Gli esperti sanno da tempo che quando i dipinti ad olio invecchiano, i saponi possono formarsi all'interno della vernice, degradare l'aspetto delle opere. Il processo complica notevolmente la conservazione dei dipinti ad olio e delle manifestazioni culturali, che i dipinti stessi contribuiscono a preservare.

"Questi saponi possono formare sporgenze che crescono all'interno della vernice e si rompono attraverso la superficie, creando una trama irregolare, " ha detto Silvia Centeno, un membro del Dipartimento di Ricerca Scientifica del Metropolitan Museum of Art di New York (The Met). "In altri casi, i saponi possono aumentare la trasparenza della vernice, o formare un deturpante, crosta bianca sul dipinto."

Gli scienziati non capiscono perché i saponi assumono manifestazioni diverse, e per molti anni, i meccanismi alla base di come si formano i saponi rimasero un mistero.

"L'incontro, insieme ai nostri colleghi di altre istituzioni, sta cercando di capire perché il processo ha luogo, cosa lo fa scattare, e se c'è un modo per prevenirlo, "Centeno ha detto.

I raggi X rivelano nuovi indizi

Recentemente, una collaborazione scientifica guidata dai ricercatori del Met, l'Università del Delaware, e il Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha contribuito a rispondere a una di queste domande. Analizzando un campione microscopico della Crocifissione, un dipinto ad olio del XV secolo di Jan Van Eyck, il team di ricerca è stato in grado di determinare quali componenti della vernice erano responsabili della formazione di saponi. I loro risultati sono stati pubblicati in Rapporti scientifici .

"Quando studiamo quadri al museo, cerchiamo di utilizzare tecniche non invasive, metodi che non inducono cambiamenti permanenti nell'opera d'arte, "Centeno ha detto. "Tuttavia, in alcuni casi, dobbiamo rimuovere un campione molto piccolo per l'analisi. Lo prenderemo da aree in cui c'è già una crepa o una perdita nell'opera d'arte. Tutti i campioni sono archiviati in modo che possiamo tornare indietro e riutilizzarli, e in questo caso, il campione che abbiamo studiato era già stato rimosso dal dipinto per un altro studio quando ci siamo resi conto che era un buon esempio di formazione di sapone".

Per studiare le minuscole caratteristiche chimiche del campione, gli scienziati avevano bisogno delle capacità avanzate del microscopio a raggi X della beamline 5-ID presso la National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE presso il Brookhaven Lab. Questa linea di luce ha la capacità unica di visualizzare la composizione chimica di strutture complesse, rendendolo lo strumento perfetto per studiare piccoli campioni di opere d'arte.

"Poiché questi campioni sono così piccoli, avevamo bisogno della risoluzione spaziale submicronica di beamline 5-ID, e la competenza del personale della linea di luce, "Centeno ha detto.

Utilizzando una tecnica di ricerca chiamata microscopia a fluorescenza a raggi X, gli scienziati hanno diretto i raggi X ultra luminosi di NSLS-II sul campione di pittura spostando il campione orizzontalmente e verticalmente. Ciò ha permesso loro di generare mappe che mostrano come i diversi elementi sono distribuiti nel campione, e determinare come questi elementi si fossero spostati all'interno della pittura a causa del deterioramento. Inoltre, utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia di assorbimento a raggi X, gli scienziati hanno identificato la presenza di composti chimici che erano i prodotti di reazioni di deterioramento all'interno del campione.

"Era stato proposto che le impurità in uno dei pigmenti che è tipicamente coinvolto nella formazione del sapone, chiamato piombo stagno giallo tipo I, erano responsabili della formazione del sapone, e abbiamo scoperto che non è così, " disse Centeno. "Mentre le impurità possono reagire, sono i componenti principali di questo pigmento, il pigmento che dà il colore della vernice, che reagiscono durante la formazione del sapone. I metalli pesanti nei pigmenti, come piombo stagno giallo e altri, reagiscono con gli acidi grassi nel mezzo legante l'olio per formare saponi. Questo fa sì che la vernice cambi colore e aspetto, e ciò che era inteso dall'artista."

Questa scoperta è un passo importante verso la piena comprensione della formazione del sapone, e lo sviluppo di un metodo per preservare il colore e la consistenza dei dipinti ad olio.

"È stato un privilegio far parte di questa collaborazione, "ha detto Karen Chen-Wiegart, un Assistant Professor presso la Stony Brook University con un incarico congiunto presso NSLS-II. "È una rara opportunità poter lavorare con un campione che porta così tanta storia. Quando il nostro staff ha visto che stavamo scansionando quest'arte in tempo reale, tutti si sono così emozionati perché hanno visto che i loro strumenti potevano essere usati per studiare qualcosa che non avrebbero mai pensato fosse possibile. È stato emozionante a più livelli per tutti noi qui alla NSLS-II".

Mentre l'attuale studio si è concentrato su un tipo di pigmento, la collaborazione intende studiare come varia la formazione del sapone tra i diversi pigmenti, così come gli effetti della temperatura, umidità, e la porosità della vernice. Sperano anche di utilizzare una gamma più ampia di tecniche di sincrotrone presso NSLS-II per ottenere una comprensione più completa del meccanismo di deterioramento.