A cura di MIUR - Direzione Generale per il coordinamento la promozione e la valorizzazione della ricerca

From Van Gogh to Picasso: the secrets of artworks revealed by scientific research

From Van Gogh to Picasso: the secrets of artworks revealed by scientific research

Daniela Comelli is Professor of Physics at Milan’s Politecnico. In this editorial, she talks about the characteristics of the pigments used in some important works of art, helping us to understand the causes of the deterioration of modern painting. The ArtIS Cultural Heritage Imaging Spectroscopy Lab at Milan’s Politecnico is a leader in this research area.

È in qualche modo sorprendente scoprire che i semiconduttori, ampiamente conosciuti e impiegati nelle industrie elettroniche per la realizzazione di transistor, microchip, celle solari e LED, si trovano anche nelle opere d'arte. In effetti, i semiconduttori sono la materia costitutiva dei cosiddetti pigmenti metallici a semiconduttore. Esempi illustrativi di questa classe di sostanze coloranti includono alcuni pigmenti antichi - come il rosso vermiglio (HgS), usato per la prima volta durante il Neolitico, e il giallo orpimento (As2S3), ampiamente diffuso nell’antico Egitto – ma soprattutto i pigmenti moderni a semiconduttore. Questi ultimi furono sintetizzati a partire dalla seconda metà del XIX secolo quando iniziò il fiorente campo della chimica industriale e diverse fabbriche di chimica - in Europa e in America - svilupparono nuove formule per la produzione di pigmenti totalmente sintetici

I pigmenti sintetici furono rapidamente adottati dagli artisti grazie alla maggiore economicità, intensità di colore, brillantezza e tonalità rispetto ai pigmenti a base di terre minerali. Tuttavia, alcuni di questi pigmenti moderni a semiconduttore hanno mostrato nel tempo una forte reattività agli agenti atmosferici - quali luce, temperatura e umidità – che ha portato al degrado della pittura a base di questi pigmenti. Ad esempio, il giallo dei girasoli di Vincent Van Gogh, realizzato con un pigmento a base di cromato di piombo (giallo cromo), è caratterizzato da una scarsa stabilità chimica che si manifesta nel tempo con un marcato imbrunimento del colore. Analogamente, il giallo di cadmio, a base del semiconduttore solfuro di cadmio, la cui forte colorazione gialla è riconoscibile in opere di Vincent Van Gogh, Claude Monet, Pablo Picasso e Henry Matisse, può degradare dando luogo a una perdita di tono del colore e alla formazione di globuli superficiali semitrasparenti o biancastri.

Negli ultimi anni la ricerca scientifica ha posto particolare attenzione alla comprensione delle cause del degrado della pittura moderna. In particolare, la ricerca recente ha evidenziato la complessità di questi pigmenti e la necessità di un approccio scientifico multi-analitico con l’impiego di varie tecniche di spettroscopia, microscopia e di diagnostica per immagini, per identificare e mappare i prodotti di foto-ossidazione nella pittura degradata.

Presso il laboratorio ArtIS del Politecnico di Milano lo studio dei pigmenti moderni e la comprensione dei relativi meccanismi di degrado è condotta con l’ausilio di tecniche complementari di spettroscopia Raman, fluorescenza X e fotoluminescenza ottica indotta da eccitazione laser e spazia dall’analisi di campioni di stesure pittoriche in laboratorio allo studio in-situ di dipinti moderni. La tecnica di fotoluminescenza, risolta in tempo con risoluzione a nanosecondi e microsecondi, permette di sondare i meccanismi di diseccitazione nei pigmenti a semiconduttore e di identificare l’emissione da stati trappola dovuta a difetti nella struttura cristallina di tali pigmenti.

La sensibilità del segnale di fotoluminescenza alla variazione dei difetti cristallini nei pigmenti può essere indirizzata allo studio dei processi di sintesi dei pigmenti, come è stato recentemente mostrato per il pigmento bianco di piombo e giallo di cadmio. Inoltre, l'analisi delle emissioni ottiche da stati trappola può fornire preziose informazioni sui fenomeni di degrado, quali quelli associati alla migrazione di ioni metallici dai pigmenti alla matrice organica circostante – come è stato recentemente evidenziato nel processo di formazione di saponi metallici nella pittura a base di bianco di zinco, e quelli associati alla formazione di nuovi difetti superficiali in stesure di giallo di cadmio degradate.

Daniela Comelli, Professore di Fisica, Politecnico di Milano