Van Gogh sötétedő öröksége

Vincent van Gogh’s (1853-1890) széles ecsetvonásokkal vitte fel a vászonra vibráló és gyakran valószerűtlen színeit, hogy ezáltal fejezze ki a hangulatát és az érzéseit. Ez lényeges eleme volt az ő egyedi stílusának és nagy hatást gyakorolt a modern festészet fejlődésére. A 19. században előállított újgenerációs színezékek lehetővé tették van Gogh számára, hogy kikeverje azokat a gyönyörű sárga színeket, amelyeket például a híres Napraforgók (Sunflowers) festményén is használt. Ezeknek a – sok alkotásán előforduló - megragadó színárnyalatoknak az előállításához használta az új pigmentet, amit krómsárgának neveznek. Sajnos, több mint 100 évvel azután, hogy Gogh letette az ecsetet, néhány festményen látható módon a krómsárga egyáltalán nem megragadó barnára sötétedett. Ez a jelenség felkeltette egy csoport tudós figyelmét.

Egy nemzetközi kutatócsoport, amelyet Koen Janssens , a University of Antwerp, Belgium munkatársa vezet, arra a következtetésre jutott, hogy a krómsárga (PbCrO₄ · xPbO), kémiai változása az ultraibolya (UV) fény hatására következik be. (Monico et al., 2011). Bevezetése óta tudják, hogy ez a pigment fény hatására sötétedik. Az 1950-es években elvégzett vizsgálatok kimutatták, hogy enek az az oka, hogy a Cr(VI) Cr(III)-má redukálódik (ld.: 1. ábra). Azonban mostanáig nem ismerték a pontos mechanizmust, és nem azonosították a keletkezett terméket.

Történelmi festék-tubusok

A rejtély megfejtését Janssens csoportja azzal kezdte, hogy festék-tubusokat gyűjtöttek be van Gogh kortársától, Rik Wouters (1882-1913) flamand festőtől. Néhány tubus tiszta krómsárga pigmentet, míg más tubusok fehér összetevővel kevert világosabb árnyalatú sárga festéket tartalmaztak. A kutatók a mintákat UV sugárzással mesterségesen öregítették, és azt várták, hogy a színek néhány hónap után változnak meg. Ehelyett – legnagyobb meglepetésükre – már kevesebb mint három hét múlva a világosabb árnyalatú sárga festék felszínén egy csokoládébarna réteg alakult ki. Ehhez képest a nem kevert festék csak egy kicsit vagy egyáltalán nem változott meg. “Nagyon meglepődtünk” – mondta Janssens.

Annak érdekében, hogy kiderítsék, hogy milyen végzetes kémiai reakció megy végbe, a csoport a festékmintát röntgensugár alkalmazásával alaposan megvizsgálta. A munka nagy része a franciaországi Grenoble-ben működő European Synchrotron Radiation Facility (ESR^w1, Európai Szinkrotron-sugárzási Létesítményben) zajlott, ahol kétféle technikát, az XRF-t és a XANES-t használták arra, hogy különleges érzékenységgel detektálják a festékmintában a kiválasztott elemek térbeli eloszlását és oxidációs állapotát. (ld. a keretes írást).

Az elemzések kimutatták, hogy a pigment vékony felszíni rétegének sötétedése kapcsolatban lehet azzal, hogy a krómsárga festékben a Cr(VI) Cr(III)-á redukálódott. Ez összhangban van azzal, amit az ólom-kromát alapú ipari festékeknél figyeltek meg. Ráadásul, először sikerült kimutatni azt, hogy a Cr₂O₃ · 2H₂O formában van jelen a tönkrement festékben. Ezt a vegyületet krómoxizöld festékként ismerik. De hogyan okozhatja egy zöld színű festék a megfigyelt barnulást? A tudósok azt gyanítják, hogy a krómoxizöldben jelenlévő redukált króm a festék olajtartalmának oxidációja során képződik. Az oxidálódott olaj, a zöld színű festék és a maradék sárga festék keveréke okozhatja a barna színt. , that may be the root of the brown colouration.

A röntgensugár technika alkalmazásával a kutatók ki tudták muattni, hogy a világosabb színű festékkeverék kénvegyületeket is tartalmaz. Arra a következtetésre jutottak, hogy ezeknek a vegyületeknek szerepük lehet a króm redukálásában. Ez magyarázza, hogy miért sötétedik kevésbé a nem kevert sárga festék.

A röntgensugár ráragyog van Gogh-ra

A tudósok elkülönített festékmintákban vizsgálják a lejátszódó kémiai reakciókat, ugyanis arra szeretnének választ kapni, hogy a két festményből - View of Arles with Irises (Arles látképe íriszekkel) (1888) és Bank of the Seine (Szajnapart) (1887) – nyert minták felszíni sárga rétege vajon ugyanolyan okok miatt sötétedett-e meg.

Az XRF spektroszkópiát használták arra, hogy feltérképezzék anak a területnek a kémiai tulajdonságait, ami összeköti a sötét felszíni réteget a változalan sárga festékréteggel. A XANES spektrumot ezeken a régiókon belüli pontokban vették fel. Az eredmények megerősítették a régebbi kísérletek eredményét: a sötétebb felszíni rétegben kimutatták a króm redukált formáját, a Cr(III)-at, ebből arra lehet következtetni, hogy ennek a jelenléte a felelős a barna színért. Továbbá azt találták, hogy a Cr(III) egyenlőtlenül oszlott el, azokon a helyeken volt jelen, ahol a festék szulfát- és báriumvegyületeket tartalmazott.

A kémiai vizsgálatok megerősítették az előző kísérletből levont következtetést, miszerint a kénvegyületeknek szerepük van a króm redukciójában (ld. az alábbi egyenletet). Van Gogh a kénvegyületeket tartalmazó port fehér színe miatt keverte a krómsárgához, hogy világosabb árnyalatot kapjon. Életének egy szakaszában ezzel a keverékkel a fényesen megvilágított helyeket festette meg.

Már csupán egyetlen fontos kérdés maradt: hogyan segíti elő az UV sugárzás a reakciót? A válasz meglehetősen egyszerű: energiát biztosít, amely fedezi a reakcióban az aktiválási energiát, ezzel lehetővé teszi, hogy végbemenjen a reakció (ld. alább a 6. ábrát).

Mit lehet tenni?

Janssens csoportja kiderítette a van Gogh festményein használt festék sötétedésének kémiai hátterét. A kérdés azonban az, hogy fel tudjuk-e használni ezt a tudást a művész munkáinak megmentésére? Ella Hendriks, az amszterdami Van Gogh Museum^w3 munkatársa kételkedik ebben: “A modern múzeumokban már kiszűrik az ultraibolya fényt. A festményeket kontrollált körülmények között tartjuk, így biztosítjuk a számukra a legjobb feltételeket.” Ezek közé tartozik az alacsony hőmérséklet is. Általános szabályként fogadják el, hogyha a hőmérséklet 10 ºC-kal emelkedik, akkor a kémiai reakciók sebessége 2-4-szeresére nő, és ez alól a króm redukciója sem kivétel.

Ha már az UV sugárzás mértékét és a hőmérsékletet is megfelelően szabályoztuk, akkor még mi mást tehetnénk van Gogh festményeiért? Létezik egy radikálisabb lehetőség: ahelyett, hogy csupán lassítjuk a festék sötétedésének folyamatát, törekedjünk arra, hogy teljesen megfordítsuk azt. “A következő kísérletünk már folyamatban van” – mondja Janssens – “valójában azt szeretnénk megtudni, hogy milyen körülmények a felelősek a króm redukciójáé rt, és van-e remény arra, hogy a festékben visszaalakítsuk az eredeti oxidációs állapotot.”^w4

Bár az nagyszerű megoldás lenne, ha ilyen módon vissza tudnánk fordítani az idő kerekét, Janssens azonban elismerte, hogy jelenleg meglehetősen elképzelhetetlen, hogy visszanyerjük a megváltozott festék eredeti színét. Ennek ellenére a tudósok munkája megerősíti azt a reményünket, hogy többet tehetünk van Gogh festményeinek megőrzése érdekében, hogy a következő generációk is gyönyörködhessenek e nagy művész alkotásaiban.

Művészeti alkotások tanulmányozása szinkrotronnal

A mesterművek kémiai vizsgálata komoly probléma. Az analízishez csupán nagyon kis mennyiségű mintát lehet venni, és ezek gyakran sokféle vegyület keverékét tartalmazzák heterogén anyagi rendszerben. A nehézségek megoldására a tudósok a röntgensugárzáson alapuló tecnikákat használják. Minél erősebb és pontosabb a röntgensugár, annál jobb minőségű elemzést lehet végezni. Erre a célra a leginkább alkalmas röntgensugárzást a szinkrotron sugárforrások^w2 (ld. alább a 2. ábrát) biztosítják. Ebben a kísérletben kétféle spektroszkópiai módszert alkalmaztak a festék vizsgálatára az ESRF-ben, ezek: az XRF és a XANES.

 

XANES

A XANES spektroszkópia a röntgensugár elnyelés fizikáján alapul. Egy adott elem atomjai az elemre jellemző módon nyelik el a röntgensugárzást. Ezért az elnyelési spektrum alapján azonosítani lehet a mintát felépítő elemeket. A vízszintes tengelyen a sugárzás energiáját ábrázolják, a függőleges tengelyen az abszorpció mértékét. A nagyfelbontású röntgensugár abszorpciós spektrumot általában egy olyan energia-tartományban veszik fel, amely közel van a kérdéses elem egyik abszorpciós éléhez (ld. alább a 3. és a 4. ábrát). Az ilyen részletgazdag spektrum azt is meg tudja mutatni, hogy a vizsgált elem milyen oxidációs állapotban van. Ez az információ a kutatók körében nagy érdeklődésre tarthat számot.

 

 

XRF

Amikor egy atom röntgensugárzást nyel el, akkor kevésbé stabil gerjesztett állapotba kerül. Amikor visszajut a stabilabb állapotba, másodlagos röntgensugárzást bocsát ki, ezt a jelenséget röntgen-fluoreszcenciának (XRF) nevezik (ld. az 5. ábrát). Egy vizsgált minta által kibocsátott XFR spektrumot arra lehet felhasználni, hogy feltérképezzék vele egy kiválasztott területen az elemek eloszlását. Ezzel szemben a XANES csak a minta egy pontjáról ad információt. Az XRF és a XANES módszerekkel szerzett információk segítségével a szerzők részletes képet kaptak a festékminta kémiai állapotáról.