Materialanalyse und Materialbeständigkeit

Akademie der bildenden Künste Wien

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Sonstige Forschungsinfrastruktur

Kurzbeschreibung

Zur Bestimmung der materiellen Zusammensetzung eines Kunstwerkes werden in erster Linie sogenannte zerstörungsfreie Methoden eingesetzt, welche eine Materialanalyse ohne Probenahme und Veränderung am Objekt ermöglichen. Durch den Einsatz portabler Geräte ist in vielen Fällen möglich auch eine nicht-invasive Materialanalyse, also eine Bestimmung der chemischen Zusammensetzung direkt in Sammlungen oder bei archäologischen Fundstätten, durchzuführen. Dadurch können z.B. Transport oder Klimaveränderungen für die kunst- und kulturgeschichtlichen Werke vermieden werden. Dafür werden im Institut die portablen Geräte sowie Methoden der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) sowie der UV-Vis-, Fourier transform infrarot- (FTIR) und Raman-Spektroskopie verwendet.

Wenn durch die Komplexität eines Kunstobjektes und der verwendeten Materialien eine Probenentnahme notwendig ist, stehen zur Analyse weitere FTIR und Raman Laborgeräte zur Verfügung. Auch Pyrolyse-Gaschromatografie Massenspektrometrie (Py-GC/MS) wird speziell zur genauen Bestimmung der organischen Materialien, wie Bindemittel, Kunststoffe und Additive verwendet.

Im Rahmen der Untersuchungen von Materialstabilität und Degradation werden Alterungs-UV-Lichtkammern verwendet.

Ansprechperson

Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Katja Sterflinger

Research Services

Nicht-invasive Materialanalyse, Identifizierung von Pigmenten, Bindemitteln, Korrosionsprudukten etc. direkt in Sammlungen oder bei archäologischen Fundstätten, um Transport oder Klimaveränderungen für die kunst- und kulturgeschichtlichen Werke zu vermeiden.

Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur

Mikroskopie
Durchlicht- und Auflicht-Mikroskope zur Charakterisierung des Malschichtaufbaus bei Gemälden, polychromierten Skulpturen, Wandmalereien etc.;
Identifizierung von Pigmenten, Korrosionsprodukten von Metallen und Metalllegierungen;
Faserbestimmungen von Papier und Textilien

Für die nicht-invasive Materialanalyse mitttels RFA (Röntgenfluoreszenzanalyse), UV/Vis-, FTIR (Infrarot-) und Raman Spektroskopie stehen mehrere Geräte zur Verfügung:

UV/Vis Spectroscopy
- TIDAS MSP400 microscope spectrometer (J&M Analytik AG, Germany)
Optical fiber coupling to Axioplan 2 microscope for reflection and transmission measurement of micro samples (Carl Zeiss Microscopy GmbH, Germany)
Fiber-optic probe for reflection measurements designed and built at the Institute of Science and Technology in Art.
- SpectroEye handheld spectrophotometer for color measurements (X-Rite GmbH, Switzerland)

FTIR Spectroscopy
- ALPHA with transmission and reflection module, µ-ATR (Diamond crystal), DTGS detector (BRUKER Optik GmbH, Germany)
- LUMOS with integrated microscope, works in reflection and ATR (Germanium crystal) mode, MCT detector (BRUKER Optik GmbH, Germany)

Raman Spectroscopy
- Portable Raman, EZRAMAN-L-DUAL wavelength analyzer (Enwave Optronics, USA), equipped with two lasers: 785 nm (350mW) and 532 nm (50mW), fiber optics, integrated microscope with 1.3 Mpixel camera, in-Line LED illumination, Leica objectives, and Peltier cooled CCD detector (-60 °C).
- LabRAM ARAMIS (HORIBA Jobin Yvon GmbH, Germany) coupled with BXFM microscope (Olympus, Japan); lasers: 633 nm (17 mW), 532 nm (50 mW), 785 nm (80 mW), and CCD detector (1024x256, Peltier cooled -70 °C) in the backscattered configuration.

XRF (X-ray Fluorescence)
- Spectro xSort (Spectro Analytical Systems, Germany): handheld instrument, spot size of the beam = 7 mm, Ag-tube max. voltage 40 kV. www.spectro.com
- Elio (XGLab, Italy): a portable instrument specially designed for the analysis of art and archaeological objects, a spot size of the beam: 1 mm, Rh-tube with max. power of 4 W, max. voltage 50 kV. www.xglab.it

Py-GC/MS
-GC/MS QP2010 Plus (Shimadzu, Japan) combined with pyrolyzer PY-2010iD (Frontier Lab, Japan)
Small samples (mg) are required for that type of analysis - mainly organic compounds.

QCM
Quartz Crystal microbalance - INFICON, detection of mass changes <0.4 ng/cm2

Für die künstliche Bewitterung von Mock-ups stehen folgende Geräte zur Verfügung:

- UV Light chamber UVACUBE 400_SOL500 (Hönle Group, Germany) for solar simulation.
Glass filters: "H1" (>315 nm) and "H2" (>295 nm)
- UV Light chamber SOL2 500S (Dr. Hönle AG, Germany) for solar simulation with "H2" filter glass: simulation of natural sun light in the range from approx. 295 nm - 3000 nm.

Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Katja Sterflinger
Institut für Naturwissenschaften und Technologie in der Kunst
+43 1 58816 8600
k.sterflinger@akbild.ac.at
https://www.akbild.ac.at/Portal/institute/naturwissenschaften-und-technologie-in-der-kunst/fachbereiche/materialanalyse-in-der-bildenden-kunst
Bei Interesse bitte Kontaktaufnahme (siehe Kontakt).
1) SO2- and NOx- initiated atmospheric degradation of polymeric films: Morphological and chemical changes, influence of relative humidity and inorganic pigments. 2021. L. Pagnin, R. Calvini, R. Wiesinger, M. Schreiner: Microchemical Journal 164 (2021) 106087. https://doi.org/10.1016/j.microc.2021.106087

2) Photodegradation Kinetics of Alkyd Paints: The Influence of Varying Amounts of Inorganic Pigments on the Stability of the Synthetic Binder. 2020. L. Pagnin, R. Calvini, R. Wiesinger, J. Weber, M. Schreiner: Front. Mater. 7:600887. doi: 10.3389/fmats.2020.600887

3) Vietnamese Lacquer in Europe – Comprehensive Multi-Analytical Investigations on the Panel Paintings “The Return of the Hunters” of Jean Dunand. 2019. V. Pintus, A. J. Baragona, K. Wieland, M. Schilling, S. Miklin-Kniefacz, C. Haisch, M. Schreiner: Scientific Reports - Nature

4) Azurite in medieval illuminated manuscripts: a reflection-FTIR study concerning the characterization of binding media. 2019. W. Vetter, I. Latini, M. Schreiner: Heritage Science 7 Article number: 21.
https://doi.org/10.1186/s40494-019-0262-1

5) Pigment and Binder Concentrations in Modern Paint Samples Determined by IR and Raman Spectroscopy. 2018. R. Wiesinger, L. Pagnin, M. Anghelone, L.M. Moretto, E.F. Orsega, M. Schreiner: Angewandte Chemie 57 7401-7407.
https://doi.org/10.1002/anie.201713413

6) Spectroscopic methods for the identification and photostability study of red synthetic organic pigments in alkyd and acrylic paints. 2018. Marta Anghelone, Valentin Stoytschew, Dubravka Jembrih-Simbürger, Manfred Schreiner: Microchemical Journal 139 (2018) 155-163.

7) Raman Spectroscopy for the Material Analysis of Medieval Manuscripts. 2018. Cappa, B. Fruehmann, M. Schreiner: Nanotechnologies and Nanomaterials for Diagnostic, Conservation, and Restoration of Cultural Heritage 127–148.
ISBN: 978-0-12-813910-3
https://www.elsevier.com/books/nanotechnologies-and-nanomaterials-for-diagnostic-conservation-and-restoration-of-cultural-heritage/lazzara/978-0-12-813910-3

8) Multianalytical Approach for the Analysis of the Codices Millenarius Maior and Millenarius Minor in Kremsmuenster Abbey.. 2018. B. Frühmann, F. Cappa, W. Vetter, M. Schreiner: Heritage Science 6:10 and 6:34.