Att analysera pigment i medeltida belysta manuskriptsidor vid Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) öppnar upp några nya forskningsområden som överbryggar konst och vetenskap.

Louisa Smieska och Ruth Mullett studerade manuskriptsidor från Cornell University Library's Division of Rare and Manuscript Collections (RMC), från 1200- till 1500-talet, med användning av röntgenfluorescens (XRF) och spektral bildanalys.

"Vårt första mål var att lära oss mer om Cornells fragment och om trender inom pigmentanvändning, sa Mullett, en medeltida studier doktorand. "En första undersökning med ett portabelt XRF-instrument [p-XRF] avslöjade flera saker som vi inte förväntade oss."

Deras forskning, publicerad 23 juni i tidskriften Applied Physics A, var medförfattare av Laurent Ferri, RMC:s curator för samlingar före 1800, och CHESS-forskaren Arthur Woll.

XRF mäter röntgenstrålar som emitteras av atomer för att undersöka de kemiska elementen som finns i ett objekt. P-XRF-undersökningen fann intressanta mineralföroreningar i ett vanligt blått pigment tillverkat av kopparmineralet azurit. Teamet valde sedan ut sju av de mest intressanta fragmenten att studera, använda de mer kraftfulla faciliteterna på CHESS.

"Vi förväntade oss inte att lära oss något av spårämnena i azurit, ", sa Mullett. "Vi var egentligen inte alls intresserade av azurit; vi hoppades kunna avslöja hur många av våra blad som använde lapis lazuli, det andra blåa pigmentet."

Teamet blev förvånade över att hitta spårelementet barium som fanns i azuritblått i många av bladen. "Vi kallade det 'bariumfrågan, sa Smieska, en tidigare postdoc vid CHESS. "Först tog det lite tid att övertyga alla varför jag var så upphetsad över att barium var närvarande och varför det kunde vara betydelsefullt. Sedan såg vi kartorna och började se varför; barium fanns där i varje azuritblått vi studerade."

Identifiera vilka spårämnen som finns och i vilka mängder som kan ge ett unikt fingeravtryck till ett pigment, som kan hjälpa till att länka spridda sidor i olika samlingar. Föroreningarna och spårämnena är också potentiellt viktiga indikatorer på var pigmenten härstammar, och kan hjälpa till med andra historiska och vetenskapliga undersökningar.

Smieska, FRÖKEN. '12, Ph.D. '15, tog sig an projektet som postdoktor vid CHESS efter att ha avlagt sin doktorsexamen i kemi.

Hur det utvecklades – och hur medeltida, curatorn och vetenskapsmännen kom samman – är en berättelse om Cornell-kopplingar, hänger (för det mesta) på Mellon-banor på Herbert F. Johnson Museum of Art.

Smieska upptäckte först att Cornell hade belyst manuskript tack vare Mulletts slutprojekt i Mellon Curatorial Practicum de tog våren 2014. Hon träffade Woll i Art|Science Intersections-kursen följande vår – "min introduktion till tekniken för XRF-kartläggning, " Hon sa.

Detta ledde till att hon arbetade för Woll på CHESS förra året och en XRF-kartläggningsworkshop hon ledde för forskare som är intresserade av kulturarv. Ferri var bland deltagarna. "Han föreslog att vi skulle undersöka de blå pigmenten i de upplysta manuskriptfragmenten som det hände att Ruth hade katalogiserat, sa Smieska.

De valde exempel att studera vid CHESS "baserat på utbudet av geografiska och historiska tidsperioder de representerade och de som gav ovanliga eller överraskande resultat i p-XRF-undersökningen, ", sade Mullett. "Vi tittade på utbudet av pigment på ett visst blad. Vi gjorde ett jämförande arbete på en historisk initial – en av de större ifyllda initialerna på en sida – som hade lite blått i sig, och mindre initialer som hade en annan sorts blått pigment, " och undersökte fragment med "mer än en blå eller en röd på en sida."

"Den andra egenskapen vi letade efter var pigment som verkade ovanliga. ... Vi hittade en grå färg som vi inte tror att tidigare har intygats i de kända pigmentreceptböckerna."

Fragment tills nyligen har fått lite vetenskaplig uppmärksamhet men har mycket att erbjuda manuskriptstudier, Mullett tror:"Forskning som vår kan göra det möjligt, till exempel, att begränsa det geografiska produktionsområdet genom att identifiera ovanliga pigment i en palett."

Pigmentanalys kan hjälpa till vid proveniensforskning för att länka långtgående manuskriptsidor och till och med förena dem med deras ursprungliga bokkällor. Andra fördelar för konservatorer, historiker, geologer och andra inkluderar "potentialen att lära sig mer om handelsvägar, historiska gruvplatser, och regional användning av pigment och ingredienser, sa Mullett.

Cornells samling av upplysta sidor sträcker sig över 900- till 1500-talen. Sådana fragment är platta och mer gynnsamma för bildverktyg än kompletta volymer, sa Ferri.

"Fragment är bra eftersom du kan dokumentera eller täcka fler ämnen, stilar, tekniker och perioder med 50 fragment från olika böcker, i motsats till en bok gjord av ett fåtal personer i en region under några år, " sa han. "När det är sagt, det är viktigt att ha hela böcker också."

Mullett är stipendiat i Fragmentarium-projektet baserat vid universitetet i Fribourg i Schweiz, som bygger en databas med fragment från olika institutioner.

"Jag hoppas hitta nya matchningar mellan fragment och bra sätt att testa teorin om våra experiment, och för att bekräfta att dessa blad alla är från samma plats, " sa hon. "Det här har verkligen förvandlats till ett helt nytt projekt för mig. Jag har nu utvecklat ett mycket stort intresse för pigment och mönster i pigmentering som jag inte hade tidigare."

Smieska studerade konst som grundexamen; hon är nu Andrew W. Mellon postdoktor vid institutionen för vetenskaplig forskning vid Metropolitan Museum of Art i New York City. "Jag insåg inte att det fanns vetenskapsmän som studerade konstverk förrän jag redan gick i gymnasiet, " sa hon. "Jag älskar att arbeta med föremålen. Det fantastiska är varje analys jag gör, Jag tittar på föremålet och uppskattar det djupare. ... Det får dig att respektera hantverket och förmågorna hos människorna som tillverkade dem."

"Jag skulle vara väldigt exalterad över att se det här projektet fortsätta. Det finns ett potentiellt enormt urval där, sa Smieska.