wykład drugi
wykład drugi
wykład drugi
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Metodyka Badań Materiałów<br />
i Technik Malarskich<br />
Wykład II<br />
• Techniki fotograficzne<br />
• Fotografia w świetle widzialnym<br />
• Reflektografia w UV<br />
• Luminescencja wzbudzana UV
Techniki fotograficzne<br />
Techniki fotograficzne – techniki rejestracji obrazów powstałych<br />
wskutek odbicia, rozpraszania i absorpcji promieniowania<br />
świetlnego zarówno z obszaru widzialnego, bliskiej podczerwieni<br />
oraz bliskiego ultrafioletu.<br />
Techniki fotograficzne naleŜą do technik nieniszczących (nie<br />
ingerujemy w materię zabytkową). PoniewaŜ obrazy rejestrujemy z<br />
odległości (remote sensing), techniki te stanowią cenne narzędzie<br />
diagnostyczne w przypadku, gdy utrudniony jest dostęp do obiektu<br />
(zachodzi konieczność stawiania rusztowań).
Elementy optyczne aparatu<br />
Przepuszczalność róŜnych materiałów wykorzystywanych do<br />
wytwarzania elementów optycznych<br />
krzemionka topiona, kwarc<br />
szkło Corex<br />
szkło krzemianowe<br />
NaCl<br />
KBr<br />
TlBr<br />
ZnSe
Filtry<br />
filtry interferencyjne<br />
filtry szklane
Efektywna szerokość połówkowa filtru interferencyjnego<br />
oraz absorpcyjnego<br />
80<br />
Filtr interferencyjny<br />
Transamitancja [%]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
szerokość połówkowa 10 nm<br />
Filtr absorpcyjny<br />
szerokość połówkowa 50 nm<br />
400 450 500 550<br />
Długość fali [nm]
Źródła promieniowania<br />
lampa Ar<br />
lampa Xe<br />
lampa H 2 lub D 2<br />
Ŝarówki wolframowe<br />
promiennik Nersnsta (ZrO 2 + Y 2 O 3 )<br />
drut Ni-Cr<br />
SiC
Detektory<br />
błony fotograficzne<br />
fotopowielacze<br />
lampy fotoelektronowe<br />
fotokomórki<br />
diody krzemowe<br />
matryce CCD<br />
fotoprzewodniki<br />
termopary
Camera obscura<br />
camera obscura<br />
Na tylnej ścianie kamery powstaje odwrócony i pomniejszony<br />
obraz.
Aparat fotograficzny<br />
Parametry obiektywu:<br />
powierzchnia światłoczuła<br />
• ogniskowa f;<br />
• apertura (średnica otworu<br />
czynnego) d;<br />
• rozwartość obiektywu d/f (im<br />
większa rozwartość tym jaśniejszy<br />
obiektywu). Teoretyczna granica<br />
rozwartości wynosi 1:0,5;<br />
• kąt widzenia – zwykle około 55°-<br />
60°, w obiektywach<br />
szerokokątnych 130°.<br />
d<br />
f
Głębia ostrości<br />
przysłona
Głębia ostrości<br />
ogniskowa obiektywu
Głębia ostrości<br />
odległość przedmiotu
Kąt widzenia<br />
α<br />
a<br />
f<br />
tan α =<br />
a<br />
2 f<br />
2α – kąt widzenia;<br />
a – przekątna formatu zdjęcia;<br />
f – ogniskowa obiektywu.
Powierzchnie światłoczułe<br />
• błony fotograficzne<br />
• matryce CCD bądź CMOS<br />
Obraz rejestrowany jest na<br />
trzech warstwach filmu<br />
światłoczułego
Matryce światłoczułe<br />
W matrycach światłoczułych wykorzystuje się efekt<br />
fotoelektryczny. Powstający w skutek naświetlania powierzchni<br />
matrycy ładunek elektryczny zamieniany jest na sygnał cyfrowy.<br />
http://chaos.if.uj.edu.pl/~jaqb/edukacja/w07_08/wyklad8.pdf
Analogia wiader z wodą<br />
Za Nicon Microscopy
Czułość spektralna
Matryce światłoczułe<br />
Matryce światłoczułe nie rozróŜniają kolorów. By uzyskać<br />
informację o kolorze stosuje się filtry mozaikowe bądź<br />
warstwowe.<br />
filtr mozaikowy<br />
filtr warstwowy<br />
http://chaos.if.uj.edu.pl/~jaqb/edukacja/w07_08/wyklad8.pdf
Rozdzielczość obrazu<br />
Rodzielczość obrazu rejestrowanego na błonie fotograficznej<br />
zaleŜy od ziarnistości emulsji oraz odblasku od podłoŜa.<br />
W przypadku matryc światłoczułych rozdzielczość jest związana<br />
z liczbą pikseli. Rodzielczość obrazów cyfrowych określa się na<br />
ogół w jednostkach dpi (liczba punktów na cal/dots per inch).<br />
W zaleŜności od kodowania obrazu moŜemy zawrzeć<br />
odpowiednią informację o kolorze piksela.<br />
W jednym bicie informacji moŜemy zakodować 2 1 kolory bądź 2 1<br />
odcienie szarości. W systemie dwubitowym moŜemy zapisać 2 2 =<br />
4 poziomy szarości, w ośmiobitowym – 2 8 = 256 poziomów<br />
szarości. W kolorze 8 bitów na kaŜdy kolor podstawowy rgb<br />
przypada 2 8 poziomów, co daje 2 8 × 2 8 × 2 8 = 16,5 mln kolorów.
Oświetlenie<br />
światło dzienne halogen lampa błyskowa<br />
Przy wykonywaniu zdjęć bardzo istotne jest odpowiednie oświetlenie<br />
fotografowanej powierzchni.<br />
http://chaos.if.uj.edu.pl/~jaqb/edukacja/w07_08/wyklad6.pdf
Fotografia w świetle widzialnym<br />
Fotografię w świetle widzialnym wykorzystuje się w celu<br />
wykonywania reprodukcji dzieł bądź dokumentacji.<br />
Fotografie fragmentów dzieł (detali) wykonuje się w celu<br />
precyzyjnego rozpoznania stylu artysty oraz określenia stanu<br />
zachowania dzieła.<br />
Stosuje się tu następujące techniki:<br />
• makrofotografię – powiększenie przy wykorzystaniu<br />
odpowiednich obiektywów,<br />
• mikrofotografię – powiększenie przy uŜyciu mikroskopu,<br />
mikrofotografię stosuje się równieŜ do badania przekrojów i<br />
szlifów,<br />
• fotografię w świetle bocznym.
Budowa malowidła ściennego<br />
warstwa malarska<br />
tynk końcowy<br />
tynk właściwy<br />
obrzutka tynkowa
Model obrazu<br />
padające<br />
rozproszone<br />
wyemitowane<br />
X<br />
IR VIS UV<br />
IRVIS<br />
UV<br />
IR<br />
VIS<br />
podobrazie<br />
grunt<br />
werniks<br />
warstwa malarska
Fotografia w świetle widzialnym<br />
Technika fotografii w świetle widzialnym pozwala na obserwacje<br />
światła rozproszonego. Dzięki temu moŜna badać stan zachowania<br />
wierzchniej warstwy obrazu (werniksu i najpłytszych obszarów<br />
warstwy malarskiej).
Światło widzialne boczne
Światło widzialne boczne<br />
Vincent va Gogh, Mademoiselle Gachet au jardin<br />
T. Calligaro, Conference New Developments in Photodetection, June 21, 2002
Światło widzialne - makrofotografia
Światło widzialne - makrofotografia<br />
T. Calligaro, Conference New Developments in Photodetection, June 21, 2002
Światło widzialne – makrofotografia w<br />
świetle bocznym<br />
powiększenie od 4 do 10 razy
Światło widzialne - mikrofotografia
Światło widzialne przechodzące
Światło sodowe 592 i 596 nm
Obrazy rentgenowskie<br />
Rentgenografia polega na rejestracji na błonie światłoczułej<br />
cienia badanego przedmiotu umieszczonego między lampą<br />
rentgenowską a błoną.
Promieniowanie UV<br />
X<br />
UV próŜniowy<br />
daleki UV<br />
bliski UV<br />
VIS<br />
4 nm<br />
200 nm<br />
300 nm<br />
400 nm<br />
Bliski UV jest przepuszczany przez zwykłe szkło, co ma znaczenie ze<br />
względu na konstrukcję urządzeń rejestrujących. Daleki UV moŜe być<br />
rejestrowany jedynie przy uŜyciu kosztownej optyki kwarcowej. UV<br />
próŜniowy jest bardzo silnie pochłaniany przez powietrze.<br />
Klasyfikacja medyczna<br />
UV C<br />
UV B<br />
UV A<br />
VIS<br />
bakteriobójczy<br />
opalanie się<br />
stosowany w leczeniu<br />
230 nm<br />
290 nm<br />
320 nm<br />
400 nm
Reflektografia w UV<br />
UV<br />
UV<br />
Powierzchnię obrazu oświetla się promieniowaniem UV, które jest<br />
częściowo absorbowane (pochłaniane) przez warstwy malarskie,<br />
częściowo ulega rozproszeniu i odbiciu. Rejestrujemy<br />
promieniowanie rozproszone i odbite, stąd nazwa techniki –<br />
reflektografia UV.
Rejestracja reflektogramu UV<br />
aparat<br />
fotograficzny<br />
filtr<br />
pochłaniający<br />
VIS<br />
źródło UV<br />
Filtr pochłaniający VIS stosuje się w celu odcięcia promieniowania<br />
widzialnego, które moŜe pojawić się wskutek zjawiska fluorescencji<br />
warstwy malarskiej.
Rejestracja reflektogramu UV<br />
Promieniowanie UV w zakresie od 400 do 320 nm moŜe być<br />
rejestrowane za pomocą zwykłego aparatu fotograficznego ze szklaną<br />
optyką. Optyka kwarcowa pozwala na rejestrację w zakresie od 400 do<br />
250 nm.<br />
Jako źródeł promieniowania uŜywa się rtęciowych lamp wyładowczych<br />
wykonanych ze szkła kwarcowego z filtrem Wooda (320-400 nm).<br />
Maksimum emitowanej mocy promieniowania przypada na 365 nm.<br />
Obrazy rejestruje się na czarno-białych<br />
wysokokontrastowych błonach, które<br />
wywoływane są w wywoływaczach<br />
normalnych bądź kontrastowych.
Rejestracja reflektogramu UV<br />
Aparat fotograficzny do<br />
rejestracji obrazów w<br />
zakresie bliskiego UV<br />
oraz bliskiej podczerwieni
Zastosowania reflektografii w UV<br />
Reflektografia w UV daje informacje o stanie zachowania werniksu<br />
(siatka spękań). Pozwala na uwidocznienie wcześniejszych<br />
ingerencji konserwatorskich. Jaśniejsze obszary zwykle<br />
odzwierciedlają zakres występowania punktowań i przemalowań.<br />
Jest przydatna w identyfikacji białych pigmentów (np. obszary, w<br />
których zastosowano biel cynkową charakteryzują się małą<br />
absorpcją UV dając jasny obszar).<br />
Technika ta jest stosowana równieŜ w badaniach mikroskopowych<br />
do róŜnicowania materiałów obecnych w warstwach malarskich.
Zastosowania reflektografii w UV
Zastosowania reflektografii w UV
Zastosowania reflektografii w UV<br />
Malowidło Chrzest w kościele w Skomlinie. Na reflektogramie widoczne są<br />
obszary przemalowań (1), pierwotnej polichromii (2), punktowań (3) oraz<br />
zastosowania farby uŜytej do scalania warstwy (4).
Luminescencja wzbudzana UV<br />
UV<br />
UV UV UV<br />
VIS VIS VIS VIS<br />
Fluorescencja polega na emisji światła z warstwy malarskiej o<br />
długościach większych niŜ długość światła padającego. Kiedy<br />
oświetlamy powierzchnię obrazu światłem UV (fale krótsze),<br />
to w obszarze widzialnym często daje się zaobserwować<br />
świecenie niektórych jego partii w obszarze widzialnym (fale<br />
dłuŜsze).
absorpcja<br />
S 0<br />
S 1<br />
Diagram Jabłońskiego<br />
stany<br />
singletowe<br />
S 2<br />
T 2<br />
przejścia<br />
międzysystemowe<br />
stany tripletowe<br />
fluorescencja<br />
T 2<br />
fosforescencja<br />
poziomy wzbudzone<br />
poziom podstawowy<br />
Schemat przejść elektronowych odpowiedzialnych za luminescencję
Luminescencja<br />
Czas Ŝycia molekuł we wzbudzonych stanach singletowych jest<br />
krótki, dlatego przejścia fluorescencyjne zachodzą nie później niŜ<br />
10 -8 s po wzbudzeniu. Molekuły w stanach tripletowych pozostają<br />
bardzo długo (do kilkuset sekund), dlatego fosforescencję<br />
obserwuje się po ustaniu wzbudzania (fosforescencja).<br />
JeŜeli do wzbudzania stosujemy światło widzialne, to<br />
fluorescencję zaobserwujemy w obszarze widzialnym. JeŜeli<br />
będziemy oświetlać światłem błękitno-zielonym, to świecenie<br />
fluorescencyjne będzie obserwowane w bliskiej podczerwieni.<br />
Fluorescencja wzbudzana światłem widzialnym nie znajduje<br />
jednak zastosowania w badaniach materiałów malarskich.
Wykonywanie obrazów fluorescencji<br />
aparat<br />
fotograficzny<br />
filtr<br />
pochłaniający<br />
UV<br />
źródło UV<br />
filtr odcinający VIS<br />
Źródło UV zwykle emituje równieŜ w obszarze widzialnym, dlatego<br />
stosuje się zwykle dodatkowe filtry odcinające światło widzialne<br />
emitowane przez lampę UV.
Wykonywanie obrazów fluorescencji<br />
Obrazy fluorescencji rejestruje się na barwnych błonach<br />
fotograficznych o wysokiej czułości. Zalecane są filmy przeznaczone<br />
do zdjęć w świetle dziennym. Czasy ekspozycji są stosunkowo długie,<br />
sięgają kilku minut.<br />
Filtry odcinające UV<br />
Wytwórca Oznaczenie Transmisja od [nm] Uwagi<br />
KODAK Wratten 2B 395 jasnoŜółty<br />
KODAK Wratten 2A 410 jasnoŜółty<br />
KODAK Wratten 2E 420 jasnoŜółty<br />
KODAK Wratten 9 480 Ŝóty<br />
KODAK Wratten 12 510 ciemnoŜółty<br />
SCHOTT GG 420 420 jasnoŜółty<br />
SCHOTT GG495 495 Ŝółty<br />
SCHOTT LP 400 400 filtr interferencyjny<br />
SCHOTT LP 430 430
Zastosowania<br />
Wiele materiałów organicznych wykazuje charakterystyczną<br />
kolorową fluorescencję. Technika ta musi być stosowana<br />
ostroŜnie, bowiem w niektórych materiałach nawet niewielkie<br />
domieszki zmieniają charakterystykę fluorescencji. Na przykład<br />
fluorescencja kalcytu moŜe zmieniać się od pomarańczowej do<br />
niebieskiej.<br />
Pewne substancje mogą mogą wygaszać fluorescencję od innych<br />
materiałów. Na przykład grynszpan stosowany jako laserunek w<br />
malarstwie gotyckim wygasza fluorescencję Ŝywicy mastyksowej<br />
i damarowej. To samo dotyczy ochry i umbry. Dlatego<br />
identyfikacja materiałów na podstawie barwy fluorescencji<br />
wymaga doświadczenia i wyczucia.
Zastosowania – badania pigmentów<br />
Olejne warstwy malarskie pokryte są warstwą werniksu, który<br />
stanowią zestarzone Ŝywice słabo przepuszczające UV. Dlatego<br />
fluorescencja od pigmentów jest obserwowana jedynie w<br />
przypadku akwareli, malarstwa temperowego i ściennego. W<br />
przypadku obrazów olejnych naleŜy zdjąć warstwę werniksu.
Pigmenty niebieskie<br />
Błękit egipski<br />
Azuryt naturalny<br />
Błękit górski<br />
Błękit ftalocyjaninowy<br />
Indygo<br />
Błękit kobaltowy<br />
Błękit pruski<br />
Smalta<br />
purpurowy<br />
ciemnoniebieski<br />
ciemnopurpurowy<br />
brak fluorescencji<br />
ciemnopurpurowy<br />
czerwony<br />
brak fluorescencji<br />
jasnopurpurowy
Pigmenty zielone<br />
Zieleń ziemna<br />
Zieleń ftalocyjaninowa<br />
Zieleń chromowa<br />
jasnobłękitna<br />
brak fluorescencji<br />
ciemnoczerowna
Pigmenty czerwone<br />
Czerwień kadmowa czerwony<br />
Kraplak<br />
Alizaryna<br />
Ŝółty<br />
brak fluorescencji<br />
Czerwień ołowiowa ciemnoczerwony<br />
Czerwona ochra<br />
Cynober<br />
brak fluorescencji<br />
czerwony
Pigmenty białe<br />
Biel ołowiowa<br />
Siarczek cynku<br />
Biel cynkowa<br />
Kreda naturalna<br />
Gips<br />
Biała glinka<br />
brązowo-róŜowa<br />
pomarańczowy<br />
jasnozielona<br />
ciemnoŜółta<br />
fioletowy<br />
czerwono-fioletowa
Pigmenty Ŝółte<br />
Aurypigment<br />
śółcień chromowa<br />
śółcień kadmowa<br />
śółta ochra<br />
śółcień cynkowa<br />
jasnoŜółty<br />
czerwona<br />
jasnoczerwona<br />
brak danych<br />
jasnoczerwona
Zastosowania – badania spoiw<br />
Spoiwa w malarskie olejnym (Ŝywice naturalne, gumy, kleje)<br />
wykazują charakterystyczną fluorescencję. Jej natęŜenie i barwa<br />
zaleŜy silnie od wieku warstw. Fluorescencja od świeŜych<br />
werniksów ma kolor jasnobłękitny, od starych intensywny zielony.
Fluorescencja spoiw - suplement<br />
Spoiwo<br />
olejne<br />
tempera jajowa<br />
kazeina<br />
guma arabska<br />
damara, mastyks<br />
szelak<br />
mowilith<br />
paraloid<br />
plexisol<br />
Fluorescencja<br />
średnie natęŜenie, Ŝółte zabarwienie<br />
słabe natęŜenie, jasnobłękitny kolor<br />
brak fluorescencji<br />
brak fluorescencji<br />
silna fluorescencja, odcień Ŝółtozielony<br />
silna fluorescencja, barwa Ŝółtobrązowa<br />
brak fluorescencji<br />
brak fluorescencji<br />
brak fluorescencji
Fluorescencja w kolorze<br />
Ŝółtym<br />
śywice
Zastosowania – badanie ingerencji<br />
Retusze bądź przemalowania uwidaczniają się jako ciemne<br />
obszary na zielonkawej warstwie werniksu. Wraz z wiekiem<br />
obszary ingerencji równieŜ zaczynają wykazywać fluorescencję.<br />
Po 80-100 latach są one trudne do rozróŜnienia. Dlatego<br />
całkowicie jednorodna fluorescencja z powierzchni obrazu nie<br />
musi oznaczać idealnego stanu zachowania oryginalnej warstwy, i<br />
konieczne jest wykonanie dodatkowych badań, np. rejestracji<br />
rentgenogramów.
Badania sygnatur<br />
Oryginalne inskrypcje znajdują się pod warstwą werniksu, zatem<br />
nie powinna być widoczna ich fluorescencja. Jeśli jest inaczej,<br />
muszą one leŜeć na wierzchniej warstwie werniksu bądź zostać<br />
odkryte wskutek działania rozpuszczalników organicznych (co jest<br />
łatwe do zauwaŜenia).
Tkaniny<br />
Bardzo wiele naturalnych i syntetycznych barwników tkanin<br />
wykazuje charakterystyczny kolor fluorescencji. Dlatego wszelkie<br />
zabiegi restauratorskie są łatwo rozpoznawalne.
Fluorescencja wtórna<br />
Przykładem zastosowania fluorescencji wtórnej jest zastosowanie<br />
substancji fluorescencyjnych do badania mikrospękań w obiektach<br />
metalowych (metale nie wykazują fluorescencji). Spękania mogą<br />
zostać zaimpregnowane substancją penetrującą z dodatkiem<br />
fluorochromu. Nadmiar fluorochromu moŜna usunąć za pomocą<br />
odpowiedniego rozpuszczalnika. Po oświetleniu obiektu<br />
promieniowaniem UV uwidocznione zostaną wszystkie spękania.
Przykłady
Przykłady<br />
obraz olejny - werniks
Przykłady<br />
światło widzialne<br />
fluorescencja wzbudzana UV<br />
Sapientia Dei, obraz na desce
Przykłady – malowidło ścienne<br />
światło widzialne<br />
fluorescencja wzbudzana UV<br />
Malowidło ścienne Zdjęcie z krzyŜa, Katedra Św. Św. Janów w Toruniu
Przykłady - tempera<br />
światło widzialne<br />
fluorescencja wzbudzana UV
Przykłady<br />
VIS fluorescencja VIS fluorescencja<br />
Św. Barbara<br />
Archanioł Gabriel<br />
Malowidła z ołtarza w Katedrze we Włocławku
Change language