Feliz verano

Desde el blog Ciencia y Restauración os deseo a tod@s unas felices vacaciones y un feliz verano, en los que disfrutéis y desconectéis, y os agradezco de nuevo vuestro seguimiento. Yo, por mi parte, volveré a publicar el 31 de agosto. 

Como estampa veraniega ligada al Patrimonio, os dejo una preciosa fotografía de la Catedral de Cádiz (acabada en noviembre de 1838) con el mar de fondo. 

Nos vemos a la vuelta.

Un abrazo a tod@s.

Catedral de Cádiz (Cadizturismo).

Innovación en la Ciencia aplicada a la Restauración (III)

Termino hoy esta entrada comenzando por otro tema que traté hace poco en el blog: el de la biorrestauración. El grupo de investigación de la bióloga Pilar Bosch, de la Universidad Politécnica de Valencia, ha comenzado a utilizar bacterias para retirar costras inorgánicas y colas animales de frescos. Debido a que las bacterias puedenproducir un amplio abanico de enzimas, pueden enfrentarse a problemas complejos de limpieza, metabolizando compuestos orgánicos e inorgánicos y transformándolos en ácido sulfhídrico, nitrógeno molecular o dióxido de carbono. Durante los últimos diez años, este método ha sido aplicado con éxito en lugares de importancia relevante, incluyendo el Camposanto de Pisa (Italia), un cementerio del s. XIII supuestamente construido alrededor de un cargamento de tierra traída desde Jerusalén en la época de las Cruzadas. Está decorado con muchos frescos que estaban seriamente dañados.

Aplicación de las bacterias en los frescos.

Pilar Bosch trabajó con un equipo de microbiólogos, químicos y restauradores para desarrollar el tratamiento. Dice que comenzaron en el laboratorio de microbiología: "Tenemos que encontrar los microorganismos que puedan metabolizar las sustancias que queremos limpiar sin que dañen la obra de arte". Todas las bacterias probadas son inocuas y no forman esporas. A lo largo de diferentes proyectos, Bosch probó diversas cepas de las bacterias nitratoreductoras Pseudomonas stutzeri, que habitualmente se encuentran en el suelo y en el agua. Las cepas escogidas fueron capaces de retirar las costras de nitrato y las colas animales cuando se aplicaron en gel agar y se dejaron por un período comprendido entre varias horas y varios días. Bosch dice que no hay signos de problemas con los frescos tratados hace diez años y, aunque a veces aparece alguien con miedo de utilizar las bacterias, el interés por este método está creciendo, con muchas compañías investigando en cómo fabricar un kit comercial. Además, su equipo está investigando otras aplicaciones, como quitar el pegamento del papel.

Terminamos este repaso a la historia de la Ciencia aplicada a la Restauración hablando de los problemas de conservación de las pinturas acrílicas. La introducción de los tintes orgánicos en el s. XIX, seguidos por las pinturas basadas en polímeros acrílicos en el s. XX ha supuesto, según dicen, una cuenta atrás para la detonación de una bomba de relojería en lo que a la conservación se refiere (a conservation time-bomb ticking). La supervivencia de los colores en el arte del Renacimiento se debe a la estabilidad química de los pigmentos inorgánicos utilizados, pero este no es el caso de las pinturas acrílicas modernas. Mientras la dimensión del problema aún no está clara, parece que en algunos cientos de años los tintes sintéticos se habrán descolorido y los aglutinantes plásticos se habrán despolimerizado, volviéndose algo pulverulento. "Siendo provocativos, podemos decir que si entrases en el MoMA de Nueva York dentro de 100 años, estaría vacío, porque todo lo que está dentro se habría degradado completamente.", dice Baglioni.

Baglioni está empezando a trasladar sus conocimientos en microemulsiones a este problema aún sin resolver. Dice que la química de estos procesos es compleja, que tiene algunas ideas a cerca de cómo revertir la degradación química y esperanzas para desarrollar en el futuro geles que permitan reformular la composición original. La Tate Gallery también trabaja en esta línea a través de la doctora Bronwyn Ormsby.

La doctora Ormsby trabajando con GC/MS en el análisis de polímeros.

Un número importante de los métodos innovadores descritos se han convertido en prácticas estandarizadas dentro del campo de la Conservación. La limpieza por láser está establecida y las nanopartículas de Baglioni se comercializan, pero tal y como su propio nombre indica, la Conservación es un campo muy conservador y la adopción de nuevas técnicas rara vez se hace de forma veloz. Siano describe una 'inercia natural' en los conservadores y restauradores, responsable de realentizar la adopción de de los métodos de ablación láser, mientras que Baglioni afirma que "a veces es fácil", siempre que haya una necesidad urgente, como por ejemplo la remoción de un polímero.

El artículo termina con una frase de Ormsby: "Las obras de arte son únicas y valiosas, así que necesitamos asegurar que lo que hacemos - si se está retirando algo o añadiendo algo - se guía por la ética de la Conservación y supera la prueba del tiempo". Siguiendo este camino, aún tenemos la esperanza de que el arte moderno hecho en acrílico dure tanto como los frescos de la Capilla Sixtina.

Innovación en la Ciencia aplicada a la Restauración (II)

Retomo hoy la entrada que comencé la semana pasada (y, finalmente, acabaré la próxima). Continuamos ahora con la limpieza mediante el uso de láser. Como ya comenté en septiembre, los depósitos de suciedad superficiales se pueden retirar mediante láser. Esta técnica se utilizó por primera vez en los 70 para quitar la tan indeseada costra negra, formada por yeso y suciedad ambiental, de edificios y esculturas.

Remoción de suciedad mediante láser.

Inicialmente se trataba de un método muy caro, y no fue hasta principios de los 90 cuando su uso se extendió a otros materiales como bronces dorados y frescos. Fue entonces cuando el físico italiano Salvatore Siano (Istituto di Fisica Applicata 'Nello Carrara') desarrolló un método que reducía la frecuencia de los pulsos hasta los nanosegundos. Esto permitió hacer esta metodología más segura para el material sustrato. La limpieza por láser se basa en que éste limpia por aplicación de calor y expansión de la superficie, causando "pulsos de presión" que actúan como una aspiradora y que despegan la suciedad del material. Si hay agua entre las capas, su vaporización puede fracturar el material. Los pulsos más cortos favorecen los efectos debidos a la presión, mientras que los pulsos más largos favorecen aquéllos debidos a la temperatura. Seleccionando cuidadosamente el pulso apropiado, el láser eliminará las incrustaciones y la suciedad mientras el material sustrato queda sin dañar.

Eliminación de la suciedad acumulada durante siglos en las Puertas del Paraíso del baptisterio de Florencia (Salvatore Siano)

El equipo del dr. Siano también empezó a utilizar el láser para la limpieza de frescos. Algunos de los más interesantes fueron los de las catacumbas de Santa Tecla, en Roma. Algunas de las primeras pinturas cristianas habían quedado ocultas tras una dura costra calcárea. Siano aseguró que era un problema de conservación que no se podía resolver con las técnicas tradicionales y el láser terminó descubriendo los iconos más antiguos de los apóstoles Pablo, Pedro, Juán y Andrés en el techo de una tumba del siglo IV.

Otro de los grandes avances que ha tenido la Ciencia aplicada a la Restauración es en el campo de la nanotecnología de la mano del químico especialista en coloides Piero Baglioni (Universidad de Florencia). La "historia" comenzó cuando se enfrentó al reto de retirar cera de abeja de los frescos de la capilla Brancacci, en Florencia. Las soluciones tradicionales no estaban funcionando debido a la porosidad de la superficie; tal y como Baglioni comenta "si solubilizas la cera, penetra más aún en las paredes". Baglioni hizo una microemulsión: una mezcla de disolventes orgánicos y agua estabilizada con un surfactante que actúa como interfase entre el agua y la fase orgánica. Ésta forma en la microemulsión gotas de entre 5 y 15 nm de tamaño, creando un amplísima área para actuar como detergente, disolviendo en este caso la cera.

Baglioni ha seguido trabajando con el paso de los años en microemulsiones aplicadas al mundo de la Conservación y Restauración de Bienes Culturales hasta hacer una estructura conocida como "micela hinchada" (swollen micelle), en las que las moléculas de disolvente se encuentran tanto en fase acuosa como en fase orgánica. Éste es un sistema que ha demostrado ser el más versátil a la hora de retirar un amplio rango de polímeros. Baglioni sugiere que las moléculas de disolvente disueltas en agua primero se difunden en el recubrimiento del polímero para hincharlo y romperlo y después, la difusión del disolvente en nanogotas permite la ruptura total y separación del polímero.

En el sistema de limpieza de Baglioni, una micela porta las moléculas de disolvente hasta la capa no deseada de polímero y lo retira.

Baglioni también ha sido pionero en el uso de nanopartículas para reparar frescos deteriorados. Los artistas, generalmente, pintaban directamente en el hidróxido cálcico húmedo, que reacciona con el dióxido de carbono atmosférico para formar carbonato cálcico (calcita). Durante siglos, la contaminación y la humedad han provocado que esta capa de carbonato se rompa y las sales de sulfato, nitrato y cloruros que están dentro de las paredes entran en ciclos de recristalización que acaban deteriorando la superficie de la pintura. Pues bien, Baglioni estaba seguro de que las nanopartículas mejorarían los métodos de conservación tradicionales. "Se nos ocurrió que si poníamos hidróxido cálcico de nuevo en las pinturas, se podría reformar el carbonato cálcico in situ." Este tratamiento consiste en inyectar hidróxido cálcico en nanopartículas disperso en alcohol y su pequeño tamaño (10-100 nm) les permite penetrar varios centímetros dentro de los frescos y poco a poco rehacer la capa que había desaparecido.

Ciclo de la cal (estucos.es).

Baglioni, que también ha sido pionero en utilizar las nanopartículas en pintura sobre lienzo o en celulosa, explica que "Dependiendo de la velocidad que se quiera para la formación de calcita, se juega con el tamaño de la partícula." Las partículas más pequeñas tendrán unos tiempos de reacción más rápidos (a menor tamaño, mayor superficie para reaccionar).

Innovación en la Ciencia aplicada a la Restauración (I)

Aprovecho la última entrada del curso (dividida en tres) para compartir con vosotros una publicación (en inglés) de la página Chemistry World dedicada al mundo de la Restauración de bienes culturales. 

Este artículo, en el que se habla de científicos que han tenido un protagonismo notable en el mundo de la Ciencia aplicada a la Restauración, comienza con la veterana Joyce Townsend, científica en la Tate Gallery de Londres,  que nos cuenta cómo siempre se abre un debate entre conservadores, restauradores y científicos, planteándose qué es absolutamente necesario hacer. También nos habla de los principios éticos de la restauración: que lo que se haga no dañe la obra y que sea reversible".

En muchas ocasiones, los restauradores se encuentran con daños causados por tratamientos de restauración hechos en el pasado. A veces las técnicas de conservación usadas hace años parecen hoy una verdadera brutalidad. Por ejemplo, la Capilla Sixtina se restauró en los siglos XVII y XVIII mediante el uso, entre otras cosas, de vino y esponjas hechas de pan. El revestimiento de lienzos es otro buen ejemplo de procesos que ahora están causando problemas; en el siglo XIX, se revestían los lienzos planchando y presionando la pintura... Pero al mismo tiempo, si no lo hubieran hecho, quizás a día de hoy no tendríamos estas pinturas, comenta Townsend.

El problema no se limita a un pasado lejano en el tiempo: durante los años sesenta, por ejemplo, se volvió muy popular la práctica de utilizar polímeros sintéticos para consolidar y estabilizar frescos. Parecía que fuesen el remplazamiento perfecto para las coberturas de cera usadas previamente, pero con el paso del tiempo fue más que evidente que ése no era el caso. El mero hecho de su presencia cambió drásticamente las propiedades de la superficie de las pinturas, ocasionando estrés mecánico y cristalización de sales por debajo de la pintura, lo que provoca un aumento en la velocidad de degradación de éstas (además de que los polímeros perdieron color y se volvieron quebradizos).

Estos problemas han conducido a investigaciones que a su vez han conducido a tratamientos innovadores, pero también es necesario crear tratamientos que no expongan a los restauradores a disolventes y productos químicos nocivos para su salud. La conservación y la restauración no siempre tiene lugar en un taller, sino que muchas veces es trabajo de campo en espacios mal ventilados. La preocupación por la salud y la seguridad también ha conducido al desarrollo de nuevos métodos, así como el deseo de utilizar procesos "verdes" que minimicen el daño medioambiental. 

Dispositivo portátil de datación por radiocarbono

Hace algo más de un año os hablé de la datación por radiocarbono. En resumidas cuentas, os contaba que todos los seres vivos tienen una proporción constante de 14C/12C, que esta proporción comienza a disminuir en el momento en el que el ser vivo fallece y que esta técnica se basaba en medir dicha relación. Por tanto, sólo se puede datar con esta técnica algo que esté hecho de un material que en su día perteneció a un ser vivo. Pues bien, hace un mes me encontré con la noticia de que para 2016 va a estar disponible un dispositivo portátil de datación por radiocarbono.

Detector de cuadrupolo del dispositivo.

Este dispositivo, desarrollado en la Universidad de Liverpool, se basa en una nueva técnica que usa un espectrómetro de masas de cuadrupolo (menos caros, más robustos y más rápidos a la hora de detectar iones), lo que reduce el tiempo que se tarda en obtener los resultados de la datación desde las seis semanas actuales hasta un par de días.

Datación con el dispositivo portátil

Fuente:
Fundamentos y funciones de la espectrometría de masas.

La espectrometría de masas (MS)

En algunas de las entradas que ya he publicado y en otras que están por publicarse, la técnica analítica (al menos una de las posibles) utilizada para medir las moléculas que salen es la espectrometría de masas. La espectrometría de masas es una técnica destructiva de análisis cualitativo muy utilizada en la determinación de moléculas orgánicas. Se basa en la obtención de iones a partir de moléculas orgánicas en fase gaseosa que se separan en función de su relación masa-carga y se detectan posteriormente.

Espectrómetro de masas de la Universidad de La Laguna.

El proceso que tiene lugar dentro del espectrómetro de masas tras introducir la muestra consta, fundamentalmente, de cuatro pasos:

1. Ionización de la muestra mediante un bombardeo con electrones. Aquí se forman muchos iones de distintos tamaños y distinta relación masa-carga.
2. Aceleración por medio de un campo electromagnético de los iones producidos.
3. Dispersión de los iones según su relación masa/carga.
4. Detección de los iones y producción de la correspondiente señal eléctrica.

Por tanto, los fenómenos que se producen dentro del espectrómetro de masas son de naturaleza química; es por esto que la abundancia y naturaleza de los iones detectados será consecuencia de la estructura de los compuestos a analizar. Lógicamente, hay muchas formas de llevar a cabo estos procesos. 

Procesos que tienen lugar en la espectrometría de masas.

El resultado de aplicar esta técnica es un espectrograma.

Espectrograma del pentano.

Un espectrograma es una gráfica con una serie de picos, cada uno de ellos correspondiente a un valor de relación masa/carga (m/z). De todos esos picos hay dos que son los principales: 

• El pico base, que es el de mayor abundancia y al que se le dará un 100% de abundancia relativa.
• El pico de mayor valor, que corresponde a la masa del compuesto sin ionizar.

Como podréis imaginar, en la "vida real", los espectrogramas son mucho más complejos que ése debido a que las muestras contienen más moléculas y más complejas. La espectrometría de masas se aplica con mucha frecuencia acoplada a la cromatografía gaseosa (GC/MS)

A modo de ejemplo, os dejo el estudio 'Una reseña sobre el análisis y caracterización de barnices originales en pintura de caballete del s. XVII', en el que además se utilizan otras técnicas como la FTIR o la HPLC.

Cromatograma obtenido por GC/MS de una muestra de barniz. La composición de terpenos/ácidos grasos caracteriza la muestra como una mezcla de colofonia y aceite de linaza.

Fuentes:
Fundamentos y funciones de la espectrometría de masas.
Espectrometría de masas (CISC).

El problema de las iglesias con la calefacción

Durante la segunda mitad del s. XX en muchas iglesias españolas se instalaron sistema de calefacción por emisión de aire caliente que funcionan con gasóleo. Ahora, miembros del Instituto de Geociencias (UCM-CSIC) han comprobado que su uso habitual y continuado desestabiliza el clima interior de estos edificios, afectando negativamente a la conservación de su patrimonio. Este estudio, centrado en la iglesia de San Juan Bautista (Talamanca del Jarama, Madrid) se ha publicado en las revistas Energy and Buildings y Building and Environment.

Iglesia de San Juan Bautista de Talamanca del Jarama (Madrid).

Tal y como ha explicado Mª José Varas Muriel, coautora del proyecto, el problema reside en que cuando se enciende y se apaga la calefacción de forma frecuente, se producen fuertes fluctuaciones ambientales que se traducen en una subida impotante de las temperaturas, llegando a doblar la inicial, y en una caída peligrosa de la humedad relativa hasta llegar a bajar del 20% en las zonas más altas de la iglesia. Esto influye en las propiedades físicas de maedras, piedras, revocos y pinturas murales, pudiendo provocar la aparición de fisuras, ampollas o sales que pueden ocasionar serios daños.

Los registros microclimáticos se han realizado con varios sistemas de monitorización inalámbrica que incluyen el uso de globos para elevar los sensores junto a dispositivos de termografía infrarroja, higrometría y resistividad eléctrica para medir los dos parámetros críticos para la conservación: temperatura y humedad.

Imagen de la termografía IR mientras se pone la calefacción. Se puede ver cómo la subida de la temperatura afecta más a la madera y zonas dañadas de la piedra tallada, además del artesonado y de la cruz.

Las mediciones también han confirmado que los aparatos calefactores no mejoran el confort térmico de los feligreses, pues no notan un confor térmico hasta un buen rato después de encenderse la calefacción. Las temperaturas elevadas comienzan concentrándose en las partes altas y de ahí van bajando progresivamente hacia las áreas bajas ocupadas. Estas temperaturas controlan la humedad relativa, por lo que en las zonas superiores ésta baja enormemente, lo que ocasiona un gran daño para el patrimonio, y en zonas inferiores la humedad relativa se mantiene alta, lo que implica una menor sensación térmica para los feligreses.

Los investigadores recomiendan sustituir los viejos sistemas de calefacción por otros más modernos y eficientes, aunque esta solución aún se está estudiando es cara. Dependiendo de cada sistema, habría que introducir ciertas modificaciones que rebajaran sus efectos nocivos sobre el patrimonio interior, como recolocar las rejillas en los lugares adecuados y cercanos al suelo, así como solucionar posibles problemas internos de humedades en los muros y, sobre todo, controlar el tiempo e intensidad de uso de la calefacción.