Instituto de Física Universidade de São Paulo AULA 2 FÍSICA APLICADA AO ESTUDO DE OBJETOS DO PATRIMÔNIO CULTURAL: MÉTODOS E TÉCNICAS Profa. Dra. Márcia A. Rizzutto rizzutto@if.usp.br https://edisciplinas.usp.br/course/view.php?id=42442 28 de março de 2017 DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO INTERUNIDADES EM MUSEOLOGIA Métodos Analíticos Quanto ao tipo • Destrutivos (análise de fragmentos) • Não destrutivos • Preserva a amostra - pode ser re-analisada • Preserva a amostra e o objeto • Micro-destrutivos (dano invisível a olho nu, micrométrico) • Corte estratigráfico Métodos Analíticos Quanto às amostras • Múltiplos e diferentes materiais (pedras, rochas, tecido, couro, madeira, papel, ossos (marfim), pergaminhos, vidro...) • Estrutura tridimensional complexa (ligas metálicas, jóias, adereços, armas..) • Coberta com uma ou várias camadas de pigmentos (pinturas, estátuas de madeira, manuscritos..) e eventualmente uma camada protetora (verniz). • Superfície deteriorada (corrosão, oxidação, etc..) Ferramentas Física e tecnologia As ferramentas físicas e a tecnologia moderna dominam as análises de objetos de arte e arqueológicos Propósito da análise de materiais Identificação do material Análises das características do material, química, componentes, molecular, isótopos, distribuição Análise de tecnologias utilizadas Dureza, textura, componentes químicos, estrutura Propósito da datação Análises de Localização Conteúdo mineral, elementos traço isótopos Determinar a idade do artefato do material ou do artefato Metodologias Propostas ETAPA 1 : Exame Visual ETAPA 2 : Análises não destrutivas Imagens com luz visível, IR,UV, radiografia Exames com microscópio ótico Análises “in situ” portáteis XRF, Raman, Difração de raio X Exames no laboratório PIXE, PIGE, RBS,IOL ETAPA 3 : Análises Microscópicas semi-destrutivas Amostras de pontos estratégicos Exames com SEM-EDS, TEM, IR, FTIR, cromatografia Métodos Analíticos Interação de feixe de fótons com a matéria N e . Dx N0 luz, IR, UV raios-X Intensidade é atenuada raios-g E cte Dx Interação de feixe de partículas com a matéria N 0 cte elétrons dE E ' E0 Dx dx nêutrons íons Dx Edan Masculino, Sociedade Secreta Ogboni, Nigéria, África, século XX. Acervo MAE-USP Sondas Analíticas luz, IR, UV raios-X raios-g www.cs.ucl.ac.uk elétrons neutrons íons Kidney podocyte www.lbl.gov/lifesciences/labs/auer_lab.html Sondas analíticas e detecção do sinal luz, IR, UV DETECTOR raios-X raios-g elétrons neutrons íons Edans Masculino, Sociedade Secreta Ogboni, Nigéria, África, século XX. Acervo MAE-USP Princípios Básicos Os intervalos e comprimentos de onda variam de 10-15m (raios cósmicos) até 107m passando pela luz visível 10-6m Radiação Eletromagnética Espectro eletromagnético visível No diagrama abaixo vemos que apenas uma pequena faixa entre 380 nm e 780 nm do espectro solar recebida pela superfície da terra é visível aos olhos. Cada elemento tem suas próprias características de transições que dependem dos números quânticos da orbita e da carga Z (número de eletrons e prótons) do elemento. Estas transições podem ser analisadas através da espectroscopia para determinar sua concentração elementar. Emissão de gases dos materiais Cada elemento gasoso emite seu próprio espectro característico. Pode-se observar este espectro através de um prisma ou um outro tipo de separador Transições óticas http://www.labdid.if.usp.br Etapa 1 ETAPA 1 : Exame Visual Imagens com luz visível, IR,UV, radiografia Exames com microscópio ótico Técnicas Analíticas por Imagens Fotografia por Luz Visível, Luz Rasante Refletografia do Infravermelho Fluorescência por Ultravioleta Microscopia - Ótica - Eletrônica Radiografia, neutrongrafia, eletrongrafia, xerografia ... Análises por Imagens 16 Fotografia com Luz Visível Sensor de Imagem Converte uma imagem óptica em sinais elétricos Na técnica fotográfica com luz visível : as inspeções visuais possibilitaram avaliações de diversos aspectos da pintura tais como: composição, texturas, detalhes estilísticos, estado de conservação geral dos materiais, a paleta cromática, ... 17 COR A cor não tem existência material. Ela é uma informação visual, uma sensação provocada pela ação da luz sobre o órgão da visão e decodificada pelo cérebro. A soma da capacidade receptivas das células da retina humana permite que os seres humanos reconhecerem tipicamente a faixa do espectro eletromagnético entre os comprimento de onda de 370 e 750 nm (SÈVE, 1996) R. SÈVE: Physique de la Couleur. Ed. Masson, Paris, 1996 Tenho associado a cada cor um l comprimento de onda COR As cores que os seres humanos são capazes de reconhecer podem ser geradas pela combinação das três cores primárias: • vermelho (R, red), l 700 nm • verde (G, green) l 546,1 nm • Azul (B, blue), l 435,8 nm Tricromaticidade A Comissão Internacional de Iluminação (CIE, Commission Internationale de l'Éclairage), padronizou os comprimentos de onda das cores primárias. Temos que a soma de duas destas cores primárias, obtemos as cores secundárias. A soma das três cores primárias, ou a soma de uma cor secundária com a cor primaria oposta dará a luz branca. Em se tratando de pigmentos, as cores primárias são o ciano (C), o magenta (M) e o amarelo (Y, yellow), ou cores primárias subtrativas (CMY). Na mistura de cores, as cores secundárias são verde, vermelho e azul. O modelo CMY é a base do processo de impressão em quatro cores (contando com a cor preta como pigmento, “key”, CMYK). GONZALEZ, R. C.; WOODS R. E. Processamento de Imagens. Ed Edgard Blucher, 2000 • vermelho (R, red), l 700 nm • verde (G, green) l 546,1 nm • Azul (B, blue), l 435,8 nm COR Tricromaticidade Para a composição das cores (espaço de cores) temos uma representação geométrica, tridimensional das possíveis combinações variadas das cores primárias. O RGB é um modelo de mistura, ou método de descrição de cores mais usado (usado em monitores coloridos e outros meios luminosos) que se valem da superposição de cores. Consiste na reprodução de cor, utilizando as três cores-luz primárias (vermelha, verde e azul), em porcentagens variadas. •a luz branca é produzida se os três círculos coincidirem, sendo uma composição entre as cores primárias. As cores primárias não podem ser produzidas pela mistura de duas delas, por isso são definidas como cores primárias aditivas. Outras cores são produzidas quando duas cores se misturam: •vermelho + azul = magenta •vermelho + verde = amarelo •verde + azul = ciano COR Em 1976, foi proposto pelo CIE - Commision Internationale L'Eclairage um novo espaço: CIELab (L*a*b* é um sistema subtrativo) cujas coordenadas são funções de X, Y e Z. A recomendação foi apresentada em uma tentativa de unificar os espaços de cores uniformes e diferentes fórmulas de cores associadas. Essa combinação de cores subtrativa é usada para definir as cores de materiais não emitentes especialmente os pigmentos que definirão as cores dos tecidos, plásticos e tintas. As três coordenadas do CIELAB representam: • L = luminosidade da cor (L* = 0 preto e L* = 100 indica branca • a* = posição entre o vermelho/magenta e verde (valores negativos indicam o verde enquanto os valores positivos indicam o magenta) • b* = posição entre o amarelo e o azul (os valores negativos indicam o azul e valores positivos indicam o amarelo). O modelo CIELab é um espaço de cor absoluto (define exatamente as cores) ao contrário dos sistesma RGB ou CMYK que dependem do recebimento de luz ou tinta respectivamente Absorção e Reflexão de Luz. Quando a luz incide sobre uma superfície, muda a direção e qualidade da mesma, esta pode ser Absorvida ou Refletida, termos que são explicados por serem o inverso um do outro, isto é, a luz absorvida pela superfície iluminada irá dar a cor ao objeto iluminado, dado o que vemos, a cor do objeto é a luz reflectida e captada pelo nosso sensor óptico, o olho. Se um objeto é vermelho, é porque no espectro visível de cor, a cor vermelho foi a reflectida, todas as outras foram absorvidas. COMO MEDIR A COR? As cores dos pigmentos são governadas pela absorção diferenciada dos comprimentos de ondas. Quando se incide uma luz branca sobre o material, a absorção acontece tanto na superfície das partículas quanto dentro delas, ou ambas, dependendo da opacidade da partícula. As múltiplas absorções, reflexões e espalhamentos dentro do material causam sucessivas absorções de uma parte ou outra do espectro incidente, assim, a luz emergente é colorida. Esta luz emergente depende de quanto à luz incidente penetrou no material, e isso está relacionado as dimensões, estrutura e índice de refração das estruturas que compõem o material. WRIGHT, W. D. The Measurement of Colour, The MacMillan Company, New York, 1958. A cor enquanto fenômeno físico depende •das características da luz incidente, da natureza do produto e da espessura das camadas atravessadas, no caso de líquidos transparentes •e da natureza e estrutura das camadas externas, assim como das características da superfície, no caso de produtos opacos. Medição de cor “Medir a cor” é um paradoxo, pois o que se pode medir é o estímulo, ou seja, a luz, que para o observador é a luz que entra nos olhos e possibilita a sensação das cores. A cor é uma questão de percepção e subjetividade da interpretação. Duas pessoas olhando para o mesmo objeto fornecerão diferentes referências para expressar exatamente a mesma cor. A cor precisa ser expressa de forma objetiva através de números, para evitar a subjetividade. Os instrumentos para medir o estímulo utilizam uma luz de valor espectral conhecido e sensores para medir a luz refletida ou transmitida. • Colorímetros (para sólidos ou líquidos) • Espectrofotômetros . Espectrofotômetros e colorímetros medem a luz refletida dos objetos em cada comprimento de onda ou em faixas específicas. Quantificam os dados espectrais para determinar as coordenadas de cor do objeto no espaço de cor L*a*b* e apresenta a informação em termos numéricos. Quando medimos a cor de uma maça, por exemplo, o instrumento de medição, mostra os valores de L*a*b*. ΔL* = diferença em mais claro e escuro (+ = mais claro, - = mais escuro) Δa* = diferença em vermelho e verde (+ = mais vermelho, - = mais verde) Δb* = diferença em amarelo e azul (+ = mais amarelo, - = mais azul) ΔE* = diferença total de cor Medição de cor L* = 0 preto e L* = 100 indica branca Olhando para os valores de L*a*b* de cada maça podemos determinar objetivamente que as maçãs não têm cores iguais. Esses valores nos dizem que a Maça 1 é levemente mais escura, vermelha e menos amarela que a Maça 2. Podemos determinar a diferença total de cor entre as três coordenadas na seguinte formula: * 2 2 2 DE (DL*) (Da*) (Db*) Se colocarmos os valores de ΔL* = +4.03, Δa* = -3.05 e Δb* = + 1.04 na formula de diferença de cor, podemos determinar que a diferença total de cor é de 5.16. TÉCNICAS ANALÍTICAS: MEDIÇÃO DE COR Espectrofotômetro Konica-Minolta modelo CM-2500d Diâmetro de área de medição ~8mm Espectro típico Cor: marrom avermelhado Eva Mori – Instituto de Geociências Prof. Eliana Del Lama Espectroscopia UV-VIS-IR e Colorimetria Os espectrômetros de luz com fibra óptica, permitem determinar o espectro de luz refletida dos materiais em um determinado intervalo espectral que vai da luz ultravioleta a luz infravermelha (200-900 nm) com resoluções da ordem de 0.1 nm, assim como medidores de cor (colorímetros). Os espectrômetros mais comuns são da Ocean Optics ® (USB 2000 e 4000) que possuem fibras ópticas e sondas de iluminação e de leitura para os diversos intervalos espectrais. http://www.fisica.unam.mx/andreah/tecnicas _equipos/colorimetria.html FORS – Fiber Optics Reflectance spectroscopy • Esta técnica é usada para identificar pigmentos em camadas pictóricas de trabalhos de arte (quando conhecido o banco de dados de espectros de pigmentos minerais em pó secos). • • vídeo que mostra um pouco como funciona a técnica FORS: https://www.youtube.com/watch?v=euCzJRcSUVs FORS – Fiber Optics Reflectance spectroscopy • Fácil de usar para pigmentos puros onde não há aglutinantes ou camadas de vernizes na obra • Para situações reais é preciso comparar os resultados e encontrar qual a melhor informação dentro do banco de dados que represente o resultado obtido e é a menor distância média (1,8) menor que todos outros materiais de referencia comparados. FORS – Fiber Optics Reflectance Outro exemplo Pintura com verniz: pigmento amarelo: linha sólida no gráfico ao lado comparado com o banco de dados resultou em amarelo de chumbo–estanho e =0.5 spectroscopy FORS – Fiber Optics Reflectance spectroscopy Outro exemplo Pergunta: Qual o vermelho puro usado nesta obra ??? FORS – Fiber Optics Reflectance Outro exemplo Conclusão: vermelho puro usado é Vermillion (HgS) spectroscopy TÉCNICAS ANALÍTICAS – IMAGEAMENTO Equipamentos Fotografia com luz visível Foto: Jade Zendron As imagens com fotografia de luz visível, tangencial e transmitida são realizadas com câmera digital com sensor CCD, e filtros acoplados à lente, além de sistemas de lâmpadas halógenas ou de tungstênio. Permitem registrar, documentar, digitalizar as imagens para catalogação de obras e registro do estado de conservação da obra Imagem: P.H. O.V. Campos Uso da técnica de luz visível, com a tabela padrão de cores, na obra produzida pela restauradora Márcia Rizzo em 2009 34 • (400 - 780 nm): Achille Funi – Pintor Italiano. Obra: A Advinha (1924) Museu de Arte Contemporanêa – MAC/USP Colaboração: Profa. Dra. Ana Magalhães Historiadora • Fotografia para documentação e análise E. Kajiya Luz visível: iluminação de topo TÉCNICAS ANALÍTICAS – IMAGEAMENTO Equipamentos Fotografia com luz tangencial Foto: Jade Zendron As imagens com fotografia de luz visível, tangencial e transmitida são realizadas com câmera digital com sensor CCD, e filtros acoplados à lente, além de sistemas de lâmpadas de leds posicionadas tangencialmente à obra. Permitem registrar, documentar, digitalizar as imagens para catalogação de obras, evidenciar o traços das pinceladas e relevos da camada de tinta Imagem: P.H. O.V. Campos 36 Luz visível: iluminação de topo x rasante) Achille Funi (1963) – Pintor Italiano. Museu de Arte Contemporanêa – MAC/USP 37 Luz visível: iluminação de topo x rasante) Visível (400 - 780 nm): fotografia de topo com luz rasante para visualização de detalhes Aclille Funi (1963) – Pintor Italiano. Museu de Arte Contemporanêa – MAC/USP E. Kajiya Luz visível: iluminação de topo x rasante) Criação da Vovó: Oscar Pereira da Silva Com Luz Rasante Pinacoteca do Estado de São Paulo Colaborador: Laboratório de Conservação e Restauro Valéria Mendonça Com Visível Foto: E. Kajiya 39 Luz visível: iluminação de topo x rasante) Van Gogh. Jean-Claude Dran, Centre de recherche et de restauration des Musées, 2001 • Visível (400 - 780 nm): Fotografia para documentação. Iluminação de topo ou rasante (para realçar detalhes) TÉCNICAS ANALÍTICAS – IMAGEAMENTO Equipamentos Fotografia com luz transmitida As imagens com fotografia de luz transmitida são realizadas com câmera digital com sensor CCD, e filtros acoplados à lente, além de sistemas de lâmpadas halógenas ou de tungstênio posicionadas atrás da obra. Permitem registrar, documentar, digitalizar as imagens para catalogação de obras, evidenciar o traços das pinceladas, relevos e estado de conservação da obra Imagem: P.H. O.V. Campos Foto: Jade Zendron 41 Obra: “O Batismo de Jesus" de Candido Portinari (1,99x2,99 m) – Imagem com luz transmitida DE VERA ARTES Restauração de obras de arte Acervo da Igreja Matriz de Batatais Assistência técnica a Museus TÉCNICAS ANALÍTICAS – IMAGEAMENTO Equipamentos Fotografia de reflectografia de infravermelho (IR) As imagens de fotografia de reflectância de infravermelho a são realizadas com câmera digital especial com sensor CCD e filtros acoplados à lente (400 – 900nm) e atualmente com uma câmera especial de IR (900 a 1700nm) - Osiris Componentes Imagem: P.H. O.V. Campos Operation wavelength Características 0.9 – 1.7µm Sensor InGaAs array Lens 6 element 150mm focal length F/5.6 - F45 Image size User selectable horizontally and vertically 512 x 512 to 4096 x 4096 pixels Integration time Fast scan 1 m/sec Slow scan 10 m/sec (50HZ mains frequency) 8.3 m/sec (60HZ mains frequency) Full image acquisition time Fast scan: 2 minutes Slow scan: 10 minutes Scene illumination 250 LUX at F/5.6 (measured using 2700°K Tungsten Halogen source) Object field 200mm to infinity Focusing Fast preview on screen with zoom Power supply 100-120V, 200-240V 50 60Hz Interface USB 2.0 Dimensions 220x200x300mm (9”x8”x12”) at closest working distance TÉCNICAS ANALÍTICAS – IMAGEAMENTO Equipamentos Fotografia de reflectografia de infravermelho (IR) Infravermelho próximo (400 – 900nm) e curto 900nm – 1700nm Imagem: P.H. O.V. Campos Câmara de reflectância de IR - Osiris Filtro corta IR, presente na maioria das máquinas fotográficas digitais, câmaras especiais não possuem este filtro interno de IR 44 TÉCNICAS ANALÍTICAS – IMAGEAMENTO Equipamentos Fotografia de reflectografia de infravermelho (IR) Infravermelho próximo (400 – 900nm) e curto 900nm – 1700nm Imagem: P.H. O.V. Campos A imagem observada resulta da conjunção dos fenômenos de reflexão, absorção e transmissão da camada superficial revelando peculiaridades escondidas. A visualização dos desenhos depende de dois aspectos: contraste e transparência. E a qualidade da observação de desenhos ou imagens subjacentes é obtida dependendo de vários parâmetros como a espessura da camada superior, do material utilizado para o desenho ou imagem.. Para a analise IR é necessário que a radiação IR seja capaz de passar através das camadas de pintura do objeto de arte 45 Achille Funi Em exposição no MAC Achille Funi Em exposição no MAC Detalhe IR E. Kajiya Detalhe IR Achille Funi Em exposição no MAC Reflectografia com Infravermelho A Escrava Romana Oscar Pereira da Silva Acervo Pinacoteca do Estado de São Paulo Grande descoberta no detalhe da assinatura Foto: E. Kajiya 50 Detalhe da assinatura do autor (luz rasante) IR- mostrou que em algum momento houve uma intervenção próximo a assinatura. A Escrava Romana- Oscar Pereira da Silva Acervo Pinacoteca do Estado de São Paulo Foto: E. Kajiya 51 Após diagnostico de IR, o restaurador da pinacoteca fez uma limpeza mecânica, meticulosa, removendo as intervenções anteriores. . Concomitante ao restauro foi realizado outra reflectografia de Infravermelho para obter informações do quanto se restava do original. Foto: E. Kajiya 52
