Conservación de arte mediante electroquímica

Preservar y proteger el arte de cualquier daño puede ser un asunto complicado. Los conservadores se esfuerzan por encontrar un equilibrio entre proteger el artefacto y conservar la intención artística original. Afortunadamente, existe un gran conjunto de herramientas científicas para ayudar a los conservadores a analizar todo, desde la composición de los pigmentos hasta la edad de los artefactos, guiando los métodos de preservación. Encontrar técnicas no destructivas puede ser un desafío, pero soluciones sorprendentes como la electroquímica ofrecen contribuciones vitales a la conservación del arte. Aquí destacamos tres casos que muestran el papel de la electroquímica en la protección del arte para las generaciones futuras.

Se cubrirán los siguientes temas (haga clic para ir directamente a cada uno):

Controlar la corrosión de recubrimientos mediante técnicas electroquímicas.
Limpieza y restauración de obras de arte con electroquímica.
Espectroscopía Raman electroquímica de superficie mejorada (EC-SERS) para análisis de pigmentos no destructivos

Controlar la corrosión de recubrimientos mediante técnicas electroquímicas

Es bien conocida la aplicación de la electroquímica a la ciencia de la corrosión. Entre otras cosas, abarca la aplicación y estudio de diferentes recubrimientos sobre metales para mejorar su resistencia a la corrosión.

Se puede aplicar un enfoque similar que utiliza las técnicas de resistencia a la polarización (PR) y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) a artefactos metálicos de importancia histórica y cultural propensos a la corrosión. Una alta resistencia a la polarización indica una mejor protección contra la corrosión. La principal diferencia entre esta aplicación y la de los estudios de corrosión industrial más típicos es el hecho de que el recubrimiento debe conservar una apariencia estética agradable (es decir, ser lo más transparente posible) [1].

Un estudio electroquímico realizado en Bolonia, Italia, comprobó la eficacia de varios recubrimientos en una muestra de bronce dorado al fuego.2]. Mediante análisis electroquímicos se determinó la velocidad de corrosión en diferentes condiciones de laboratorio. Esta prueba se amplió a condiciones del mundo real para determinar cómo los diversos recubrimientos aplicados podrían afectar la corrosión de un artefacto real. En este caso, la muestra analizada sirvió como réplica de las Puertas del Paraíso (Figura 1) [2]. También se muestra en Figura 1 es un circuito equivalente típico para un metal en un ambiente corrosivo y un diagrama de Nyquist que se pueden utilizar juntos para estimar la resistencia a la polarización.

Figure 1. Izquierda: Puertas del Paraíso del escultor Lorenzo Ghiberti, un par de puertas de bronce dorado instaladas en el Baptisterio de Florencia. Derecha: el ajuste de los datos EIS con el circuito equivalente correcto permite estimar Rp, la resistencia de polarización.

EIS también se ha utilizado en estatuas de bronce para probar la estabilidad electroquímica (resistencia a la corrosión) tanto del bronce subyacente como de la pátina que a menudo se forma en ambientes urbanos corrosivos.3]. En este caso, la espectroscopia Raman y las técnicas de espectroelectroquímica con guiones (leer más abajo) se han vuelto invaluables para determinar la composición química de la pátina. Ambas técnicas (EIS y Raman) también se han aplicado para estudiar la composición de las pátinas formadas en monedas de bronce antiguas [4].

Limpieza y restauración de obras de arte con electroquímica

Parte del trabajo de un conservador implica restaurar los artefactos dañados a su condición original, o lo más cerca posible de ella. Esto suele implicar una limpieza abrasiva o la inmersión en soluciones de limpieza química. Sin embargo, esto no siempre es posible, especialmente cuando el artefacto tiene detalles intrincados.

El Museo Rijksmuseum en Amsterdam se encontró con un problema de este tipo. Para preservar sus artefactos únicos, el museo emplea un equipo de conservadores especializados en diversos materiales, incluidos metales como la plata. Entre este equipo se encuentra Joosje van Bennekom, un conservador de metales experimentado que enfrentó el desafío de restaurar un delicado adorno de mesa de plata realizado en 1549 por Wenzel Jamnitzer (Figura 2).

El deslustre, un problema común con la plata, ocurre cuando la plata reacciona con compuestos de azufre en el aire, formando sulfuro de plata (Ag₂S) y creando el típico color negro asociado con el deslustre. Los métodos tradicionales de eliminación del deslustre corrían el riesgo de dañar la intrincada obra de arte, lo que motivó el desarrollo de una solución innovadora: un lápiz electrolítico. Esta herramienta, perfeccionada gracias a la colaboración con investigadores e ingenieros, permite una limpieza precisa y localizada de superficies plateadas deslustradas sin riesgo de sufrir daños.

Figure 2. De izquierda a derecha: el adorno de mesa de plata que había que limpiar, una réplica de los detalles realizados para probar el prototipo del lápiz electrolítico y la limpieza de una de las piezas del tesoro de la abadía de Saint-Maurice d'Agaune.

El lápiz electrolítico aborda este desafío ofreciendo un proceso de limpieza localizado y controlado. Utiliza electrólisis para reducir selectivamente el sulfuro de plata, restaurando la superficie sin dañar las delicadas estructuras de la obra de arte. A pesar de enfrentar desafíos técnicos iniciales, incluidos problemas de estabilidad y fugas, el lápiz ha demostrado su eficacia en la restauración de platería medieval en la abadía de Saint-Maurice d'Agaune en Suiza (Figura 2). Con su éxito documentado en línea y su diseño disponible gratuitamente, el lápiz electroquímico se ha aplicado desde entonces a una variedad de otros artefactos [5,6].

Espectroscopía Raman electroquímica de superficie mejorada (EC-SERS) para análisis de pigmentos no destructivos

La espectroscopia Raman se ha convertido en una poderosa técnica en la conservación del arte. [7]. La espectroscopia Raman tradicional implica hacer brillar un láser sobre una muestra y analizar la luz dispersada para identificar vibraciones moleculares características de materiales específicos. Esta técnica se ha empleado ampliamente para analizar pigmentos, tintes, barnices y otros materiales orgánicos e inorgánicos utilizados en obras de arte. Siempre que la potencia del láser sea regulable, su naturaleza no destructiva lo hace particularmente valioso para examinar objetos delicados o irremplazables.

Obtenga más información sobre la espectroscopia Raman en nuestra serie de blogs.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre la espectroscopia Raman: teoría y uso

La señal Raman inherentemente débil a menudo dificulta la detección de ciertos compuestos. Un área de avance dentro de la espectroscopia Raman es el desarrollo de la espectroscopia Raman de superficie mejorada (SERS) y también la espectroscopia Raman de superficie mejorada electroquímica con guiones (EC-SERS). EC-SERS combina los principios de la espectroscopia Raman con la electroquímica para mejorar la intensidad de la señal y la sensibilidad del espectro Raman.

Lea los artículos de nuestro blog relacionados para obtener más información sobre SERS y EC-SERS.

Raman vs SERS… ¿Cuál es la diferencia?

Espectroelectroquímica Raman de la India a España: Historia y aplicaciones

Un estudio publicado por investigadores de América del Norte se centra en la identificación de componentes polifenólicos en pigmentos lacustres amarillos, que se utilizan comúnmente en pinturas y otras obras de arte.8]. Los métodos tradicionales para analizar estos pigmentos suelen requerir pasos de separación complejos. EC-SERS, sin embargo, permite el análisis directo de estos pigmentos sin necesidad de separación, aportando valor añadido como herramienta para la conservación del arte.

Los investigadores demuestran la eficacia de EC-SERS analizando compuestos polifenólicos individuales, una mezcla de tinte modelo y dos pigmentos de laca amarillos reales: lago reseda y estilo de grano (figura 3). Al aplicar un voltaje al sustrato SERS, pueden detectar selectivamente diferentes componentes colorantes en los pigmentos. Esto les permite identificar la presencia de múltiples polifenoles en cada pigmento, lo que sería difícil o imposible de lograr con métodos tradicionales.

Figure 3. El color del estilo de grano y los compuestos polifenólicos que componen muchos de los pigmentos y tintes amarillos utilizados en las obras de arte de artistas clásicos como Rembrandt. Abajo a la izquierda: un sistema EC-Raman con guión de Metrohm Autolab.

Los resultados del estudio resaltan el potencial de EC-SERS como una poderosa herramienta para la conservación del arte. Al proporcionar un método sensible, selectivo y no destructivo para analizar pigmentos naturales, EC-SERS puede ayudar a los conservadores a comprender y preservar mejor las obras de arte.

Conclusión

La electroquímica ha demostrado ser una parte valiosa del conjunto de herramientas analíticas para los conservadores/restauradores de arte. Varios otros ejemplos de aplicaciones respaldan este punto. Estos incluyen VIMP (voltametría de partículas inmovilizadas) que identifica pinturas, aceites e imprimaciones a través de sus firmas redox en la escala ng [9]. La firma electroquímica de los materiales componentes también se ha utilizado como método para datar con precisión los artefactos y también para autentificarlos como originales.10].

La adopción generalizada de estas técnicas requerirá colaboración y, a medida que aumente el interés, las técnicas seguramente serán más accesibles para los no expertos.

[1] Canó, E.; Bastidas, D. METRO.; Argyropoulos, V.; et al. Caracterización electroquímica de recubrimientos orgánicos para la protección de artefactos históricos de acero. J. Electroquímica de estado sólido. 2010, 14 (3), 453–463. DOI:10.1007/s10008-009-0907-1

[2] Chiavari, C.; Bernardi, E.; Balbo, A.; et al. Corrosión atmosférica del bronce dorado al fuego: corrosión y protección contra la corrosión durante pruebas de envejecimiento acelerado. Corros. Ciencia. 2015, 100, 435–447. DOI:10.1016/j.corsci.2015.08.013

[3] Mikić, D.; Otmačić Ćurković, H.; Kosec, T.; et al. Un estudio electroquímico y espectroscópico de superficies de esculturas de bronce expuestas al entorno urbano. Materiales 2021, 14 (8), 2063. DOI:10.3390/ma14082063

[4] Serghini-Idrissi, M.; Bernardo, M. C.; Harrif, F. Z.; et al. Caracterizaciones electroquímicas y espectroscópicas de pátinas formadas en una moneda de bronce arqueológica. Acta electroquímica 2005, 50 (24), 4699–4709. DOI:10.1016/j.electacta.2005.01.050

[5] Ricota, N.; Cagnini, A.; Degrigny, C. Análisis de deslustre heterogéneo en aleaciones a base de plata utilizando Pleco para limpieza electrolítica local controlada. En METAL2022; Helsinki, Finlandia, 2022.

[6] Ricota, N.; Degrigny, C.; Cagnini, A.; et al. Diseño de un procedimiento de limpieza adecuado para los elementos de plata deslustrados del busto relicario de Santa Vittoria, Museo Diocesano de Agrigento, Sicilia. En METAL2019; Neuchâtel, Suiza, 2020.

[7]Vieira, M.; Meló, M. J.; Conti, C.; et al. Un enfoque combinado para la caracterización vibratoria de pinturas medievales sobre pergamino: espectroscopia Raman portátil y Micro-SORS. J. Espectros Raman. 2024, 55 (2), 263–275. DOI:10.1002/jrs.6632

[8] M. Eisnor, M.; r. McLeod, K. MI.; Bindesri, S.; et al. Espectroscopía Raman electroquímica de superficie mejorada (EC-SERS): una herramienta para la identificación de componentes polifenólicos en pigmentos de lacas naturales. Física. Química. Química. Física. 2022, 24 (1), 347–356. DOI:10.1039/D1CP03301H

[9] Šatović, D.; Martínez, S.; Bobrowski, A. Identificación electroquímica de productos de corrosión en bronces históricos y arqueológicos mediante voltamperometría de micropartículas adheridas a un electrodo de pasta de carbono. Talanta 2010, 81 (4), 1760-1765. DOI:10.1016/j.talanta.2010.03.037

[10] Doménech-Carbó, A. Datación electroquímica: una revisión. J. Electroquímica de estado sólido. 2017, 21 (7), 1987–1998. DOI:10.1007/s10008-017-3620-5

Más información

Espectroelectroquímica combinada con otras técnicas

Nota de aplicación: Corrosión parte 3 – medición de la resistencia a la polarización

Nota de aplicación: Corrosión parte 4 – modelos de circuito equivalente

Nota de aplicación: Determinación de la velocidad de corrosión con INTELLO

Nota de aplicación: Monitoreo de la oxidación de ferrocianuro usando EC-Raman con guiones

Nota de aplicación: Utilizando EC-Raman con guiones para estudiar un sistema modelo

Webinar: Métodos electroquímicos no destructivos para pruebas de corrosión.

Espectroscopía electroquímica-Raman con guiones: otra dimensión para su investigación

Este documento técnico sirve como introducción a los principios básicos de la espectroscopia Raman y profundiza en la combinación de técnicas electroquímicas con la espectroscopia Raman como medio para comprender mejor los procesos electroquímicos. Se proporcionan ejemplos de la literatura reciente para ilustrar el poder de EC-Raman con guiones.

Autor

Dr. James Taylor

Application Scientist and Area Manager
Metrohm Autolab, Utrecht, The Netherlands