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El láser como herramienta para el análisis y conservación del patrimonio cultural

El grupo de investigación Láseres, nanoestructuras y procesado de materiales (LANAMAP), del Instituto de Química Física Rocasolano del CSIC, trabaja en el desarrollo y aplicación de métodos basados en el uso del láser para el análisis y la conservación del patrimonio cultural.


FUENTE | Instituto de Química Física Rocasolano
24/02/2017
 
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Materiales como policromías, vidrieras, pátinas y estucos de diferentes iglesias y mezquitas, así como cuentas de vidrio procedentes de yacimientos romanos están siendo estudiados mediante diferentes técnicas espectroscópicas basadas en el uso del láser. La combinación de técnicas láser permite identificar los componentes originales de los materiales, conocer su grado de envejecimiento, así como observar las posibles transformaciones ocurridas durante su limpieza láser.

Señala Mikel Sanz Monasterio, del Instituto Química Física Rocasolano del CSIC, que la importancia de las técnicas láser para el análisis de los materiales que constituyen el patrimonio cultural radica en que son técnicas no invasivas (o micro-invasivas), muy sensibles y que pueden ser aplicadas in situ o remotamente. De este modo, se puede obtener imágenes de alto contraste, medir el espesor o determinar la composición de substratos formados por varias capas sin tener que realizar la toma de muestras, evitando así dañar objetos o bienes patrimoniales. Actualmente, estamos trabajando en el diseño y desarrollo de un sistema portátil que integra diferentes tipos de espectroscopía láser, para poder ser utilizado en monumentos y obras de arte.

Una de las principales aplicaciones de las técnicas láser en la conservación del patrimonio cultural, es su empleo para la limpieza de superficies. La limpieza láser se basa en la eliminación de material superficial mediante la irradiación con pulsos láser de suficiente intensidad. Este procedimiento elimina el contacto directo con el substrato y permite el control del espesor de la capa eliminada en el rango de micrómetros. La eliminación de cada capa depende de los parámetros de la irradiación láser, fundamentalmente longitud de onda, energía, frecuencia de repetición y número de pulsos. Por ello, para eliminar la capa no deseada sin dañar el substrato, hay que estudiar el efecto de la irradiación láser para cada combinación de material a eliminar y substrato, y así, identificar los parámetros láser adecuados.

De esto modo, hemos estudiado las condiciones de irradiación láser (longitud de onda, fluencia y número de pulsos) para la eliminación de capas de biodeterioro (líquenes, cianobacterias y costra negra) en distintos substratos pétreos de canteras utilizadas para la construcción de monumentos en la zona centro de España, tales como areniscas de Valonsadero (Soria), calizas y dolomías de Redueña (Madrid) y granitos de Alpedrete (Madrid). En concreto se ha utilizado radiación infrarroja (IR), ultravioleta (UV) y ambas secuencialmente, a una fluencia (energía del pulso por unidad de superficie) justo por debajo de la fluencia umbral de daño para preservar el substrato. Hemos observado que los parámetros láser adecuados dependen sobre todo del tipo de liquen que coloniza el substrato. En algunos de los líquenes estudiados, que tenían como substrato tejas, aplicamos además un biocida para investigar el efecto conjunto con la irradiación láser. Observamos que, a pesar de que en algunos casos no se elimina completamente la capa de biodeterioro sin dañar el substrato, sí se consigue atacar a los líquenes considerablemente, afectando su vitalidad.

Hemos estudiado también los efectos químicos y físicos asociados a la eliminación por láser de diferentes barnices utilizados en substratos pictóricos con irradiación láser de distintas longitudes de onda en el UV y duración de pulsos en el rango de los nanosegundos (1 ns = 10-9 s). Estos estudios han mostrado que la eliminación láser de las capas de barniz depende del coeficiente de absorción de la luz, composición y grado de polimerización del barniz.

Este tipo de estudios debe abordarse con un enfoque multidisciplinar, resultando esencial la colaboración entre diversos grupos de investigación y empresas. En el desarrollo de estas investigaciones participan grupos tanto nacionales (del CSIC y de la Universidad de Salamanca) como internacionales (de la Foundation for Research and Technology-Hellas de Grecia, del Consiglio Nazionale delle Ricerche de Italia o de la Nicolaus Copernicus University de Polonia), además de la empresa Arte y Conservación ARTYCO S.L. Estos trabajos se están llevando a cabo en el marco del Proyecto Geomateriales 2, financiado por la Comunidad de Madrid y el Fondo Social Europeo, y de los proyectos IPERION CH, PARTHENOS y E-RIHS-PP, pertenecientes al Programa Marco de Investigación e Innovación de la Unión Europea H2020.

El láser como herramienta para el análisis y conservación del patrimonio cultural
Imágenes estereomicroscópicas del liquen Candelariella vitellina sobre arenisca: a) sin tratar, b) irradiada con 100 pulsos de 1064 nm y c) irradiada con 100 pulsos de 266 nm


Enlaces de interés:
Oujja M. (2015). Espectroscopía de ruptura inducida por láser (LIBS) y fluorescencia inducida por láser (LIF) para análisis de materiales, pp. 39-66. En: Análisis Químico Mediante Técnicas Espectroscópicas Moléculares, (eds.) Maria Isabel Rucandio Saez & Virgilio Correcher. Ed. CIEMAT, Madrid.

Sanz M., Oujja M. et al. (2015). Infrared and ultraviolet laser removal of crustose lichens on dolomite heritage Stone. Applied Surface Science, 346: 248-255

Oujja M., Sanz M. et al. (2015). Multianalytical characterization of Late Roman glasses including nanosecond and femtosecond laser induced breakdown spectroscopy. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 30: 1590-1599

Sanz M., Oujja M. et al. (2017). Influence of wavelength on the laser removal of lichens colonizing heritage stone. Applied Surface Science, 399: 758-768




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