Investigation of chemical transformations of egg tempera under natural aging conditions

Tempera jajowa jest techniką malarską znaną od starożytności. Polega na nanoszeniu sproszkowanego pigmentu wymieszanego z organicznym spoiwem zawierającym wodę i żółtko jaja kurzego. Celem pracy było ustalenie czy w czasie naturalnego starzenia zachodzą zmiany w strukturze chemicznej tempery jajowej. Badano przemiany zarówno tempery jajowej z modelowymi pigmentami: azurytem, bielą ołowiową i ugrem hawańskim, jak i samego spoiwa. Zastosowano do tego celu szereg metod spektroskopowych. Spektroskopia osłabionego całkowitego odbicia w podczerwieni (ATR-FTIR) umożliwiła obserwację pasm pochodzących od spoiwa i pigmentów tempery, natomiast spektroskopia ramanowska tylko pasm badanych pigmentów. Do obserwacji jonów miedzi w temperze jajowej z azurytem zastosowano również spektroskopię elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR). Wykonano pomiar zmiany barwy próbek tempery z pigmentami w oparciu o model barw CIELab oraz pomiar kąta zwilżania. Została także wykonana analiza składu pierwiastkowego poszczególnych pigmentów za pomocą spektroskopii fluorescencji rentgenowskiej (XRF). Zrealizowano obrany cel pracy badawczej. W czasie naturalnego starzenia temper jajowych nie zaobserwowano zmian wskazujących na zachodzenie przemian chemicznych w ich strukturze. Dodatkowo wykonano analogiczne badania tempery jajowej w warunkach starzenia przyspieszonego prowadzonego w dwóch temperaturach: 40ºC i 80ºC. W obu przypadkach zastosowano obniżone ciśnienie równe 0,2 bar w celu przyspieszenia odparowania składników lotnych tempery. Zaobserwowano zmiany chemiczne wszystkich próbek temper jajowych starzonych w temperaturze równej 80ºC i pod obniżonym ciśnieniem, które związane są głównie z odwodnianiem próbek.

Egg tempera is a painting technique known since antiquity. It consists in applying a powdered pigment mixed with an organic binder containing water and egg yolk. The aim of the study was to determine whether changes in the chemical structure of the egg tempera occur during natural aging. The transformations of both egg tempera with model pigments: azurite, lead white and yellow ochre, as well as the binder itself were investigated. A number of spectroscopic methods were used for this purpose. The attenuated total infrared spectroscopy (ATR-FTIR) allowed the observation of the bands from the binder and tempera pigments, while Raman spectroscopy only showed bands of the tested pigments. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy was also used to observe copper ions in egg tempera with azurite. The color change of tempera samples with pigments was measured based on the CIELab color model and the contact angle was also measured. The elemental composition of individual pigments was also analyzed using X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). The chosen goal of the research work has been achieved. During the natural aging of egg tempera, no changes were observed indicating the occurrence of chemical changes in their structure. In addition, analogous tests of egg tempera were performed under accelerated aging conditions at two temperatures: 40ºC and 80ºC. In both cases, a reduced pressure of 0.2 bar was used to accelerate the evaporation of the volatile components of the tempera. Chemical changes were observed in all tempera samples aged at a temperature equal to 80°C and under reduced pressure which are mainly related to sample dehydration.