SCIENCE IN ART
CONSERVATIONS
By
Radchada Buntem
Department of Chemistry, Faculty of Science,
Silpakorn University
SURF 6
1
Topics
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
SURF 6
Introduction
X-ray radiography
X-ray fluorescence
X-ray absorption
X-ray Diffraction
IR and Raman
SEM-EDX
AA, ICP
2
Art Conservation: what is it?
การอนุรักษ์ (Conservation) สามารถแบ่ งออกเป็ น 2 อย่ างคือ
- การอนุรักษ์เชิงป้ องกัน (Preventive conservation)
- การสงวนรักษา (Conservation treatment)
SURF 6
3
Art Conservation: what is it?
การอนุรักษ์ เชิงป้องกัน เป็ นวิธีป้องกันมิให้โบราณวัตถุชาํ รุ ดเสื่ อมสภาพ
ต้องมีความเข้าใจถึงสิ่ งต่างๆ ต่อไปนี้
- สาเหตุที่ก่อให้เกิดการเสื่ อมสภาพ
- คุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ทาํ โบราณวัตถุ
ทํามาจากอะไร มีคุณสมบัติอย่างไร
มีความไวต่อสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิความชื้น สว่าง มากน้อยเพียงใด
ราชอบขึ้นหรื อไม่ แมลงชนิดใดชอบกัดกินเป็ นอาหาร และจะมีขอ้ สังเกต
อย่างไร
SURF 6
4
Art Conservation: what is it?
การสงวนรักษา เป็ นวิธีการปฏิบตั ิการอนุรักษ์โบราณวัตถุ กล่าวคือมีการ
ลงมือปฏิบตั ิจริ งมีการตรวจสอบหาสาเหตุการเสื่ อมสภาพ วิธีการในการ
หยุดยั้งการเสื่ อมสภาพ แล้วทําให้กลับคืนสู่สภาพเดิม อาจจะต้องเสริ ม
ความแข็งแรง แต่ตอ้ งคงรู ปแบบเดิม สี และเนื้อวัสดุจะต้องไม่เกิดการ
เปลี่ยนแปลง มีการใช้สารเคมีและอุปกรณ์เครื่ องมือเฉพาะทาง เช่น กล้อง
จุลทรรศน์ เป็ นต้น
SURF 6
5
Art Conservation: what is it?
ในการอนุรักษ์โบราณวัตถุ ศิลปวัตถุ จะมีข้นั ตอนในการดําเนินการดังนี้
1. ตรวจสอบชนิดของวัสดุทใี่ ช้ ทาํ โบราณวัตถุ
ต้องตรวจสอบว่าโบราณวัตถุทาํ จากวัสดุประเภทใด มีคุณสมบัติทาง
กายภาพและคุณสมบัติทางเคมีอย่างใด มีความไวต่อสภาพแวดล้อมมาก
น้อยแค่ไหน
2. ตรวจสอบปัญหาทีเ่ กิดขึน้ กับโบราณวัตถุ
ต้องตรวจสอบเพื่อปัญหาที่เกิดขึ้นกับโบราณวัตถุวา่ การชํารุ ดเสื่ อมสภาพ
นั้นเกิดจากสาเหตุใดและปัญหาที่เกิดขึ้นทําให้วตั ถุเกิดจากชํารุ ดมากน้อย
เพียงใด สามารถแก้ไขปัญหาได้มากน้อยอย่างใด
SURF 6
6
Art Conservation: what is it?
3. ปฏิบัติการสงวนรักษาโบราณวัตถุ
เมื่อทราบถึงวัสดุที่ใช้ทาํ โบราณวัตถุ สาเหตุที่ทาํ ให้เกิดการชํารุ ดเสื่ อมสภาพ
ความรุ นแรงของการเสื่ อมสภาพ เพื่อหาแนวทางและวิธีการในการแก้ปัญหา
และหยุดยั้งการเสื่ อมสภาพต้องใช้ความรู ้ทางวิทยาศาสตร์ในการแก้ปัญหา
เช่น ใช้สารเคมีในการหยุดยั้งสนิมกัดกร่ อน เป็ นต้น
4. ซ่ อมแซมโบราณวัตถุส่วนทีช่ ํารุด
หลังจากที่หยุดยั้งสาเหตุการเสื่ อมสภาพของโบราณวัตถุแล้ว จําเป็ นจะต้อง
ซ่อมแซม และรักษาโบราณวัตถุให้คงสภาพดีและแข็งแรงตามเดิม
SURF 6
7
Art Conservation: what is it?
การซ่อมแซมหรื อเติมส่ วนที่หายไปมีหลักในการดําเนินการนี้
- วัสดุที่นาํ มาใช้ซ่อมแซมหรื อเสริ มความแข็งแรงจะต้องเป็ นวัสดุเดียวกันหรื อต้อง
มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับของเดิม
- สารเคมีที่ใช้จะต้องไม่ทาํ ให้เกิดความเสี ยหายกับวัสดุเดิม และจะต้องผ่านการทดลองมาแล้วว่าไม่ก่อให้เกิดความชํารุ ดเสี ยหายต่อโบราณวัตถุในระยะยาว
- การเลือกใช้สารเคมีหรื อวิธีการอนุรักษ์ ต้องพยายามเลือกใช้วิธีที่สามารถแก้ไขได้
5. การดูแลและรักษาโบราณวัตถุภายหลังการสงวนรักษา
เมื่อโบราณวัตถุผา่ นการอนุรักษ์แล้ว การนําไปจัดแสดงหรื อเก็บรักษา
จะต้องให้ถูกต้องตามหลักวิชาการอนุรักษ์ และจะต้องมีการควบคุมสภาพแวดล้อม
ให้เหมาะสม
SURF 6
8
X-ray Radiography
X-ray radiography (XR)
• การถ่ายรู ปโดยใช้รังสี เอ็กซ์
• ไม่มีการทําลายเนื้อวัสดุ
• เป็ นขั้นตอนที่ตอ้ งทําก่อนดําเนินการซ่อมแซม เพื่อจะได้เห็นการเสื่ อมสภาพของ
เนื้อวัสดุ
• เป็ นเทคนิคที่สะดวกในการถ่ายรู ปบริ เวณที่จาํ เพาะเจาะจงของเนื้อวัสดุ
• เห็นรายละเอียดของกระบวนการซ่อมแซมที่มีมาก่อน
เทคนิคการเชื่อมต่อวัสดุ
(jointing techniques) และลักษณะโครงสร้าง (structure characteristics) เป็ นต้น
http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn672/idn672.htm
SURF 6
9
X-ray radiographs of Thai ancient glass beads
SURF 6
10
X-ray radiographs of Thai ancient glass beads
SURF 6
11
X-ray radiographs of Thai ancient glass beads
SURF 6
12
X-ray radiographs of Thai ancient glass beads
SURF 6
13
X-ray radiographs of Thai ancient glass beads
SURF 6
14
X-ray radiographs of ancient objects
• Figure 1 shows a one-fourth-bronze mirror, its radius being 56.3mm.
• The mirror is covered with patina and soil, and the decorative pattern on the surface is blurred.
• X-ray films produced show clearly the distribution of cracks and micro-cracks inside (fig.2, left), and
the decorative pattern and writings (Fig. 2, right).
• The writings and the decorative pattern provide the evidence of dating for the bronze mirror belonging
to Han dynasty.
Fig 1: The one-fourth-bronze mirror before making
restoration
http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn672/idn672.htm
SURF 6
Fig 2: The x-ray films of the mirror, reflecting the distribution of cracks and
micro-cracks inside, and the clear writings and the decorative pattern.
15
X-ray radiographs of ancient objects
• The bronze He which was used for drinking wine in ancient time, belonging to the Western Zhou and from the
Fufeng country museum.
• X-ray films reflect the good state of conservation.
• The radiograph in Fig. 4 (left) shows that the animal handle are cored.
• At two joints of the handle, there are two bosses which were cast integrally with the vessel.
• The handle was pre-cast and installed in the outer mold, and then it was jointed together with the body by casting.
From the same radiograph the clay spacers (black square block) on the inside core mold of the animal handle can
be seen.
• The radiograph of the lid (fig.4, right) reveals that some clay protrusion on the core mold inside the coiling dragon
also exists, which serve the function of as same as the chaplet (spacer) usually being found and used in Chinese
ancient bronzes.
Fig 4: The x-ray film of the
jointing structure between the
animal and the body (left),and
the x-ray film of the lid (right).
FigSURF
3: The
bronze He, Western Zhou.
6
16
X-ray radiographs of ancient objects
M. Giannoulaki, e-Journal of Science & Technology (e-JST), 2006, 48-63.
SURF 6
17
X-ray radiographs of ancient objects
SURF 6
18
X-ray Fluorescence
SURF 6
19
X-ray Fluorescence Spectrum
Big blue bead XRF
(fragment)
SURF 6
20
X-ray Fluorescence Spectra
Medium beads + big
sphere 11’ XRF
SURF 6
21
X-ray Fluorescence Spectra
The XRF spectrum of the painting
http://www.amptek.com/art.html
SURF 6
22
XRF of a Roof Tile from the Chinese Summer Palace
http://www.amptek.com/art.html
SURF 6
23
The Restoration of Michelangelo's David
Mapping sulphates on Michelangelo's David using portable EDXRF (from "Exploring David: diagnostic tests
and state of conservation," edited by S. Bracci et al., GIUNTI, Florence, 2004)
XR-100CR shown taking an x-ray
fluorescence spectrum of David.
Typical spectrum before and after cleaning treatment
http://www.amptek.com/art.html
SURF 6
24
The XR-100CR and the Gold Ibex from Akrotiri, Greece
http://www.amptek.com/art.html
SURF 6
25
XAS investigations of ancient Egyptian faience
Selected faience objects from Amarna
http://hasylab.desy.de/annual_report/files/2010/20101327.pdf
SURF 6
26
http://repositorio.lneg.pt/bitstream/10400.9/640/1/33711.pdf
SURF 6
27
XAS Investigations of Ancient Egyptian Coffin Fragments:
Arsenic and Yellow Pigments
http://hasyweb.desy.de/science/annual_reports/2006_report/part1/contrib/41/17144.pdf
SURF 6
28
Characterization of green copper phase pigments in Egyptian
artifacts using X-ray diffraction
SURF 6
29
XAS Investigations of Ancient Egyptian Coffin Fragments:
Arsenic and Yellow Pigments
SURF 6
30
Non-invasive spectroscopic measurements on the Il ritratto della figliastra by
Giovanni Fattori: identfication of pigments and colourimetric analysis
Reflectance spectra collected on the reference white pigments
spread with linseed-oil binding medium over a preparation layer
made with gypsum and animal glue: lead white (dashed line), zinc
white (solid line), titanium white (dash-dotted line).
M. Bacci, et al. Journal of Cultural Heritage 4 (2003) 329–336.
SURF 6
31
Spectroscopic characterization of a sepiolite-based Maya Blue pigment
R.Giustetto, et. al. Period. Mineral. (2010), Special Issue, 21-37.
SURF 6
32
Polychromic structures and pigments in Guangyuan Thousand
Buddha Grotto of the Tang Dynasty (China)
SURF 6
33
Polychromic structures and pigments in Guangyuan Thousand
Buddha Grotto of the Tang Dynasty (China)
FT-IR spectra for Sample 1 showing the green pigment of malachite
SURF 6
34
Study on marble deterioration by scanning electron microscope
Formed as a result of air pollution, gypsum alteration
crusts have blackened, blistered, and spalled from a
marble baluster at the Organization of American
States building, Washington, D.C.
http://pubs.usgs.gov/gip/acidrain/5.html
SURF 6
Scanning electron microscope photograph of
gypsum crystals with dirt and pollution particles
trapped by the network of crystals. The scale bar
is 10 micrometers long.
35
Characteristics of some ancient medical instruments from the Moesia
Inferior Roman Province, revealed by SEM/EDX
Iron surgical knife, (S1)
Iron spatula, (S2)
SEM image of an area
from the surface of S1
SURF 6
SEM image of an area
from the surface of S2
36
Study of medieval ceramic tiles by analysis of enamels with atomic
absorption spectroscopy, X-ray fluorescence and SEM-EDX
Photograph 1: Typical bicolor
‘mocadorets’ white and green tile.
Photograph 2: Typical bicolor
‘mocadorets’ white and dark-green
tile. Photograph 3: Tile with blue,
dark-blue, green and yellow
ornamental motifs. Photograph 4:
Tile with blue, orange, yellow and
purple floral motifs.
SURF 6
37
Acknowledgement
- Silpakorn University Research and Development Institute
- Graduate School
- Department of Chemistry, Faculty of Science, Silpakorn University
- Smithsonian Institution : Freer Gallery of Art and Arthur M.
Sackler Gallery
- Asst. Prof. Chaicharn Thavaravej, President of Silpakorn University
SURF 6
38
Thank you for your attention.
SURF 6
39