Laboratorium Badań Fizyko-Chemicznych i Nieniszczących

Kierownik: prof. dr hab. Elżbieta Basiul

Badania stanu zachowania, składu, nawarstwień chronologicznych, struktur wewnętrznych, pochodzenia, datowania obiektów zabytkowych, m.in.:

1. Określenie techniki wykonania zabytków oraz analiza konserwatorska stanu ich zachowania, w tym zakresy dawnych ingerencji konserwatorskich – użycie wielospektralnych metod obrazowania VIS, IR, RUV, FCIR, FCUV przy pomocy aparatu fotograficznego i filtrów.

Wielospektralna analiza konserwatorska malowidła ściennego pt: Pieta, Eugène Delacroix, w kaplicy St. Genevieve w Kościele Saint-Denis-du-Saint-Sacrement w Paryżu

2. Badania techniki wykonania zabytków oraz analiza konserwatorska stanu ich zachowania, w tym zakresy dawnych ingerencji konserwatorskich – użycie przenośnej kamery hiperspektralnej Specim IQ - specjalistyczne urządzenie do rejestracji i przetwarzania danych. Urządzenia to posiada oprogramowanie komputerowe Specim IQ Studio pozwalające na wizualizację wyników i wykonanie odpowiednych analiz. Narzędzia programistyczne umożliwiają importowanie, eksportowanie i zarządzenie wielospektralnymi danymi jak i tworzenie modeli i spektrów referencyjnych. Kamera ta jest urządzeniem obrazującym, które służy do rejestracji obrazu zawierającego szerokie informacje spektralne w każdym pikselu zapisanego obrazu zabytkowego obiektu.

   

Portret Mikołaja Kopernika z Muzeum Okręgowego w Toruniu – obrazowanie  za pomocą kamery hiperspektralnej SPECIM - umbra naturalna (mapping)

3. Identyfikacja pigmentów i barwników organicznych, spoiw organicznych i mineralnych, żywic naturalnych i syntetycznych, gumożywic, klejów białkowych itp., badanie warstw malarskich na różnych podłożach i wykonanych różnymi technikami, m.in. papierów, barwików tkanin, akwarel, pasteli, atramentów, rysunków, tuszy, ceramiki, wosków (roślinnych, zwierzęcych i mineralnych) itp. rejestracja widm absorpcyjnych z bardzo małych powierzchni rzędu 4 mikrometrów kwadratowych – użycie FTIR, mikroskopu FTIR Lumos II, badań mikroskopowych.

4. Określanie pierwiastków oraz sumarycznego składu chemicznego materiałów nieorganicznych (podanie wzorów); uzyskanie precyzyjnych informacji o strukturze krystalicznej i składzie fazowym badanych materiałów występujących w próbkach warstw malarskich, tynków, zapraw, kamieni, ceramiki itp. z użyciem ED XRF oraz dyfraktometru rentgenowskiego XRD.

5. Nieinwazyjna rejestracja struktur wewnętrznych obiektów zabytkowych takich jak: obrazów na podłożach płóciennych i drewnianych, rzeźb polichromowanych, elementów ołtarzy, kurdybanów, ceramiki, miniatur, akwarel, pasteli itp. z wykorzystaniem przenośnego cyfrowego aparatu RTG. Badania i analizy uwidocznionych struktur wewnętrznych wraz z interpretacją rozkładu pigmentów oraz anomalii strukturalnych są rutynowo wykonywane na zlecenia firm konserwatorskich, Muzeów, Archiwów, Urzędów Konserwatorskich, domów aukcyjnych oraz osób prywatnych – badania aparatem cyfrowym RTG.

 Portret Mikołaja Kopernika z Muzeum Okręgowego w Toruniu – obrazowanie metodą cyfrowego RTG

6. Badania z wykorzystaniem chromatografu gazowego - pozwalają na precyzyjną identyfikację historycznych i współczesnych organicznych spoiw malarskich: olejów, kazeiny, żółtka jajka, białka jajka, klejów zwierzęcych, żywic naturalnych, wosków oraz żywic syntetycznych. W pracowni wykonywane są analizy i identyfikacja barwników organicznych i werniksów (współpraca z Interdyscyplinarnym Centrum Nowoczesnych Technologii).

Buty pontyfikalne z Opactwa Mniszek Benedyktynek w Krzeszowie, 1 połowa XVIII w. Przy pomocy metody elektroforezy kapilarnej w warunkach niewodnych (NACE) zbadano czerwone nici wykorzystane do dekoracji butów. Zidentyfikowano związki, których obecność wskazuje na użycie barwników z koszenili oraz marzanny barwierskiej.

7. Badania mikroskopowe próbek pobranych z zabytkowych obiektów - badania stratygrafii i warstw malarskich i pomiaru ich grubości. Przygotowanie przekrojów poprzecznych próbek warstw malarskich, identyfikacja pigmentów oraz barwników organicznych i spoiw za pomocą optycznych technik analitycznych – badania fluorescencji wzbudzanej światłem ultrafioletowym oraz analiza za pomocą techniki fałszywych kolorów. 

Badanie obrazów autorstwa Chen Wen His  z National Gallery w Singapur, mikrofotografia próbki warstwy malarskiej w świetle VIS. 

Badanie obrazów autorstwa Chen Wen His  z National Gallery w Singapur, mikrofotografia próbki warstwy malarskiej w technice kolorowej IR.

8. Podstawowe badania mikroskopowe próbek warstwy malarskiej: wykonywanie rozmazów wodnych, działania na próbkach kwasami i zasadami oraz mikrochemiczne badania pigmentów - badania krystaloskopowe, jak również analizy, reakcje charakterystycznych próbek spoiw: zmydlanie i testy mikrochemiczne.
9. Badania podobrazi płóciennych, czyli identyfikacja włókien konkretnej rośliny, określanie rodzaju użytego płótna, w tym analiza splotu tkaniny i jej gęstości.

Badanie obrazów autorstwa Chen Wen His  z National Gallery w Singapur – mikrofotografia płóciennego podobrazia oraz widok mikroskopowy włókna podczas badania rodzaju płótna.

10. Badania drewna zmierzające do identyfikacji gatunku poprzez określenie jego cech anatomicznych. Wstępna preparatyka próbek z zabytkowych obiektów oraz wykonanie stosownych przekrojów próbek drewna.

Badania dendrologiczne – przekrój poprzeczny preparatu z drewna świerkowego (Picea); wykorzystanie mikroskopu cyfrowego marki Keyence VHX-7000/7000N.

11. Badania wieku zabytkowego drewna – dendrochronologia. Wiek zabytków drewnianych ustala się przez porównywanie układu słojów (pierścieni przyrostów rocznych) badanej próbki do skali dendrochronologicznej.

12. Badania mikroskopowe powierzchni obiektów zabytkowych przy użyciu cyfrowego mikroskopu KEYENCE VHX-7000/7000N pozwalają otrzymywać obrazy o wysokiej rozdzielczości, a także określać grubość poszczególnych warstw oraz wykonywać dokumentację fotograficzną w świetle widzialnym  oraz we fluorescencji wzbudzonej UV. Przy pomocy mikroskopu można wykonywać mapy dokumentujące powierzchnie badanych przedmiotów w dwóch oraz w trzech wymiarach. Urządzenie służy głównie do określenia techniki wykonania obiektów zabytkowych oraz pozwala rejestrować procesy ich degradacji trudne do zaobserwowania okiem nieuzbrojonym. Mikroskop może być wykorzystany do rejestrowania powierzchni zabytków w celu oceny skuteczności zabiegów konserwatorskich.

Madonna z Dzieciątkiem, ikona w typie włoskim, XIX w. – badanie techniki wykonania i określenie stopnia zniszczenia obrazu (wł. prywatna) przy użyciu cyfrowego mikroskopu KEYENCE VHX-7000/7000N.

Madonna z Dzieciątkiem, ikona w typie włoskim, XIX w. – badanie techniki wykonania i określenie stopnia zniszczenia obrazu  (wł. prywatna).

13. Kierunki badań nowatorskich/wdrożeniowych:

-  opracowanie metod datowania dzieł sztuki na podstawie identyfikacji związków chemicznych tworzących się w zabytkowych obiektach na skutek procesów starzeniowych oraz oddziaływania między pigmentami i barwnikami a spoiwami organicznymi występującymi w warstwach malarskich (techniki spektroskopowe XRD i FTIR),

- realizacja nowatorskiego projektu mającego za cel stworzenie przyjaznego oprogramowania opartego na algorytmach sztucznej inteligencji, które umożliwi automatyczną identyfikację pigmentów i barwników organicznych na podstawie barw rejestrowanych w wybranych technikach obrazowania charakterystyk spektralnych,

- prowadzone są badania nad opracowaniem nowatorskiej metodyki wizualizacji malowideł ściennych pokrytych warstwami pobiały za pomocą systemu złożonego z radaru plenarnego i termowizji synchronicznej.

Przykładowe realizacje naszego Laboratorium: