КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-78-20011
НазваниеРазработка методов исследований произведений живописи XX века из собрания Государственной Третьяковской галереи на базе принципов оптической и электронной спектроскопии-микроскопии
Руководитель Надточенко Виктор Андреевич, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №108 - Конкурс 2025 года на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов
Область знания, основной код классификатора 08 - Гуманитарные и социальные науки; 08-501 - Теория и история изобразительного искусства
Ключевые слова Искусствоведение, технологические исследования в музее, Рамановская спектроскопия, спектроскопия-микроскопия, междисциплинарные исследования, художественная практика, художественные материалы, исследования состояния сохранности, реставрация, искусство ХХ века, Третьяковская галерея
Код ГРНТИ18.31.31
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Внедрение возможностей естественно-научных методов в сфере исследований и реставрации произведений искусства на современном этапе имеет большое значение для науки о культурном наследии и полностью отвечает передовым направлениям мировой практики. Проект посвящен разработке методов исследования произведений живописи с использованием современных методов оптической молекулярной и электронной спектроскопии-микроскопии. Проект будет реализован в рамках существующей научной инфраструктуры мирового уровня и предполагает сотрудничество между Третьяковской галереей и Московским физико-техническим институтом. Это взаимодействие позволит объединить экспертные знания в области истории искусства и современных физико-химических и спектральных методов анализа, что обеспечит комплексный подход к исследованию произведений живописи. Художественная практика этого периода отличается появлением новых художественных материалов, разнообразных и нестандартных техник исполнения и их сочетаний. В силу этого исследователи и реставраторы зачастую сталкиваются с чрезвычайной сложностью строения произведений искусства этого времени и непредсказуемостью протекания процессов их старения. Основная цель проекта — повысить точность идентификации материалов, что может быть использовано не только для атрибуции и датировки картин, но и для разработки более эффективных методов реставрации. Особое внимание будет уделено исследованию стратиграфии живописи, что позволяет лучше понять не только комбинацию материалов, но и процесс создания произведения, а также оценить его текущее состояние.
Методами Рамановской и Фурье ИК спектроскопии-микроскопии будет получен гиперспектральный набор данных с подготовленных реставраторами образцов полотен. Сканирующей электронной микроскопией (СЭМ) определяется микроструктура образцов. Гетерогенность химических элементов в структуре образцов определяются методами спектроскопии лазерного пробоя и энергодисперсионного анализа СЭМ. Пигменты и флуорофоры и их распределение будут определяться методами лазер-индуцированной конфокальной флуоресцентной микроскопии в сочетании с методом флуоресцентной микроскопии с визуализацией времени жизни возбужденного пигмента, что позволит уточнить не только природу пигментов, но и особенности их молекулярного окружения. В проекте планируется развить применение три высокотехнологичных малоинвазивных метода рамановской спектроскопии-микроскопии: а) спонтанного комбинационного рассеяния; б) гигантского комбинационного рассеяния (SERS) со специально разработанными наноструктурами плазмонного резонанса; и) когерентной фемтосекундной рамановской спектроскопии. Эти технологии обеспечат более глубокий и точный анализ многослойных структур живописи и позволят детализировать состав художественных материалов. SERS-технология обеспечит анализ на молекулярном уровне, когда концентрация веществ минимальна. Это важно для изучения тонких красочных слоев и позволяет детализировать их состав с высокой разрешающей способностью. Обработка структурных, химических и спектральных данных будет осуществляется методами хемометрики и машинного обучения. Будут разработаны методы объективной оценки образца, т.е. создание аналитического визуального образа сложного по составу и структуре образца с одновременным определением пространственного распределения компонентов спектральной информации, химического состава и структуры. Проект объединяет искусствоведов, физиков, химиков и реставраторов высокой квалификации, имеющих большой опыт взаимодействия и междисциплинарных исследований. Результатом работы становится объемное многогранное представление не только о творчестве конкретного мастера, но и художественной практике целого периода в истории искусства. Исследование будет проводиться на базе собрания живописи Третьяковской галереи, включающее лучшие произведения отечественного искусства.
Ожидаемые результаты
Многие важные вопросы художественной практики ХХ века до сих пор остаются мало изученными. Одновременно, этот период в творчестве многих художников отличается использованием новых и нетрадиционных материалов, комбинированием нестандартных техник, изменением правил живописного процесса. Все это ставит перед специалистами многочисленные вопросы, связанные, как с атрибуцией и датировкой произведений, так и с реставрацией сложных по составу и строению живописных систем. Государственная Третьяковская галерея обладает обширной и значимой коллекцией национального искусства ХХ столетия. Изучение ее с применением естественно-научных методов не только соответствует передовым практикам, но и является необходимой потребностью.
Адаптация современных методов спектроскопии-микроскопии к исследованиям живописных произведений, как ожидается, позволит продвинуться вперед в таких важнейших факторах как повышение чувствительности, глубины проникновения и фокусирования анализа состава и структуры художественных материалов. Особое внимание будет уделено исследованию стратиграфии живописи, что позволяет лучше понять не только комбинацию материалов, но и процесс создания произведения, а также оценить его текущее состояние.
Результатом проекта будет развитие традиционных методов спектроскопии-микроскопии и разработка новых методов химического картирования образцов художественных материалов. Химическое картирование это аналитическое создание визуального образа сложного по составу и структуре объекта путем одновременного определения пространственного распределения компонентов спектральной информации, химического состава и структуры.
Этот результат достигается через развитие методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рамановской спектроскопии-микроскопии, Фурье ИК спектроскопии-микроскопии, конфокальной флуоресцентной микроскопии в том числе с использованием лазер-индуцированной конфокальной флуоресцентной микроскопии в сочетании с методом флуоресцентной микроскопии с визуализацией времени жизни возбужденного пигмента (FLIM), с разработкой новых подходов к анализу гиперспектральных данных методами хемометрики и машинного обучения (элементы искусственного интеллекта).
Наряду с традиционными методами спектроскопии-микроскопии будут разработаны новые методы:
А) гигантское комбинационное рассеяние (SERS, surface enhanced Raman scattering) с использованием плазмонных металлических наночастиц без какого-либо покрытия поверхности. Наночастицы обеспечивают эффект гигантского комбинационного рассеяния, не повреждают окрашенную поверхность в отличие от наночастиц полученных методами коллоидной химии или SERS наночастиц в виде пасты. Эти наночастицы легко убираются с поверхности после измерений, не оставляют следов. Эти наночастицы получают в МФТИ инновационным методом плазменного разряда;
Б) исследование образцов художественных материалов и их химическое картирование методами нелинейно-оптической спектроскопии-микроскопии с с использованием фемтосекундных импульсов ближнего инфракрасного диапазона. Методы нелинейно-оптической спектроскопии: многофотонная люминесцентная спектроскопия, фемтосекундная когерентная антистоксовая рамановская спектроскопия, генерация второй гармоники, четырехволновое смешения частот фемтосекундного лазерного излучения обеспечивают трехмерное 3D химическое картирование образца.
Собранные данные дадут возможность получить детализированную и репрезентативную картину художественных материалов и их свойств. Данные будут публиковаться согласно принципам о свободном распространении знаний, что крайне важно для потребностей исследовательской и реставрационной отрасли.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Сформулировано детальное техническое задание проекта, определена исследовательская база (с использованием методов оптической микроскопии, спектроскопии-микроскопии, электронной микроскопии, химического анализа), выбрана последовательность работ, документирования и схема обработки получаемых результатов.
Для уточнения физико-химического состояния, для выявления структуры красочных слоёв, состояния грунта холста или иконной доски художественных полотен или святых икон, а также для картирования выявленных в них материалов, почти всегда необходимо, помимо визуального анализа проводить спектроскопические исследования. В случае ценных объектов культурного наследия предполагается работа с микрообразцами, что влечет использование методов спектроскопии-микроскопии.
Методы Фурье-ИК неполного (нарушенного полного) внутреннего отражения FTIR-ATR и Рамановской спектроскопии-микроскопии обеспечивают достаточно высокое пространственное разрешение и позволяют установить карту распределения химических компонентов образца. Микрообразцы объектов культурного наследия представляют собой сложнейшие смеси различных молекул. Получающиеся спектры имеют запутанный характер и содержат перекрывающиеся полосы многочисленных компонентов. Для определения тонких изменений или специфических молекулярных сигнатур в микрообъекте требуется сложный многомерный анализ данных (хемометрия) и точная интерпретация спектральных данных с использованием методов машинного обучения (искусственного интеллекта). На отчетном этапе проекта развиты методы хемометрики и машинного обучения для анализа больших массивов сложных спектральных данных. Программное обеспечение, поставляемое с FTIR-ATR и рамановскими спектрометрами-микроскопами недостаточно для автоматической обработки больших массивов данных. В 2025 году написаны программные модули для хемометрического анализа в среде MatLab и Phyton: модуль предварительной обработки данных; модуль хемометрики (PCA-Principal Component Analysis, PLS - Projection to Latent Structures or Partial Least Squares, LDA - линейного дискриминантного анализа, k ближайших соседей (k-NN) , SVM опорных векторов, Random Forest RF - случайного леса).
Произведен отбор образцов грунта с картины Назаренко Т. Г. «Казнь Народовольцев» с разрушающихся и цельных мест картины и были изготовлены шлифы. Исследование образцов выполнено методами оптической микроскопии, FTIR-ATR и Рамановской спектроскопии-микроскопии, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) регистрации низкоэнергетичных вторичных электронов и обратно рассеянных электронов, регистрации характеристического рентгеновского излучения EDS/EDX. Выявлена послойная структура слоев, карта элементного состава. Анализ данных EDS/EDX и массивов спектральных данных FTIR-IR и Рамановской спектроскопии-микроскопии методами хемометрики позволил найти корреляцию между составом компонент в слое грунта и состоянием места отбора образца и сделать предварительное заключение о причине непрочности грунта.
Методами Рамановской и инфракрасной FTIR-ATR спектроскопии исследованы 10 однотипных, визуально не отличимых, образцов бумаги, изготовленных в разные годы на одной и той же фабрик. Методами хемометрики статистически достоверно доказана различимость образцов. Построена модель PLS позволяющая по спектрам идентифицировать образец бумаги. Методами RF, PCA, PLS выявлены спектральные признаки, влекущие различие между образцами, обусловленное разным соотношением полиморфных модификаций целлюлозы, что, вероятно, связано с вариативностью производственного процесса или исходного сырья.
Изучен процесс старения белых акриловых художественных красок на основе ZnO в искусственных условиях. Показано, что изменение цвета, вызванное старением белой акриловой художественной краски на основе ZnO, по общей разнице цвета ΔE* в системе CIELab-76 было ниже 2 в течение 1725 ч старения образца (~7 × 10^7 Люкс · ч). Такое изменение не заметно глазом. Методы FTIR-ATR и Рамановской спектроскопии-микроскопии, СЭМ и СЭМ /EDS/EDX показали деградацию краски. Методами хемометрического анализа спектральных данных показано, что деградация органических компонентов краски происходит по механизму цепного радикального окисления с инициированием реакции в результате фотокаталитического окисления на микрочастицах ZnO с образованием летучих продуктов, что обуславливает незначительные изменения цвета. Полученные результаты подчеркивают необходимость тщательного выбора добавок, в частности диспергаторов и поверхностно-активных веществ, содержащих карбоксильные группы. Показано, что декарбоксилирование диспергатора, вызванное фотореакцией Кольбе с ZnO, ускоряет образование активных радикалов и деградацию связующего.
Для уточнения физико-химического состояния икон, выявления структуры красочных слоёв, состояния иконной доски, а также для картирования обнаруженных в них материалов, почти всегда необходимо, помимо визуального анализа, и исчерпывающее спектроскопическое исследование. В проекте развиты методы анализа иконной доски методами Рамановской спектроскопии-микроскопии на примере образцов доски из липы исторических икон XVI-XVII, XVIII, XIX, и современной иконы конца XX века и новой иконной доски из липы в условиях искусственного старения. Из PCA и PLS анализа следует, что спектральные отличия иконных досок различных эпох определяются делигнификацией древесины и модификации структуры древесины. PLS модель предсказывает возраст доски.
Разработан метод аэрозольный печати плазмонных наночастиц Ag, синтезированных в газовом разряде, на твердых и гибких подложках. Разработаны методы осаждения частиц на поверхность красочных слоев co слабой адгезией к поверхности краски, исследование влияния поверхностной плотности и размера наночастиц серебра на SERS сигнал, а также выработка критерия послойной идентификации нижних слоев в модельной двухслойной красочной структуре. Исследованы SERS cпектры от толщины красочных слоев и плазмонных линий. Оптимизированы параметры печати линий для идентификации пигментов в двухслойных красочных слоях.
Публикации
1.
Хадур М, Иванов В, Гусенков А, Гулин А, Соловьева М, Дьяконова Ю, Халтурин Ю, Надточенко В.
New Insight into the Mechanism of Oxidative Degradation of Artistic White Acrylic Paint Based on Zinc Oxide: Uneven Distribution of Damage in the Paint Layer Under Artificial Aging Conditions
Preprints.org is a free preprint server supported by MDPI in Basel, Switzerland., Preprint. Article Not peer-reviewed version.
DOI:10.20944/preprints202509.0383.v1 (год публикации - 2025)
10.20944/preprints202509.0383.v1
2.
Хадур М, Иванов В, Гусенков А, Гулин А, Соловьева М, Дьяконова Ю, Халтурин Ю, Надточенко В.
Oxidative Degradation Mechanism of Zinc White Acrylic Paint: Uneven Distribution of Damage Under Artificial Aging
Heritage, mdpi, Heritage 8, no. 10 (2025): 419. (год публикации - 2025)
10.3390/heritage8100419