Study of the aging of various paint varnishes using nonlinear imaging microscopy techniques:
Creators: name: Κελεγκούρη, Λαμπρινή Ιορδάνη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Μη-γραμμική μικροσκοπία
Βερνίκια
Τεχνητή γήρανση
Nonlinear microscopy
Paint varnishes
Artificial aging

description: Varnishes are applied to the surface of a painting in order to protect the paint layers, to saturate colors and subsequently improve the final appearance of the artworks. However, these coatings are the most vulnerable part of the paintings. As time passes, environmental factors, such as atmospheric pollution, temperature, humidity, light, as well as oxidation reactions that take place lead to their deterioration. A degraded varnish obscures a painting and can considerably change its appearance, imposing the need of its removal and replacement. The exact thickness determination of the affected region of the varnishes due to aging would be of high importance for the art conservators in any cleaning procedure. In the current thesis, the applicability of the nonlinear imaging microscopy techniques (multiphoton excitation fluorescence and third harmonic generation) for the study of the deterioration of the varnishes due to aging is investigated. For this reason, samples of three natural resin varnishes (dammar, mastic and colophony) and one synthetic varnish (vinavil) were constructed. Initially, the samples were examined via nonlinear imaging microscopy techniques, using an experimental setup, which allows the simultaneous collection of different nonlinear optical signals, such as multiphoton excitation fluorescence (MPEF) and third harmonic generation (THG). Subsequently, the samples were investigated via the implementation of the surface single photon laser-induced fluorescence (LIF) technique and the realization of Raman spectroscopy measurements, which provide complementary molecular information. Then the samples were artificially aged and the above measurements were performed on them, in order to observe any changes in the interfaces, the fluorescence or/and the molecular structure of the specimens. Nonlinear imaging microscopy techniques have the potential to determine precisely the thickness of the affected region of the varnishes due to aging as a function of depth. Thus, these non-destructive, high resolution imaging modalities may be a novel diagnostic tool for aging studies providing important in depth information for the works of art.
description: Τα βερνίκια εφαρμόζονται στην εξωτερική επιφάνεια των έργων τέχνης με σκοπό την προστασία των ζωγραφικών στρωμάτων από εξωτερικούς παράγοντες, τον κορεσμό των χρωμάτων και την επακόλουθη βελτίωση της εμφάνισης των τεχνουργημάτων. Τα προστατευτικά αυτά στρώματα αποτελούν το πιο τρωτό σημείο ενός έργου τέχνης. Με την πάροδο του χρόνου, περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως η ατμοσφαιρική ρύπανση, η θερμοκρασία, η υγρασία, το φως, καθώς και αντιδράσεις οξείδωσης που λαμβάνουν χώρα έχουν ως αποτέλεσμα τα λεπτά αυτά προστατευτικά στρώματα να φθείρονται. Η αλλοίωση των βερνικιών λόγω της γήρανσής τους οδηγεί στην αλλοίωση της εικόνας των ζωγραφικών στρωμάτων, γεγονός που επιτείνει την ανάγκη αφαίρεσης και αντικατάστασής τους κατά τη διάρκεια επεμβάσεων συντήρησης, ώστε να διορθωθούν οι οπτικές και αισθητικές ιδιότητες των έργων τέχνης. Ο ακριβής προσδιορισμός του πάχους του προστατευτικού στρώματος που έχει αλλοιωθεί λόγω της γήρανσης θα αποτελούσε ένα πολύ σημαντικό και χρήσιμο εργαλείο σε οποιαδήποτε διαδικασία συντήρησης. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η εφαρμογή μη γραμμικών απεικονιστικών μετρήσεων (πολυφωτονικά διεγειρόμενος φθορισμός και παραγωγή τρίτης αρμονικής) στη μελέτη γήρανσης των προστατευτικών στρωμάτων έργων τέχνης. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν δείγματα τριών φυσικών ρητινών (δάμμαρη, μαστίχα, κολοφώνιο) και ενός συνθετικού βερνικιού (vinavil). Αρχικά, τα δείγματα μελετήθηκαν με τεχνικές μη γραμμικής μικροσκοπίας με τη βοήθεια μιας πειραματικής διάταξης, η οποία επιτρέπει την καταγραφή μη γραμμικών φαινομένων, όπως ο πολυφωτονικά διεγειρόμενος φθορισμός (MPEF) και η παραγωγή τρίτης αρμονικής (THG). Στη συνέχεια τα δείγματα μελετήθηκαν με τη φασματοσκοπική τεχνική του φθορισμού επαγόμενου από laser (LIF, Laser Induced Fluorescence) και με την τεχνική της φασματοσκοπίας Raman, η οποία μπορεί να δώσει χρήσιμες πληροφορίες για τη δομή των χημικών μορίων. Ακολούθως τα δείγματα γηράνθηκαν τεχνητά και πραγματοποιήθηκαν εκ νέου οι παραπάνω μετρήσεις στα γηρασμένα πλέον δείγματα. Στόχος ήταν να παρατηρηθούν τυχόν μεταβολές στις διεπιφάνειες, το φθορισμό και τη χημική σύσταση των δειγμάτων. Με τις τεχνικές μη γραμμικής απεικονιστικής μικροσκοπίας κατέστη δυνατός ο ακριβής προσδιορισμός του πάχους της αλλοιωμένης λόγω γήρανσης περιοχής των βερνικιών σαν συνάρτηση του βάθους. Επομένως, αυτές οι μη καταστρεπτικές, υψηλής ανάλυσης τεχνικές μπορούν να αποτελέσουν ένα καινούριο διαγνωστικό εργαλείο για τις μελέτες γήρανσης παρέχοντας ουσιαστικές εις βάθος πληροφορίες για τα έργα τέχνης.