SCIENCE IN ART CONSERVATIONS By Radchada Buntem Department of Chemistry, Faculty of Science, Silpakorn University SURF 6

Topics Introduction X-ray radiography X-ray fluorescence X-ray absorption X-ray Diffraction IR and Raman SEM-EDX AA, ICP SURF 6

Art Conservation: what is it? การอนุรักษ์เชิงป้องกัน (Preventive conservation) การสงวนรักษา (Conservation treatment) SURF 6

Art Conservation: what is it? การอนุรักษ์เชิงป้องกัน เป็นวิธีป้องกันมิให้โบราณวัตถุชํารุดเสื่อมสภาพ ต้องมีความเข้าใจถึงสิ่งต่างๆ ต่อไปนี้ - สาเหตุที่ก่อให้เกิดการเสื่อมสภาพ - คุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ทําโบราณวัตถุ ทํามาจากอะไร มีคุณสมบัติอย่างไร มีความไวต่อสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิความชื้น สว่าง มากน้อยเพียงใด ราชอบขึ้นหรือไม่ แมลงชนิดใดชอบกัดกินเป็นอาหาร และจะมีข้อสังเกต อย่างไร SURF 6

Art Conservation: what is it? การสงวนรักษา เป็นวิธีการปฏิบัติการอนุรักษ์โบราณวัตถุ กล่าวคือมีการลงมือปฏิบัติจริงมีการตรวจสอบหาสาเหตุการเสื่อมสภาพ วิธีการในการหยุดยั้งการเสื่อมสภาพ แล้วทําให้กลับคืนสู่สภาพเดิม อาจจะต้องเสริมความแข็งแรง แต่ต้องคงรูปแบบเดิม สีและเนื้อวัสดุจะต้องไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง มีการใช้สารเคมีและอุปกรณ์เครื่องมือเฉพาะทาง เช่น กล้องจุลทรรศน์ เป็นต้น SURF 6

Art Conservation: what is it? ในการอนุรักษ์โบราณวัตถุ ศิลปวัตถุ จะมีขั้นตอนในการดําเนินการดังนี้ 1. ตรวจสอบชนิดของวัสดุที่ใช้ทําโบราณวัตถุ ต้องตรวจสอบว่าโบราณวัตถุทําจากวัสดุประเภทใด มีคุณสมบัติทาง กายภาพและคุณสมบัติทางเคมีอย่างใด มีความไวต่อสภาพแวดล้อมมาก น้อยแค่ไหน 2. ตรวจสอบปัญหาที่เกิดขึ้นกับโบราณวัตถุ ต้องตรวจสอบเพื่อปัญหาที่เกิดขึ้นกับโบราณวัตถุว่าการชํารุดเสื่อมสภาพ นั้นเกิดจากสาเหตุใดและปัญหาที่เกิดขึ้นทําให้วัตถุเกิดจากชํารุดมากน้อย เพียงใด สามารถแก้ไขปัญหาได้มากน้อยอย่างใด SURF 6

Art Conservation: what is it? 3. ปฏิบัติการสงวนรักษาโบราณวัตถุ เมื่อทราบถึงวัสดุที่ใช้ทําโบราณวัตถุ สาเหตุที่ทําให้เกิดการชํารุดเสื่อมสภาพ ความรุนแรงของการเสื่อมสภาพ เพื่อหาแนวทางและวิธีการในการแก้ปัญหา และหยุดยั้งการเสื่อมสภาพต้องใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในการแก้ปัญหา เช่น ใช้สารเคมีในการหยุดยั้งสนิมกัดกร่อน เป็นต้น 4. ซ่อมแซมโบราณวัตถุส่วนที่ชํารุด หลังจากที่หยุดยั้งสาเหตุการเสื่อมสภาพของโบราณวัตถุแล้ว จําเป็นจะต้อง ซ่อมแซม และรักษาโบราณวัตถุให้คงสภาพดีและแข็งแรงตามเดิม SURF 6

Art Conservation: what is it? การซ่อมแซมหรือเติมส่วนที่หายไปมีหลักในการดําเนินการนี้ - วัสดุที่นํามาใช้ซ่อมแซมหรือเสริมความแข็งแรงจะต้องเป็นวัสดุเดียวกันหรือต้อง มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับของเดิม - สารเคมีที่ใช้จะต้องไม่ทําให้เกิดความเสียหายกับวัสดุเดิม และจะต้องผ่านการ- ทดลองมาแล้วว่าไม่ก่อให้เกิดความชํารุดเสียหายต่อโบราณวัตถุในระยะยาว - การเลือกใช้สารเคมีหรือวิธีการอนุรักษ์ ต้องพยายามเลือกใช้วิธีที่สามารถแก้ไขได้ 5. การดูแลและรักษาโบราณวัตถุภายหลังการสงวนรักษา เมื่อโบราณวัตถุผ่านการอนุรักษ์แล้ว การนําไปจัดแสดงหรือเก็บรักษา จะต้องให้ถูกต้องตามหลักวิชาการอนุรักษ์ และจะต้องมีการควบคุมสภาพแวดล้อม ให้เหมาะสม SURF 6

X-ray Radiography X-ray radiography (XR) การถ่ายรูปโดยใช้รังสีเอ็กซ์ ไม่มีการทำลายเนื้อวัสดุ เป็นขั้นตอนที่ต้องทำก่อนดำเนินการซ่อมแซม เพื่อจะได้เห็นการเสื่อมสภาพของ เนื้อวัสดุ เป็นเทคนิคที่สะดวกในการถ่ายรูปบริเวณที่จำเพาะเจาะจงของเนื้อวัสดุ เห็นรายละเอียดของกระบวนการซ่อมแซมที่มีมาก่อน เทคนิคการเชื่อมต่อวัสดุ (jointing techniques) และลักษณะโครงสร้าง (structure characteristics) เป็นต้น http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn672/idn672.htm SURF 6

X-ray radiographs of Thai ancient glass beads SURF 6

X-ray radiographs of Thai ancient glass beads SURF 6

X-ray radiographs of Thai ancient glass beads SURF 6

X-ray radiographs of Thai ancient glass beads SURF 6

X-ray radiographs of Thai ancient glass beads SURF 6

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 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. Fig 1: The one-fourth-bronze mirror before making restoration http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn672/idn672.htm SURF 6

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). Fig 3: The bronze He, Western Zhou. SURF 6

X-ray radiographs of ancient objects M. Giannoulaki, e-Journal of Science & Technology (e-JST), 2006, 48-63. SURF 6

X-ray radiographs of ancient objects SURF 6

X-ray Fluorescence SURF 6

X-ray Fluorescence Spectrum Big blue bead XRF (fragment) SURF 6

X-ray Fluorescence Spectra Medium beads + big sphere 11’ XRF SURF 6

X-ray Fluorescence Spectra The XRF spectrum of the painting http://www.amptek.com/art.html SURF 6

XRF of a Roof Tile from the Chinese Summer Palace http://www.amptek.com/art.html SURF 6

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

The XR-100CR and the Gold Ibex from Akrotiri, Greece http://www.amptek.com/art.html SURF 6

XAS investigations of ancient Egyptian faience Selected faience objects from Amarna http://hasylab.desy.de/annual_report/files/2010/20101327.pdf SURF 6

http://repositorio.lneg.pt/bitstream/10400.9/640/1/33711.pdf SURF 6

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

Characterization of green copper phase pigments in Egyptian artifacts using X-ray diffraction SURF 6

XAS Investigations of Ancient Egyptian Coffin Fragments: Arsenic and Yellow Pigments SURF 6

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

Spectroscopic characterization of a sepiolite-based Maya Blue pigment R.Giustetto, et. al. Period. Mineral. (2010), Special Issue, 21-37. SURF 6

Polychromic structures and pigments in Guangyuan Thousand Buddha Grotto of the Tang Dynasty (China) SURF 6

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

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. 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. http://pubs.usgs.gov/gip/acidrain/5.html SURF 6

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 SEM image of an area from the surface of S2 SURF 6

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

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

Thank you for your attention. SURF 6