Tras la pista de los grandes maestros

Análisis de obras pictóricas con cámaras IDS uEye SE

"La Virgen de las rocas" (Virgin of the Rocks) es una famosa obra de Leonardo da Vinci que representa a la Virgen María con el Niño Jesús, Juan Bautista siendo muchacho y el arcángel Uriel en una gruta. El cuadro es una de las tres tablas que conformaban un elaborado retablo parcialmente cincelado creado para la Iglesia de San Francisco el Grande de Milán. Una de las dos versiones existentes del cuadro se encuentra expuesta en la National Gallery de Londres. Su actual atractivo es fruto de una intensa labor de restauración para la que se utilizaron los métodos de análisis más modernos, entre ellos el procesamiento de imágenes. El espectrómetro de microfluorescencia de rayos X de resolución espacial M6 JETSTREAM de la empresa berlinesa Bruker Nano GmbH desempeñó un papel decisivo en ese proceso. Permite analizar partículas diminutas y penetra hasta el fondo de las capas de pintura. Dos cámaras USB de IDS Imaging Development Systems GmbH proporcionan información óptica sobre la superficie de la muestra y garantizan un posicionamiento exacto en el rango de medición.

Aplicación

Incluso las grandes obras de arte envejecen. Los colores van perdiendo luminosidad debido a alteraciones como el amarilleo o a pequeños desperfectos y es necesario restaurarlos cada cierto tiempo. En obras de gran calado como es la de "La Virgen de las rocas" debe procederse con sumo cuidado. El restaurador debe conocer bien las técnicas pictóricas y saber exactamente qué colores se han utilizado y con qué composición química para no destruir la singularidad de la obra. Tras estudiar la viabilidad y la seguridad de un posible tratamiento conservador durante varios años, finalmente la versión londinense de "La Virgen de las rocas" de da Vinci fue sometida a un proceso de saneamiento y restauración. El tratamiento se llevó a cabo principalmente por razones estéticas, dado que el fuerte deterioro del óleo y del barniz mastic aplicados en el año 1949 estaba provocando el oscurecimiento del cuadro haciéndolo cada vez más "irreconocible".

Los trabajos analíticos en el cuadro se realizaron tanto antes de iniciar el tratamiento como durante el proceso de limpieza, lo que permitió recabar información muy valiosa sobre el estado de las capas superficiales, la estratificación y los materiales utilizados.  El análisis de la composición de los elementos ofrece además información sobre la autenticidad de las pinturas. Los grandes artistas compraban algunos pigmentos en el "mercado libre", pero se hacían sus propias mezclas, de modo que las capas pictóricas utilizadas pueden dar pistas sobre la autenticidad de un cuadro. El tipo de pincelada y la elección de los colores pueden revelar información sobre quién ha realizado una u otra parte del cuadro, por ejemplo en el caso de que no se sepa exactamente quién es su autor o de que hayan trabajado en él varios artistas contemporáneos.  Así, se sabe que fue Leonardo da Vinci quien empezó la segunda versión de "La Virgen de las rocas", pero que fue su discípulo Ambrogio de Predis quien la continuó. Gracias a los análisis se obtuvo una gran información sobre la técnica pictórica de Leonardo da Vinci y también se pudo documentar.

Análisis no destructivo del cuadro gracias al procesamiento de imágenes

Los restauradores se ayudan de los más modernos métodos de procesamiento de imágenes para realizar su trabajo. En el caso de la obra de da Vinci se utilizó el espectrómetro M6 JETSTREAM de la casa Bruker Nano GmbH.

Equipado con cámaras IDS, el sistema revela la composición de las capas pictóricas de forma no invasiva ni destructiva. Lleva a cabo mediciones por fluorescencia de rayos X en puntos aislados (de 100 micrómetros o menos) de grandes áreas. Esta técnica altamente precisa de espectroscopia de fluorescencia de rayos X (micro XRF) permite determinar la composición elemental de una muestra, es decir, registrar exactamente qué elementos están presentes en las pinturas utilizadas (metales pesados, hemoglobina, carbono, etc.).

Los puntos a medir se pueden captar 'al vuelo', es decir, mientras se mueve el cabezal de medición. Esto permite realizar un análisis superficial rápido (denominado "mapping").

Análisis de obras pictóricas con cámaras IDS uEye SE
La unidad M6 JETSTREAM analiza la composición de las capas pictóricas con ayuda de las cámaras IDS
Análisis de obras pictóricas con cámaras IDS uEye SE
"La Virgen de las rocas" de Leonardo da Vinci en el proceso de análisis © National Gallery London

"El espectrómetro de fluorescencia de rayos X M6 JETSTREAM nos proporciona una gran cantidad de datos e información sobre elementos que permiten extraer conclusiones sobre los pigmentos y su posición en la estratificación del barniz", explica Michele Gironda, Market Segment Manager Art & Conservation de Bruker Nano GmbH. "Por ejemplo, se pueden descubrir cambios posteriores y añadiduras al cuadro y en ocasiones detectar diferencias en el uso de los pigmentos y en la disposición de las capas entre distintos artistas".

El cuadro se escanea punto a punto y línea a línea con un rayo X enfocado. Los elementos asignados a los pigmentos en cada área emiten una radiación característica propia, la denominada fluorescencia de rayos X, que es registrada por los detectores del espectrómetro. De este modo se reúne información química sobre todo el cuadro en una serie de imágenes contrastadas.

Por ejemplo, la presencia de cobre (Cu) en el blanco de un cuadro es un indicador de que se ha utilizado azurita, un azul con base de cobre en la pintura blanca. A partir de los elementos registrados se pueden identificar la mayoría de los pigmentos con esta tecnología. El análisis también permite obtener información sobre la historia de un objeto y revelar así algunos secretos. No son pocas las veces en las que detrás de la pintura de la superficie se esconde una obra de arte desaparecida que sale inesperadamente a la luz tras haber sido repintada por el propio artista porque no le satisfacía o simplemente porque necesitaba aprovechar el lienzo.

Análisis de obras pictóricas con cámaras IDS uEye SE
El gráfico de distribución de elementos de zinc de la derecha muestra un material de base que contiene zinc de una primera composición descartada

Información detallada

El dato nuevo más relevante que proporcionó el análisis por fluorescencia de rayos X de "La Virgen de las rocas" fue el hallazgo de un dibujo de base que contenía zinc en la primera composición del cuadro. La existencia de este dibujo ya era conocida, pero gracias al análisis por fluorescencia de rayos X, especialmente en combinación con la captura de imágenes hiperespectrales, pudo hacerse mucho más visible. Por ejemplo, se pueden ver cambios especialmente interesantes en los pliegues del ropaje de la Virgen (pintado con una capa inferior de azurita con cobre) y en la posición del rostro del Niño Jesús. Al perfil pintado finalmente le precedió una vista de tres cuartos (visible en la imagen Pb-Lα).

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Las imágenes Cu-Kα, Pb-Lα y Pb-Mα muestran algunos de los cambios en la caída del mantón de la Virgen y de la posición del rostro del Niño Jesús.

Las cámaras

La empresa Bruker Nano GmbH ha integrado cámaras IDS en sus espectrómetros de fluorescencia de rayos X M4 TORNADO/TORNADOPLUS y M6 JETSTREAM. El espectrómetro M4 TORNADO es el líder del mercado en el sector del análisis superficial con la técnica de micro XRF. Arroja una resolución de puntos de 20 µm y ofrece la posibilidad de analizar todos los elementos de la tabla periódica, desde el carbono (opcional) hasta el uranio. Entre otros usos, se utiliza para analizar muestras minerales y espesores de capa. Gracias a un rango de medición de 800 mm x 600 mm y a su amplia variedad de opciones de ajuste, el espectrómetro portátil M6 JETSTREAM es idóneo para analizar obras de arte de gran tamaño.

Dos cámaras industriales USB 2 uEye SE, con una resolución de 1024 x 768 píxeles, garantizan la visualización de la superficie de la muestra en el software de Bruker. Antes de la medición por fluorescencia de rayos X la cámara genera una imagen de la superficie de la muestra para después unir la composición de los elementos con la información óptica. Para ello se crea una imagen superpuesta a partir de la imagen de la cámara y de la distribución de los elementos. "La imagen de vídeo se puede superponer con la imagen de la distribución de los elementos para hacer visible la correlación. La velocidad, el formato y la interfaz de las cámaras USB 2 uEye SE han resultado perfectas.", explica Michele Gironda.

Además, las cámaras se utilizan en modo de imágenes en vivo para acercarse a los puntos o a las zonas de medición deseados de la muestra y para ajustar la distancia de trabajo mediante el enfoque de la imagen de la cámara. El cabezal de medición del espectrómetro M6 JETSTREAM incorpora un tubo de rayos X de microenfoque y una óptica capilar con ajuste gradual del tamaño del punto de medición. Pueden alcanzarse velocidades de medición de hasta 100 mm/s. El espectro de fluorescencia se mide con detectores de deriva de silicio (SDD).

Análisis de obras pictóricas con cámaras IDS uEye SE
Dos cámaras industriales USB 2 uEye SE de IDS se ocupan entre otros del posicionamiento exacto del rango de medición © Bruker Nano GmbH

La familia de productos uEye SE de IDS destaca especialmente por su formato compacto y por su robustez. Estas cámaras todo terreno están disponibles además en una amplia gama de modelos de carcasa o board level y con una gran variedad de sensores. La integración en el sistema es sencilla y rápida gracias a la funcionalidad plug & play que ofrece el IDS Software Suite. Por consiguiente el espectro de aplicaciones industriales y no industriales es realmente amplio. Además de la variante USB 2.0 utilizada por Bruker Nano GmbH, la gama incluye modelos con interfaz USB 3.1 Gen 1 o GigE e interfaz GigE Vision®.

La familia de cámaras uEye SE de IDS
La familia de cámaras uEye SE de IDS

Perspectiva

Una vez eliminada la capa de barniz y su efecto distorsionador con ayuda del espectrómetro de microfluorescencia de rayos X M6 JETSTREAM de Bruker Nano GmbH, el cuadro "La Virgen de las rocas" vuelve a brillar con luz propia y a desplegar su mágico efecto. Estos sistemas son únicos en el mercado del arte. Con ayuda del procesamiento de imágenes se abren nuevas perspectivas para el análisis de cuadros y otras obras de arte. Así, Bruker prevé un gran crecimiento del mercado de la micro XRF y un aumento de la demanda de imágenes y de distribuciones de elementos de mayor resolución. Con esta aplicación los historiadores del arte, los restauradores y los investigadores pueden descubrir secretos inesperados en las obras de arte antiguas, ya sea sobre la composición de las capas pictóricas o la técnica, sobre la autenticidad o sobre el trasfondo histórico, ante el público de los museos o en los laboratorios.