Analýza barev pomocí infračervené a Ramanovy spektroskopie

Barva je vizuální vjem, který vzniká, když světlo interaguje s objektem a způsobuje, že daný objekt odráží, pohlcuje nebo vyzařuje různé vlnové délky světla. Když na povrch objektu dopadne světlo, některé vlnové délky se pohlcují a jiné se odrážejí nebo rozptylují; to, co oko vnímá, je soubor odražených či rozptýlených vlnových délek, které mozek interpretuje jako barvy. Barevný vzhled nátěru nebo pigmentu tedy přímo souvisí s jeho molekulární strukturou.

Barvivo, nebo pigment?

Jaké látky jsou zodpovědné za barevnost materiálů? Stručně řečeno – barviva a pigmenty. Ačkoli se tyto dva pojmy často zaměňují, z exaktního hlediska mezi nimi existují velké rozdíly – především v jejich chemické povaze, rozpustnosti a ve způsobu, jakým vytvářejí barevnost.

Pigment je typicky anorganická, nerozpustná pevná látka, která je rozptýlena v pojivu nebo jiné matrici. Pigment zůstává na povrchu a barvu vytváří odrazem a pohlcováním světla. Používá se v nátěrových hmotách, lacích, plastech nebo při výrobě uměleckých barev. Mezi typické pigmenty patří oxid titaničitý (bílý), oxid železitý (červený/hnědý) nebo ftalocyaninová modř. Pigmenty patří k nejstarším materiálům, které lidé používali. Už pravěcí lidé je získávali z přírodních minerálů a hornin – například okry (oxidy železa) nebo uhlíku (saze, dřevěné uhlí) - a používali je k malování jeskynních stěn, zdobení těla i předmětů.

Barvivo je rozpustná organická látka, která se váže chemicky nebo fyzikálně na materiál, který zabarvuje. Díky rozpustnosti proniká do struktury podkladu – například do textilních vláken, papíru nebo dřeva – a barva tak vzniká uvnitř materiálu. Typickými příklady jsou azobarviva, indigo nebo methylenová modř. Barviva se používají tam, kde je potřeba, aby se barva „vsákla“ a byla součástí samotného materiálu.

Barviva se začala využívat až později, když lidé objevili možnost extrahovat barevné složky z rostlin, hmyzu a živočichů. Rozvoj nastal hlavně v antice a středověku, ale skutečný zlom přišel až v 19. století, kdy byla objevena syntetická barviva

Není barva jako barva

Složky barev (tedy nátěrů, které používáme v běžném životě) se však neskládají pouze z pigmentů a barviv. Jedná se o složitější směs látek, která obecně obsahuje několik hlavních složek:

• Pojivo – látka, která drží pigment pohromadě a umožňuje jeho přilnutí k povrchu. Např. olej u olejových barev, akrylátová pryskyřice u akrylových barev.
• Rozpouštědlo / médium – látka, která usnadňuje nanášení barvy a určuje její konzistenci. Např. voda u akvarelových barev.
• Přísady / aditiva – různé chemikálie, které upravují vlastnosti barvy, například stabilitu, schnutí, lesk nebo ochranu proti plísním a UV záření.

Jak zjistit, o co jde?

Složení barev, jejich chemické složení i možné defekty lze analyzovat pomocí moderních analytických metod. FTIR (infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací) umožňuje identifikovat organické složky, pojiva a aditiva ve vrstvách barev. Ramanova spektrometrie zase poskytuje informace o anorganických i organických pigmentech a pomáhá odhalit chemické změny či degradaci barvy.

(Výbornými přístroji pro tyto aplikace jsou například ALPHA II, kompaktní FTIR spektrometr s vysokou citlivostí.)

Obrovské oblibě v této oblasti, zejména při konzervování a restaurování, se těší především ruční Ramanův spektrometr BRAVO. Díky technologii Duolaser a SSE výborně potlačuje fluorescenci, což je častý problém u anorganických látek, tedy složek barev. Díky svým malým rozměrům a nízké hmotnosti je možné jej použít i v terénu nebo na těžko dostupných místech, například při nedestruktivní analýze velkých uměleckých děl, nástěnných fresek, soch a podobně.

Ing. Martin KLIMIČEK, OPTIK INTRUMENTS s.r.o., martin.klimicek@optikinstruments.cz