| Popis: |
Na studium pigmentů v malířských dílech je v dnešní době nutné nahlížet z více oborů než čistě z hlediska uměleckého. Dochází k propojování znalostí z oblasti výtvarného umění a přírodních věd. A právě detailní informace z hlediska chemie a geologie velmi často chybí, přestože pochopení zákonitostí z těchto oborů může například vést k určování původu malířských děl (provenience). Hlavní součástí malířských děl jsou pigmenty, které se nevyskytují samostatně, ale pro účely malby vždy ve směsi s organickým pojivem. Pigmenty jsou barevné sloučeniny, které lze dělit na organické a anorganické a obě skupiny můžeme rozdělit ještě na přírodní a umělé. Největší skupinou přírodních těžených malířských surovin jsou tzv. hlinky (zemité pigmenty). Hlinky patří do skupiny hlinitokřemičitanů – alumosilikátů (např. živce, slídy, jílové minerály), jejichž hlavní prvky hliník a křemík představují nejběžnější prvky zemské kůry. Hlinka je vždy produktem zvětrávání silikátových hornin, které umožňuje vzniku právě jílovým minerálům. Jílové minerály jsou vrstevnaté alumosilikáty (planární fylosilikáty) o velikosti částic menší než 2 μm. V jílových horninách se ale také mohou vyskytovat další minerální fáze – např. některé oxidy a hydroxidy železa (goethit, hematit), příp. hliníku (gibbsit), amorfní fáze (alofán) a další. V hlinkách se nejčastěji vyskytují tyto jílové minerály: kaolinit, illit, seladonit, glaukonit, montmorillonit, chlorit a jílové minerály se smíšenou strukturou (nejčastěji illit/smektit). U nich dochází k prorůstání základních stavebních jednotek různých fylosilikátů ve směru kolmém na rovinu vrstev. Hlavní metodou pro identifikaci minerálních fází v pigmentech malířských vrstev, kterou v naší laboratoři používáme, je prášková rentgenová mikrodifrakce (mXRD). Každý minerál má na rentgenovém záznamu své charakteristické difrakční linie a ve většině případů jsou neměnné; některé pigmenty však mohou interagovat s pojivem. To je případ jílových minerálů s expandabilními vrstvami, například minerálů skupiny smektitů, kam patří i montmorillonit. Tyto minerály s vysokou ionto‐výměnnou kapacitou mohou do mezivrství přijímat nejen anorganické kationty, ale i polární organické molekuly, např. složky organických pojiv v malířských dílech. To pak způsobí rozšíření mezivrství a posun difrakčních linií. Podobně reagují i s obyčejnou vodou (tzv. „bobtnají či vysychají“), což může být pro malířské vrstvy rizikovým faktorem při kolísání vlhkosti. Pro studium těchto interakcí byly v této práci vybrány 4 vzorky obsahující minerály ze skupiny smektitů a dva vzorky se smíšenou strukturou typu illit/smektit, které rovněž obsahují expandabilní mezivrství. Tyto vzorky byly smíchány s jednoduchými pojivy (olej, klíh, žloutek) a následně i s jejich směsmi (emulzní typ pojiv). Pro interakci s klihem byl připraven roztok klihu s vodou, který se zahřívá v lázni, aby došlo k úplnému rozpuštění klihu, který je jinak v běžném stavu ve formě drobných granulí. Všechny výsledné směsi byly naneseny štětcem na sklíčko, aby se napodobil postup reálné malby. Poté se vzorky nechaly přirozeně uschnout, klihové a žloutkové směsi usychají řádově během několika hodin, zatímco olejové schnou až několik týdnů. Analýzou rentgenové difrakce bylo zjištěno, že při interakci vzorku s klihem dochází k rozšíření smektitových vrstev. To způsobuje zejména obsah vody v klihovém roztoku, neboť smektity hydratují velmi rychle. Naopak se žloutkem a olejem vzorky „vysychají“, neboť žloutek a olej působí odpudivě vůči vodě a vytěsňují ji z mezivrstevního prostoru smektitů, mezirovinná vzdálenost je pak dána jen velikostí organické molekuly a její prostorovou orientací v mezivrství. Smíšené struktury se při těchto interakcích chovají jako mechanické směsi, přestože se jedná o směsné krystaly. Je ale možné, že jde o stav přechodný, faktor času – kinetiky interakcí je stále předmětem výzkumu. Získané výsledky byly využity k rekonstrukci struktury a určení původního minerálu (před interakcí) při analýze hlinkových podkladových vrstev obrazů. Je třeba vždy totiž počítat s tím, že vlivem interakce je difrakční obraz některých jílových minerálů pozměněn a tento faktor je třeba při identifikaci zohlednit. Správné určení původního jílového minerálu je pak velmi důležité pro určení provenienčních znaků použitého materiálu. The study of pigments in the painting artworks is to be viewed in more fields than from a purely artistic point of view. There is a linking of knowledges from the art and science. Very detailed informations in terms of chemistry and geology are often missing, even though the understanding of the patterns of these aspects, may lead to the determination of the origin of paintings (provenance) for example. The pigments are main components of paintings which do not occur separately, but they always are mixed with organic binders for purposes of painting. Pigments are colored compounds which can be divided into organic and inorganic, and both of groups can be further subdivided into natural and synthetic. The earths are the largest group of natural raw materials of painting (earthy pigments). The earths belong to the group of (e.g. feldspars, micas, clay minerals), whose main elements of aluminum and silicon form the earth's crust. The earths always are the product of weathering of silicate rocks that enable creation just clay minerals. Clay minerals are layered aluminosilicates (planar phyllosilicates) with the size of particles less than 2 micrometers. The other mineral phases may occur in the clay rocks ‐ for example some iron oxides and hydroxides (goethite, hematite), or aluminum (gibbsite), the amorphous phases (alophane) and others. Following clay minerals are most commonly found in the earths: kaolinite, illite, celadonite, glauconite, montmorillonite, chlorite and clay minerals with mixed structure (mostly illite/smectite). The basic units of different sheets of phyllosilicates grow each other in direction perpendicular to the plane of the layers. The powder X‐ray microdiffraction (mXRD) is the main method for the identification of mineral phases in pigments of painting layers, which we use in our laboratory. Each mineral has its own characteristic X‐ray diffraction lines and in most cases are invariant; some pigments may interact with organic binder. Clay minerals with expandable layers belong here, such as group of smectites, which include montmorillonite. These minerals with a high ion exchange capacity may receive the interlayers not only inorganic cations, as well as polar organic molecules, such as an organic binder component in painting artworks. This interaction causes the expansion of the interlayer space and the shift of the diffraction lines. Smectites react similarly with water molecules (so‐called "swelling or drying up"), which may be a risk factor for painting layers by the fluctuations in humidity. Four samples containing minerals of the smectite group have been selected for these interactions and two samples are mixed structure of type illite/smectite, which also contain expandable interlayer space. These samples were mixed with simple binders (oil, glue, egg yolk) and then with the mixtures (emulsion types of binders). The solution of skin glue was prepared with water which is heated in a bath, in order to completely dissolving of skin glue, that is in the form of small granules in the normal state. All resulting mixtures were applied with a brush to slide in order to imitate the real process of painting. Then the samples were allowed to dry on air, skin glue and egg yolk mixtures dried out within a few hours, while the oil mixtures dried up to several weeks. By X‐ray diffraction analysis it was found that after interaction of the sample with the skin glue, the smectite layers expand. It is caused by the water content causes in the skin glue solution, because smectites hydrate very quickly. Conversely, the smectites with egg yolk and linseed oil "dry up", because yolk and oil act repulsively to the water molecules and displace them from interlayer space of smectites, the interplanar spacing is then given by the size of organic molecule, and its spatial orientation in the interlayer space. Mixed layered structures behave as a mechanical mixture in these interactions, although they are mixed crystals. It is possible that this is a transient condition, the time factor ‐ the kinetics of interactions, is still the subject of research. The results were used to reconstruct the structure and to determine the initial mineral (before interaction) by analyzing of earthy ground layers of paintings. It is necessary to bear in mind that the diffraction pattern of some clay minerals is modified due to interaction and this factor should be taken into account by the identification. Correct determination of the original clay mineral is then very important to determine of provenance features of used material. |
