Conservazione dell'arte mediante l'elettrochimica

3 giu 2024

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Preservare e proteggere l’arte dai danni può essere una faccenda complicata. I conservatori si sforzano di trovare un equilibrio tra la protezione del manufatto e il mantenimento dell'intento artistico originale. Fortunatamente, esiste un ampio kit di strumenti scientifici per aiutare i conservatori ad analizzare tutto, dalla composizione dei pigmenti all’età dei manufatti, guidando i metodi di conservazione. Trovare tecniche non distruttive può essere impegnativo, ma soluzioni sorprendenti come l’elettrochimica offrono contributi vitali alla conservazione dell’arte. Qui evidenziamo tre casi che mostrano il ruolo dell'elettrochimica nella protezione dell'arte per le generazioni future.

Verranno trattati i seguenti argomenti (fare clic per passare direttamente a ciascuno):

Controllo della corrosione dei rivestimenti mediante tecniche elettrochimiche
Pulitura e restauro di opere d'arte con elettrochimica
Spettroscopia Raman elettrochimica con superficie migliorata (EC-SERS) per l'analisi non distruttiva dei pigmenti

Controllo della corrosione dei rivestimenti mediante tecniche elettrochimiches

L'applicazione dell'elettrochimica alla scienza della corrosione è ben nota. Tra le altre cose, riguarda l'applicazione e lo studio di diversi rivestimenti sui metalli per migliorarne la resistenza alla corrosione.

Un approccio simile che utilizza le tecniche di resistenza alla polarizzazione (PR) e spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) può essere applicato a manufatti metallici storicamente e culturalmente significativi soggetti a corrosione. Un'elevata resistenza alla polarizzazione indica una migliore protezione dalla corrosione. La principale differenza tra questa applicazione e quella degli studi più tipici sulla corrosione industriale è il fatto che il rivestimento deve mantenere un aspetto estetico gradevole (cioè essere il più trasparente possibile) [1].

Uno studio elettrochimico condotto a Bologna, in Italia, ha verificato l'efficacia di vari rivestimenti su un campione di bronzo dorato a fuoco [2]. Utilizzando l'analisi elettrochimica, è stata determinata la velocità di corrosione in diverse condizioni di laboratorio. Questo test è stato adattato alle condizioni del mondo reale per determinare in che modo i vari rivestimenti applicati potrebbero influire sulla corrosione di un manufatto reale. In questo caso, il campione analizzato è servito come replica per la Porta del Paradiso (Figura 1) [2]. Nella Figura 1 è mostrato anche un tipico circuito equivalente per un metallo in ambiente corrosivo e un diagramma di Nyquist che possono essere utilizzati insieme per stimare la resistenza di polarizzazione.

Left: Gates of Paradise by the sculptor Lorenzo Ghiberti, a pair of gilded bronze doors installed in the Florence Baptistery. Right: fitting of EIS data with the right equivalent circuit allows estimation of Rp, the polarization resistance.

Figura 1. A sinistra: Porta del Paradiso dello scultore Lorenzo Ghiberti, coppia di porte in bronzo dorato installate nel Battistero di Firenze. A destra: l'adattamento dei dati EIS con il circuito equivalente destro consente la stima di Rp, la resistenza di polarizzazione.

L'EIS è stato utilizzato anche su statue in bronzo per testare la stabilità elettrochimica (resistenza alla corrosione) sia del bronzo sottostante che della patina che spesso si forma in ambienti urbani corrosivi [3]. In questo caso, la spettroscopia Raman e le tecniche di spettroelettrochimica con trattino (maggiori informazioni sotto) sono diventate preziose per determinare la composizione chimica della patina. Entrambe le tecniche (EIS e Raman) sono state applicate anche per studiare la composizione delle patine formate su antiche monete di bronzo [4].

Pulitura e restauro di opere d'arte con elettrochimica

Parte del lavoro di un conservatore consiste nel riportare gli artefatti danneggiati alla loro condizione originale, o il più vicino possibile ad essa. Ciò comporta spesso una pulizia abrasiva o l'immersione in soluzioni detergenti chimiche. Tuttavia, ciò non è sempre possibile, soprattutto quando l'artefatto presenta dettagli intricati.

Il Rijksmuseum di Amsterdam ha riscontrato proprio un problema del genere. Per preservare i loro manufatti unici, il museo impiega un team di conservatori specializzati in vari materiali, inclusi metalli come l'argento. Tra questa squadra c'è Joosje van Bennekom, un esperto conservatore di metalli che ha affrontato la sfida di restaurare un delicato ornamento da tavola in argento realizzato nel 1549 da Wenzel Jamnitzer (Figura 2).

L'ossidazione, un problema comune con l'argento, si verifica quando l'argento reagisce con i composti dello zolfo presenti nell'aria, formando solfuro d'argento (Ag₂S) e creando il tipico colore nero associato all'ossidazione. I metodi tradizionali di rimozione dell'ossidazione rischiavano di danneggiare l'intricata opera d'arte, spingendo allo sviluppo di una soluzione innovativa: una matita elettrolitica. Questo strumento, perfezionato grazie alla collaborazione con ricercatori e ingegneri, consente una pulizia precisa e localizzata delle superfici d'argento ossidate senza rischiare di danneggiarle.

From left to right: The silver table ornament that needed to be cleaned, a replica of the detailing made to test the electrolytic pencil prototype, and cleaning of one of the pieces from the Saint-Maurice d’Agaune abbey’s treasury.

Figura 2. Da sinistra a destra: Il soprammobile d'argento da pulire, replica dei dettagli realizzati per testare il prototipo della matita elettrolitica e pulizia di uno dei pezzi del tesoro dell'abbazia di Saint-Maurice d'Agaune.

La matita elettrolitica affronta questa sfida offrendo un processo di pulizia controllato e localizzato. Utilizza l'elettrolisi per ridurre selettivamente il solfuro d'argento, ripristinando la superficie senza danneggiare le delicate strutture dell'opera d'arte. Nonostante le difficoltà tecniche iniziali, compresi problemi di stabilità e perdite, la matita ha dimostrato la sua efficacia nel restaurare l'argenteria medievale presso l'abbazia svizzera di Saint-Maurice d'Agaune (Figura 2). Con il suo successo documentato online e il suo design liberamente disponibile, la matita elettrochimica da allora è stata applicata a una varietà di altri artefatti [5,6].

Electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy (EC-SERS) for non-destructive pigment analysis

La spettroscopia Raman è emersa come una tecnica potente nella conservazione dell’arte [7]. La spettroscopia Raman tradizionale prevede il puntamento di un laser su un campione e l'analisi della luce diffusa per identificare le vibrazioni molecolari caratteristiche di materiali specifici. Questa tecnica è stata ampiamente utilizzata per analizzare pigmenti, coloranti, vernici e altri materiali organici e inorganici utilizzati nelle opere d'arte. Finché la potenza del laser è regolabile, la sua natura non distruttiva lo rende particolarmente prezioso per esaminare oggetti delicati o insostituibili.

Scopri di più sulla spettroscopia Raman nella nostra serie di blog.

Frequently Asked Questions (FAQ) sulla spettroscopia Raman: teoria e pratica

Il segnale Raman intrinsecamente debole spesso rende difficile il rilevamento di alcuni composti. Un'area di progresso nell'ambito della spettroscopia Raman è lo sviluppo della spettroscopia Raman con miglioramento della superficie (SERS) e anche della spettroscopia Raman con trattino elettrochimico con miglioramento della superficie (EC-SERS). EC-SERS combina i principi della spettroscopia Raman con l'elettrochimica, per migliorare la forza del segnale e la sensibilità dello spettro Raman.

Leggi i nostri articoli di blog correlati per ulteriori informazioni su SERS ed EC-SERS.

Raman vs SERS… qual'è la differenza?

Spettroelettrochimica Raman dall'India alla Spagna: storia ed applicazioni

Uno studio pubblicato da ricercatori del Nord America si concentra sull’identificazione dei componenti polifenolici nei pigmenti laccati gialli, comunemente usati nei dipinti e in altre opere d’arte [8]. I metodi tradizionali per analizzare questi pigmenti spesso richiedono fasi di separazione complesse. EC-SERS, tuttavia, consente l'analisi diretta di questi pigmenti senza necessità di separazione, apportando valore aggiunto come strumento per la conservazione dell'arte.

I ricercatori dimostrano l'efficacia di EC-SERS analizzando i singoli composti polifenolici, una miscela di coloranti modello e due veri pigmenti laccati gialli: lacca reseda e stil de grain (Figura 3). Applicando una tensione al substrato SERS, sono in grado di rilevare selettivamente diversi componenti coloranti nei pigmenti. Ciò consente loro di identificare la presenza di più polifenoli in ciascun pigmento, cosa che sarebbe difficile o impossibile da ottenere utilizzando i metodi tradizionali.

The stil de grain color and the polyphenolic compounds that make up many of the yellow pigment and dyes used in artworks from classical artists such as Rembrandt. Bottom left: a hyphenated EC-Raman system from Metrohm Autolab.

Figura 3. Il colore stil de grain e i composti polifenolici che costituiscono molti dei pigmenti gialli e dei coloranti utilizzati nelle opere di artisti classici come Rembrandt. In basso a sinistra: un sistema EC-Raman con trattino di Metrohm Autolab.

I risultati dello studio evidenziano il potenziale di EC-SERS come potente strumento per la conservazione dell’arte. Fornendo un metodo sensibile, selettivo e non distruttivo per l'analisi dei pigmenti naturali, EC-SERS può aiutare i conservatori a comprendere e preservare meglio le opere d'arte.

Conclusioni

L'elettrochimica ha dimostrato di essere una parte preziosa del kit di strumenti analitici per conservatori/restauratori d'arte. Molti altri esempi applicativi supportano questo punto. Questi includono VIMP (voltammetria delle particelle immobilizzate) che identifica vernici, oli e primer tramite le loro firme redox su scala ng [9]. La firma elettrochimica dei materiali dei componenti è stata utilizzata anche come metodo sia per datare accuratamente gli artefatti sia per autenticarli come originali [10].

L’adozione diffusa di queste tecniche richiederà collaborazione e, man mano che l’interesse aumenterà, le tecniche diventeranno sicuramente più accessibili ai non esperti.