Development of Highly Sensitive Techniques of Atomic and Molecular Spectroscopy and their Application for Cultural Heritage Study
Abstract
The article provides an overview of techniques for increasing the sensitivity of atomic and molecular spectroscopy in the study of microsamples taken from paintings, which were developed at the Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus (more than 200 artworks). The study of only microsample of a paint layer from the painting “The Birth of Venus” using laser induced breakdown spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and Surface enhanced Raman scattering is presented as an example of the multi-analytical approach. The results of the study allow one to conclude that the work was created in the glue tempera technique. The chrome orange, lithopone and iron oxide pigments (like red or yellow ochers, for example) were identified. Therefore, the artwork could be created no earlier than the last quarter of the 19th century.
About the Author
E. V. Shabunya-KlyachkovskayaBelarus
Grodno
References
1. Технология, исследование и хранение произведений станковой и настенной живописи, под ред. Ю. И. Гренберга, Москва, Изобразительное искусство (1987)
2. J. T. Smith. Antiquities of Westminster, London (1807) 223—226
3. J. Chaptal. Annales de Chimie, 70 (1809) 22—31
4. H. Davy. Philosophical Transactions of the Royal Society, 105 (1815) 97—124
5. Desormes, Clement. Annales de Chimie, 57 (1806) 317—326
6. C. Cennini. In: Trattato della Pittura, Ed. G. Tambroni, Rome, Torchi di Paolo Salviucci (1821)
7. C. Plinii. Naturalis Hystoriae, Venetiis, Magistrum Marinum Saracenum (1487)
8. An essay upon various arts by Theophilus, called also Rugerus. Forming an Encyclopaedia of Christian art of the eleventh century. Transl., with notes, by Robert Hendrie. London, John Murray (1847)
9. Heraclius, Von den Farben und Kilnsten der Romer, Quellenschriften fur Kunstgeschichte, Vienna (1873)
10. J. Brocchieri, E. Scialla, A. D’Onofrio, C. Sabbarese. Quantum Beam Sci., 7 (2023)
11. A. Macchia, S. N. Cesaro, Y. Keheyan, S. A. Ruffolo, M. F. La Russa. Periodico di Mineralogia, 84, Special Issue 3A (2015) 483—495
12. S. Annarilli, A. Casoli, C. Colantonio, L. Lanteri, A. Marseglia, C. Pelosi, S. Sottile. Heritage, 5 (2022) 2904—2921
13. M. Albini, S. Ridolfi, Ch. Giuliani, M. Pascucci, M. P. Staccioli, C. Riccucci. Front. Chem., 8 (2020)
14. M. L. Saladino, S. Ridolfi, I. Carocci, D. Ch. Martino, R. Lombardo, A. Spinella, G. Traina, E. Caponetti. Microchem. J., 133 (2017) 607—613
15. I. Holclajtner-Antunović, M. Stojanović-Marić, D. Bajuk-Bogdanović, R. Žikić, S. Uskoković-Marković. Spectrochim. Acta Part A: Mol. and Biomolec. Spectrosc., 156 (2016) 78—88
16. A. Macchia, Ch. Biribicchi, P. Carnazza, S. Montorsi, N. Sangiorgi, G. Demasi, F. Prestileo, E. Cerafogli, I. A. Colasanti, H. Aureli, M. Zappelli, M. Ricca, M. F. La Russa. Sustainability, 14 (2022) 3972
17. R. A. Cristache, I. C. A. Sandu, A. E. Simionescu, V. Vasilache, A. M. Budu, I. Sandu. Rev. Chim., 66, N 7 (2015) 1034—1037
18. P. Calderón-Mesén, D. Jaikel-Víquez, M. D. Barrantes-Madrigal, J. Sánchez-Solís, J. P. Mena-Vega, J.Arguedas-Molina, K. Ureña-Alvarado, G. Maynard-Hernández, L. Santamaría-Montero, M. Cob-Delgado, E. Angulo-Pardo, FelipeVallejo, M. I. Sandoval, A. M. Durán-Quesada, M. Redondo-Solano, O. A. Herrera-Sancho. Sci. Rep., 13 (2023) 2143
19. S. R. Amato, D. Bersani, P. P. Lottici, P. Pogliani, C. Pelosi. Archaeometry, 59, N 6 (2017) 1050—1064
20. D. Fontana, M. F. Alberghina, R. Barraco, S. Basile, L. Tranchina, M. Brai, S. O. Troja. J. Cult. Heritage, 15, N 3 (2014) 266—274
21. T. Calligaro, V. Gonzalez, L. Pichon. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 363, N 15 (2015) 135—143
22. A. Shaaban, M.F. Ali, A. Turos, A. Korman, A. Stonert. J. Nano Res., 8 (2009) 71—77
23. T. Tuurnala, A. Hautojärvi, K. Harva, A. Hautojarvi. Studies in Conservation, 30, N 2 (1985) 93
24. S. Bruni, F. Cariati, F. Casadio, L. Toniolo. Vib. Spectrosc., 20 (1999) 15—25
25. M. Bouchard, R. Rachel, M. Carrie, T. Learner. e-PS, 6 (2009) 27—37
26. R. J. H. Clark, L. Cridland, B. M. Kariuki, K. D. M. Harris, R. Withnall. J. Chem. Soc. Dalton Trans., 16 (1995) 2577—2582
27. S. Bruni, F. Cariati, F. Casadio, V. Guglielmi. J. Cult. Herit., 4 (2001) 291—296
28. M. Bicchieri, M. Nardone, A. Sodo. J. Cult. Herit., 1 (2000) 277—279
29. D. Anglos. Appl. Spectrosc., 55, N 6 (2001) 187A—205A
30. A. Giakoumaki, K. Melessanaki, D. Anglos. Anal. Bioanal. Chem., 387 (2007) 749—760
31. Y. Zhang, D. Sun, Y. Yin, Z. Yu, B. Su, Ch. Dong, Maogen. Plasma Sci. Technol., 24 (2022) 084003
32. M. Picollo, M. Aceto, T. Vitorino, Phys. Sci. Rev., 4, N 4 (2019) 20180008
33. G. Conejo-Barboza, E. Libby, C. Marín, O. A. Herrera-Sancho. Herit. Sci., 8 (2020) 125
34. K. Sutherland. Phys. Sci. Rev., 4, N 6 (2018) 20180010
35. I. Degano. Phys. Sci. Rev., 4, N 5 (2019) 20180009
36. B. Witkowski, A. Duchnowicz, M. Ganeczko, A. Laudy, T. Gierczak, M. Biesaga. J. Separation Sci., 41, N 3 (2017) 630—638
37. Г. Менке, Л. Менке, Введение в лазерный эмиссионный спектральный анализ, Москва, Мир (1968) 33—36
38. Т. И. Берлин. Журн. прикл. спектр., 10, № 6 (1969) 899—902
39. E. V. Muravitskaya, V. A. Rosantsev, M. V. Belkov, E. A. Ershov-Pavlov, E. V. Klyachkovskaya, Specrochim. Acta, Part B, 64 (2009) 119—125
40. M. L. Petukh, V. A. Rozantsev, A. D. Shirokanov, A. A. Yankovskii. J. Appl. Spectr., 67, N 6 (2000) 1097—1101
41. В. И. Журавлева. Журн. прикл. спектр., 71, № 3 (2004) 394—397
42. E. V. Klyachkovskaya, N. M. Kozhukh, V. A. Rozantsev, S. V. Gaponenko. J. Appl. Spectr., 72, N 3 (2005) 371—375
43. V. Burakov, V. Kiris, A. Klyachkovskaya, N. Kozhukh, S. Raikov. Microchim. Acta, 156 (2006) 337—342
44. Т. В. Горовец, Е. М. Довнар-Запольская, В. В. Кирис, Е. В. Клячковская, С. Н. Райков, А. П. Сайко. Докл. НАН Беларуси, 52, № 3 (2008) 118—124
45. E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, V. V. Kiris, A. N. Shimko, M. V. Belkov, S. N. Raikov. J. Appl. Spectr., 80, N 6 (2014) 922—929
46. E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, A. G. Mitskevich, Y. F. Moiseev, L. L. Sysoeva, O. S. Kulakovich, V. V. Kiris, A. S. Matsukovich, A. G. Karoza, M. V. Belkov. J. Cult. Heritage, 28 (2017) 158—163
47. E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, A. G. Mitskevich, M. V. Belkov, K. Yu. Katsalap, A. S. Matsukovich, S. P. Vitsiaz, N. P. Melnikau, A. V. Medved. J. Appl. Spectr., 90, N 5 (2023) 1055—1063
48. М. В. Бельков, С. Н. Райков. Наука и инновации, 10 (2012) 17—20
49. https://bresttheatre.com/page.php?id=986 [дата доступа: 09. 07. 2024]
50. E. Tognoni, G. Cristoforetti, S. Legnaioli, V. Palleschi. Spectrochim. Acta, Part B, 65 (2010) 1—14
51. K. K. Herrera, E. Tognoni, I. B. Gornushkin, N. Omenetto, B. W. Smith, J. D. Winefordner. J. Anal. At. Spectrom., 24 (2009) 426—438
52. A. Botto, B. Campanella, S. Legnaioli, M. Lezzerini, G. Lorenzetti, S. Pagnotta, F. Poggialini, V. Palleschi. J. Anal. At. Spectrom., 34 (2019) 81—103
53. T. Mochizuki, A. Sakashita, H. Iwata, T. Kagaya, T. Shimamura, P. Blair. Anal. Sci., 4, N 4 (1988) 403—409
54. S. A. Darke, S. E. Long, Ch. J. Pickford, J. F. Tyson. J. Anal. At. Spectrom., 4 (1989) 715—719
55. Y. Iida, A. Tsuge, Y. Uwamino, H. Morikawa, T. Ishizuka. J. Anal. At. Spectrom., 6 (1991) 541—544
56. V. S. Burakov, N. V. Tarasenko, A. V. Butsen, V. A. Rotzantsev, M. Nedel’ko. J. Appl. Phys., 30 (2005) 107—113
57. G. W. Yang. Prog. Mater. Sci., 52 (2007) 648—698
58. 58 Е. В. Клячковская, Н. М. Кожух. Вести НАНБ, 5 (2006) 100—102
59. E. V. Klyachkovskaya, E. V. Muravitskaya, N. M. Kozhukh, V. A. Rozantsev, M. V. Belkov, E. A. Ershov-Pavlov. J. Appl. Spectr., 77, N 6 (2011) 765—770
60. C. L. Brosseau, A. Gambardella, F. Casadio, C. M. Grzywacz, J. Wouters, R. P. Van Duyne. Anal. Chem., 81 (2009) 3056
61. G. Burrafato, M. Calabrese, A. Cosentino, A. M. Gueli, S. O. Troja, A. Zuccarello. J. Raman Spectrosc., 35 (2004) 879
62. R. J. H. Clark, J. van der Weed. J. Raman Spectrosc., 35 (2004) 279
63. J. Striova, C. Lofrumento, A. Zoppi, M. Castellucci. J. Raman Spectrosc., 37 (2006) 1139—1145
64. S. Galli, M. Mastelloni, R. Ponterio, M. Triscari. J. Raman Spectrosc., 35 (2004) 622
65. N. Welter, U. Schussler, W. Kiefer. J. Raman Spectrosc., 38 (2007) 113—121
66. M. Fleischmann, P. J. Hendra, A. J. McQuilaan. Chem. Phys. Lett., 26 (1974) 163—166
67. K. Chen, K-C. Vo-Dinh, F. Yan, M. B. Wabuyele, T. Vo-Dinh. Anal. Chim. Acta, 569 (2006) 234—237
68. K. L. Wustholz, C. L. Brosseau, F. Casadio, R. P. Van Duyne. Phys. Chem. Chem. Phys., 11 (2009) 7350—7359
69. C. L. Brosseau, K. S. Rayner, F. Casadio, C. M. Grzywacz, R. P. Van Duyne. Anal. Chem., 81 (2009) 7443—7447
70. A. G. Milekhin, L. L. Sveshnikova, T. A. Duda, N. V. Surovtsev, S. V. Adichtchev, Yu. M. Azhniuk, C. Himcinschi, M. Kehr, D. R. T. Zahn. J. Phys., Conf. Ser., 245 (2010) 012045
71. J. T. Hugall, J. J. Baumberg, S. Mahajan. Appl. Phys. Lett., 95 (2009) 141111
72. M. V. Chursanova, V. M. Dzhagan, V. O. Yukhymchuk, O. S. Lytvyn, M. Ya. Valakh, I. A. Khodasevich, D. Lehmann, D. R. T. Zahn, C. Waurisch, S. G. Hickey. Nanoscale Res. Lett., 5 (2010) 403—409
73. A. Rumyantseva, S. Kostcheev, P. M. Adam, S. V. Gaponenko, S. V. Vaschenko, O. S. Kulakovich, A. A. Ramanenka, D. V. Guzatov, D. Korbutyak, V. Dzhagan, A. Stroyuk. ACS Nano, 7 (2013) 3420—3426
74. E. V. Klyachkovskaya, D. V. Guzatov, N. D. Strekal, S. V. Vaschenko, A. N. Harbachova, M. V. Belkov, S. V. Gaponenko. J. Raman Spectr., 43 (2012) 741—744
75. E. Klyachkovskaya, N. Strekal, I. Motevich, S. Vaschenko, A. Harbachova, M. Belkov, S. Gaponenko, Ch. Dais, H. Sigg, T. Stoica, D. Grutzmacher. Plasmonics, 6 (2011) 413—418
76. E. V. Klyachkovskaya, N. D. Strekal, I. G. Motevich, S. V. Vashchenko, M. Ya. Valakh, A. N. Gorbacheva, M. V. Belkov, S. V. Gaponenko. Opt. Spectr., 110 (2011) 48—54
77. E. Shabunya-Klyachkovskaya, O. Kulakovich, S. Vaschenko, D. Guzatov, S. Gaponenko. Eur. J. Sci. Theol, 12, N 3 (2016) 211—220
78. Е. В. Шабуня-Клячковская, Е. В. Корза, Л. Л. Троцюк, А. С. Мацукович, О. С. Кулакович. Опт. и спектр., 122, № 1 (2017) 66—70
79. O. Kulakovich, E. Shabunya‐Klyachkovskaya, L. Trotsiuk, A. Matsukovich, Y. Korza. J. Raman Spectr., 50, N 7 (2019) 936—944
80. E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, S. V. Gaponenko, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, N. P. Stepina, A. S. Matsukovich. J. Appl. Spectr., 81 (2014) 399—403
81. E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, O. S. Kulakovich, S. V. Gaponenko. Spectrochim. Acta Part A: Mol. Biomolec. Spectrosc., 222 (2019) 117235
82. O. S. Kulakovich, E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, A. S. Matsukovich, L. L. Trotsiuk, S. V. Gaponenko. J. Appl. Spectr., 83, N 5 (2016) 860—863
83. S. V. Gaponenko, E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, M. V. Belkov. J. Appl. Spectr., 90, N 2 (2023) 257—264
84. E. Shabunya-Klyachkovskaya. Optical Nanospectroscopy, 3, Applications. De Gruyter, Berlin (2022) 335—366
Review
For citations:
Shabunya-Klyachkovskaya E.V. Development of Highly Sensitive Techniques of Atomic and Molecular Spectroscopy and their Application for Cultural Heritage Study. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2024;91(5):630-639. (In Russ.)