomické parametry

Je určena specialistům – technologům nebo analytickým chemikům, kteří analyzují pigmenty uměleckých materiálů nebo sbírkových předmětů. Měla by je upozornit na specifické procesy, které za určitých podmínek mohou probíhat v barevné vrstvě a které mohou v důsledku komplikovat nebo zkreslovat výsledky analýz molekulární spektroskopie. Předchází se tak nesprávné volbě restaurátorských postupů a dochází tak k preventivní ochraně kulturního dědictví.

Označení certifikačního orgánu

Ministerstvo kultury České republiky

Datum certifikace

—

Způsoby využití výsledku

C - Výsledek je využíván bez omezení okruhu uživatelů