Experter har länge vetat att när oljemålningar åldras, tvål kan bildas i färgen, försämrar konstverkens utseende. Processen komplicerar avsevärt bevarandet av oljemålningar - och kulturella manifestationer, som målningarna själva hjälper till att bevara.

"Dessa tvålar kan bilda utsprång som växer inuti färgen och bryts upp genom ytan, skapa en ojämn textur, sa Silvia Centeno, en medlem av Institutionen för vetenskaplig forskning vid New York Metropolitan Museum of Art (The Met). "I andra fall, tvålarna kan öka färgens transparens, eller bilda en vanprydande, vit skorpa på tavlan."

Forskare förstår inte varför tvålarna tar olika uttryck, och i många år, de underliggande mekanismerna för hur tvålarna bildas förblev ett mysterium.

"The Met, tillsammans med våra kollegor från andra institutioner, försöker ta reda på varför processen äger rum, vad som utlöser det, och om det finns ett sätt vi kan förhindra det, sa Centeno.

Röntgenstrålar avslöjar nya ledtrådar

Nyligen, ett vetenskapligt samarbete ledd av forskare vid The Met, University of Delaware, och det amerikanska energidepartementets (DOE) Brookhaven National Laboratory har hjälpt till att svara på en av dessa frågor. Genom att analysera ett mikroskopiskt prov från The Crucifixion, en oljemålning från 1400-talet av Jan Van Eyck, forskargruppen kunde fastställa vilka komponenter i färgen som var ansvariga för att bilda tvålar. Deras resultat publicerades i Vetenskapliga rapporter .

"När vi studerar målningar på museet, vi försöker använda icke-invasiva tekniker – metoder som inte framkallar permanenta förändringar i konstverket, " sa Centeno. "Men, i vissa fall, vi måste ta bort ett mycket litet prov för analys. Vi tar det från områden där det redan finns en spricka eller förlust i konstverket. Alla prover är arkiverade så att vi kan gå tillbaka och återanvända dem, och i detta fall, provet vi studerade hade redan tagits bort från målningen för en annan studie när vi insåg att det var ett bra exempel på tvålbildning."

För att studera de små kemiska egenskaperna i provet, forskarna behövde de avancerade funktionerna hos röntgenmikroskopet vid strållinje 5-ID vid National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) – en DOE Office of Science-användaranläggning vid Brookhaven Lab. Denna strållinje har den unika förmågan att avbilda den kemiska sammansättningen av komplexa strukturer, vilket gör det till det perfekta verktyget för att studera små prover från konstverk.

"Eftersom dessa prover är så små, vi behövde beamline 5-ID:s sub-mikron rumsliga upplösning, och expertis hos strållinjepersonalen, sa Centeno.

Med hjälp av en forskningsteknik som kallas röntgenfluorescensmikroskopi, forskarna riktade NSLS-II:s ultraljusa röntgenstrålar mot målningsprovet medan de flyttade provet horisontellt och vertikalt. Detta gjorde det möjligt för dem att generera kartor som visar hur olika element är fördelade i provet, och avgöra hur dessa element hade rört sig i färgen på grund av försämringen. Dessutom, använder en teknik som kallas röntgenabsorptionsspektroskopi, forskarna identifierade närvaron av kemiska föreningar som var produkterna av försämringsreaktioner i provet.

"Det hade föreslagits att föroreningar i ett av pigmenten som vanligtvis är involverade i tvålbildning, kallas blyplåtgul typ I, var ansvariga för tvålbildning, och vi upptäckte att detta inte är fallet, ", sa Centeno. "Medan föroreningarna kan reagera, det är huvudkomponenterna i detta pigment – ​​pigmentet som ger färgen färg – som reagerar under tvålbildning. Tungmetallerna i pigment, såsom blyplåtgult och andra, reagerar med fettsyror i oljebindningsmediet för att bilda tvålar. Detta gör att färgen ändrar sin färg och utseende, och vad konstnären avsåg."

Detta fynd är ett viktigt steg mot att helt förstå tvålbildning, och utveckla en metod för att bevara färgen och strukturen på oljemålningar.

"Det var ett privilegium att få vara en del av detta samarbete, sa Karen Chen-Wiegart, en biträdande professor vid Stony Brook University med en gemensam anställning vid NSLS-II. "Det är en sällsynt möjlighet att kunna arbeta med ett prov som bär så mycket historia. När vår personal såg att vi skannade den här konsten i realtid, alla blev så exalterade för att de såg att deras verktyg kunde användas för att studera något de aldrig trodde var möjligt. Det var spännande på flera nivåer för oss alla här på NSLS-II."

Medan den aktuella studien fokuserade på en typ av pigment, samarbetet avser att studera hur tvålbildningen varierar mellan olika pigment, såväl som effekterna av temperatur, fuktighet, och färgens porositet. De hoppas också kunna använda ett bredare utbud av synkrotrontekniker vid NSLS-II för att få en mer omfattande förståelse av försämringsmekanismen.