Att se färg torka kan verka som en tråkig hobby, men att förstå vad som händer efter att färgen torkat kan vara nyckeln för att bevara värdefulla konstverk.

Bildandet av metalltvålar i konstverk som består av oljefärger kan orsaka "konstakne" - inklusive finnar och allvarligare försämring - vilket utgör en akut utmaning för konstbevarandet runt om i världen.

Det påverkar Georgia O'Keefes verk, Vincent van Gogh, Francisco de Goya, och Jackson Pollock, bland många andra, och forskare har ännu inte hittat en bra lösning för att stoppa dess effekter.

För att lära dig mer om de kemiska processerna som är involverade i åldrande oljefärger i mikroskopiska och nanoskala detaljer, ett internationellt team ledd av forskare vid National Gallery of Art och National Institute of Standards and Technology (NIST) genomförde en rad studier som inkluderade 3D-röntgenbilder av ett färgprov vid Advanced Light Source (ALS), en synkrotron vid Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab).

"Uppskattningsvis 70 procent av oljemålningarna kan redan ha eller kommer att ha dessa metall-tvålproblem, sa Xiao Ma, Charles E. Culpeper Fellow vid National Gallery of Art som var huvudförfattare till lagets studie, publiceras i tidskriften Angewandte Chemie International Edition .

"I våra samlingar ser vi tvålar i målningarna - jag skulle säga att det inte är ovanligt, " noterade han. "De kanske inte redan syns på ytan, men finns på marken, ' eller grundskikt."

Samma skadliga kemi, vilka tidigare studier har spårat till blandning av fettsyror med metalljoner som finns i färgpigment inklusive bly, zink, koppar, kadmium, och mangan, har hittats förekomma i vissa organiska beläggningar, för, som de som används för bronsskulpturer och inom industrin, Mamma noterade.

Den senaste studien fokuserade på en färg som heter "Soft Titanium White" som målades på en duk 1995 av en färgtillverkare. Förutom titandioxid (TiO ₂ ), den innehåller zinkoxid (ZnO), som är känt för att bilda tvålar. Färger som den har använts sedan omkring 1930, sa mamma. Det åldrade provet har inte behandlats på något sätt och har förblivit i en kontrollerad miljö.

Studien fann att kluster av en förening som kallas aluminiumstearat fördelas slumpmässigt i färgen, och att zinkkarboxylerar, känd som tvålar, är blandade inom dem. Analysen med hög rumslig upplösning visade att en sorts zinktvål, zinkstearat, aggregat i närheten av dessa kluster.

Och även om färgprovet ännu inte visade fysisk försämring, Forskare fann tecken på att färgfragmentering och flisbildning (spjälkning) så småningom kan uppstå om zinktvålar blir mer koncentrerade och lokaliserade i färgen med tiden.

"Vi försöker få grepp om de allra första processerna för att förstå var tvålarna kan bildas och var de kan röra sig - om de rör sig, sa Barbara Berrie, som leder den vetenskapliga forskningsavdelningen vid National Gallery of Art och fungerade som medledare för studien. "Vi vill se till att vi förstår vad som händer i mer samtida målningar så att dessa verk är här för framtiden."

Studien kan ha bredare konsekvenser för att utveckla bättre metoder för konservering baserade på den observerade kemin i oljefärger, Hon sa. "Jag kan se att detta kanske tillämpas generellt på frågor om bevarande och behandlingar av alla typer av konstverk, " Hon sa.

Dula Parkinson, en stabsforskare vid ALS som deltog i studien, sa att röntgenstrålarna avslöjade storleken, form, och distribution av små fläckar som liknar bubblor i ett färgprov som bara mätte ett par millimeter i diameter.

"De ville förstå den grundläggande kemin och de grundläggande processerna för vad som pågick, " sa han. "De här strukturerna som de ser är väldigt vanliga i många målningar, och så de försöker se varför dessa strukturer är här." använder en teknik som kallas röntgenmikrotomografi, kartlade olika tjocklekar i färgen och avslöjade en del mikroskopiska sprickor.

Mikrotomografi vid ALS har också använts för att ge mikroskopiska vyer av ett brett spektrum av prover, från växtstammar till rymdskepps värmesköldar.

Förutom röntgenutforskning av ett färgprov i mikroskala, teamet använde också en teknik som kallas fototermisk inducerad resonans (PTIR) som överskred förstoringsgränserna för konventionella ljusbaserade mikroskop. PTIR kopplar infraröda (IR) lasrar med ett atomkraftsmikroskop för att ge ett fönster i nanoskala in i färgens kemi i en skala som är mycket mindre än vad som är möjligt med konventionella IR-mikroskop.

En annan teknik, kallas Fourier transform infraröd (FTIR) mikrospektroskopi, gav en bredare bild av den kemiska sammansättningen över olika lager av färgprover.

Andrea Centrone, en projektledare för Nanoscale Spectroscopy Group vid NIST som ledde studien tillsammans med Berrie, noterade att PTIR-tekniken ger kemisk kartläggning med en upplösning som liknar den för atomkraftsmikroskopi - som erbjuder en skanning av provet via en process som liknar en skivspelares nål som rör sig över en yta och kartlägger den.

Medan spetsen skannar över provet, infraröda pulser absorberas lokalt och provet värms upp och expanderar snabbt. Detta "sparkar" spetsen som en slagen stämgaffel och ger kemiskt specifik information om provet.

Färgprovet hade en mycket grov, klibbig yta som var svår att kemiskt kartlägga, så Centrone arbetade med medarbetare på NIST för att anpassa tekniken så att skanningsspetsen oscillerade ovanför provytan, röra den försiktigt istället för att dra över den, möjliggör insamling av högupplösta data.

"Vi kan fånga mycket små detaljer ner till 10 eller 20 nanometer, "eller miljarddels meter, sa Centrone. "Vi kunde upptäcka vilken typ av metalltvål som hade bildats i färgproverna."

Studien noterar att samma tekniker som användes i kombination för att utforska färgkemin skulle kunna tillämpas mer brett inom andra områden där proverna är utmanande eftersom deras kemi inte är enhetlig, och detaljerad kunskap om kemi över olika skalor krävs, som inom biomedicin och energilagring.

Berrie sa att hon ser fram emot framtida studier som tillämpar samma tekniker för att utforska olika typer och lager av färg och andra frågor för bevarande av konstverk.

"Vi hoppas att vi kommer att kunna jämföra och kontrastera olika kombinationer av olje-pigmentinteraktioner, " sa hon. "Vi kommer att kunna utforska en del av den underliggande kemin i målningar som vi fortfarande inte vet mycket om, "för att ge insikt för konstbevarande, för. "Och, vi försöker hjälpa till att informera om utbudet av val som konstkonservatorer har."