Methoden en technieken 

Hoe werken wij?

Van Goghs atelierpraktijk is een multidisciplinair onderzoek waarbinnen uiteenlopende aspecten vanuit verschillende vakgebieden gezamenlijk worden onderzocht. Restauratoren en natuurwetenschappers onderzoeken de werken van Van Gogh en zijn tijdgenoten materiaaltechnisch. Kunsthistorici (onderzoekers en conservatoren) nemen het kunsthistorische deel voor hun rekening. Juist door deze gecombineerde aanpak en de uitwisseling van informatie worden nieuwe vragen én antwoorden mogelijk.

Afhankelijk van de specifieke onderzoeksvraag bepalen de onderzoekers welke methoden en technieken zij gebruiken. Bij een puur kunsthistorisch onderzoek worden bijvoorbeeld de handboeken die Van Gogh in zijn brieven noemt, opgezocht en gelezen. Er wordt onderzocht hoe populair de boeken in die tijd waren en er wordt gekeken of Van Gogh het gelezene in praktijk heeft gebracht. Dit laatste gebeurt samen met een restaurator. Een kunstwerk wordt altijd eerst nauwkeurig met het blote oog bekeken. Daarna kiest de restaurator op welke manier en met welke technieken het werk verder onderzocht zal worden. De bestudering van het verfoppervlak met behulp van een microscoop hoort daar altijd bij. Met infraroodreflectografie en röntgenstraling en via analyses van verfmonsters – minieme dwarsdoorsnedes van de verflaag – kan het ontstaan van een schilderij gereconstrueerd worden. Laag voor laag kan worden nagegaan hoe het werk is opgebouwd. Dat leidt vaak tot verrassende ontdekkingen over het gebruikte materiaal.

Hoe de methoden en technieken worden ingezet, lees je in de blogposts.

Kijk hieronder – of klik op een van de letters van het alfabet hierboven – voor gedetailleerde informatie over de verschillende methoden en technieken.

D - Naar boven

Doorvallend licht

Als een lichtbron achter het schilderij word geplaatst, schijnt het licht door het doek heen en zijn barsten, scheurtjes, verlies van verfdeeltjes en dunne plekken te onderscheiden.

G - Naar boven

Gepolariseerd lichtmicroscopie (PLM)

Gepolariseerd lichtmicroscopie is een onderzoekstechniek die de identificatie van pigmenten en vezels mogelijk maakt. De te onderzoeken deeltjes, doorgaans tussen de 1 en 20 micron groot – kleiner dan éénduizendste deel van een millimeter – worden onder de microscoop geplaatst. Van onderaf schijnen de stralen van een lichtbron gepolariseerd door de deeltjes heen. Elk type pigment en vezel reageert verschillend op deze lichtstralen, waardoor elk afzonderlijk deeltje geïdentificeerd kan worden.

I - Naar boven

Infraroodreflectografie

Vincent van Gogh, Gezicht op Parijs vanuit Theo’s appartement in de Rue Lepic, 1887. Infraroodreflectogram van Gezicht op Parijs vanuit Theo’s appartement in de Rue Lepic waarop lijnen te zien zijn van een tekenhulpmiddel voor het creëren van perspectief. Schematische voorstelling van de werking van infraroodreflectografie.

Een veelgebruikte techniek in het schilderijenonderzoek is infraroodreflectografie. Deze techniek maakt gebruik van het onzichtbare, warme infrarode licht, hiermee kan de onderzoeker het schilderij ónder de waarneembare oppervlakte bestuderen. Op deze manier kan bijvoorbeeld de eventuele ondertekening worden waargenomen. Dit is de schets die de schilder vooraf op het doek aanbrengt als basis voor de schildering. Infrarood licht dringt gedeeltelijk door de bovenste verflagen heen en wordt in meer of mindere mate gereflecteerd en geabsorbeerd door koolstof in de ondertekening. Op een opname van een infraroodcamera – het infraroodreflectogram – is de tekening zichtbaar in grijstonen. De infraroodreflectografie kan ook informatie verschaffen over de gebruikte pigmenten en latere restauraties.

M - Naar boven

Microscopie

Vincent van Gogh, Herfstlandschap met vier bomen, 1885 (Kröller-Müller Museum). Details van de verschillende soorten penseelstreken in Herfstlandschap met vier bomen.

De microscoop is een optisch hulpmiddel. Het apparaat maakt gebruik van lenzen om details van een object te zien die voor het menselijk oog onzichtbaar zijn. De mate van bruikbare (‘scherpe’) vergroting in een microscoop hangt samen met de golflengte van het aanwezige licht en de kwaliteit van de lenzen. Met een optische microscoop – zelfs één met perfecte lenzen en belichting – kunnen alleen objecten worden bestudeerd die groter zijn dan de helft van de golflengte van wit licht. Dat betekent in de praktijk dat de grens ligt bij een vergroting van ongeveer 1000x. Om kleinere deeltjes te onderscheiden is een hogere vergroting nodig, dus een belichting met een kortere golflengte. Dat kan in elektronenmicroscopen met elektromagnetische lenzen en speciale detectoren. De ‘belichting’ in deze microscopen bestaat uit energie-rijke elektronen.

Monsterafname en -onderzoek

Het verfmonster wordt met een klein mes uit het schilderij gesneden.Een ragfijn penseel tilt het verfmonster van het doek.Het verfmonster gaat in een speciaal monsterbuisje. Na het gieten in hars, afslijpen en polijsten is de dwarsdoorsnede is klaar voor onderzoek onder de microscoop. Dit is een voorbeeld van een dwarsdoorsnede van een verfmonster, waaruit de gelaagdheid van het schilderij blijkt. Van onder naar boven zijn de lagen grondering, verf en vernis te zien.

Na bestudering van het verfoppervlak kunnen microscopisch kleine verfmonsters – niet groter dan een speldenpunt – uit het schilderij worden genomen. Deze gaan dwars door de lagen vernis, verf en grondering van het schilderij. Aangezien het nemen van een monster een definitieve verwijdering betekent van een gedeelte van de verflaag, wordt deze techniek spaarzaam toegepast. Zo’n dwarsdoor-snede kan helpen om de samenstelling en opbouw van verflagen te onderzoeken. Om het verfmonster te prepareren voor onderzoek wordt het in een klein blokje kunsthars gegoten. Na het uitharden, afslijpen en polijsten blijft van het blokje een flinterdun plakje over. Hierin zijn de verflagen aan het oppervlak zichtbaar. Een lichtmicroscoop maakt een vergroting van 100 tot 1000 keer van het verfmonster. De onderzoeker bekijkt het monster bij normaal en ultraviolet licht en kan zo de opbouw van de verflagen én aparte pigmentkorreltjes bestuderen.

Monstername

N - Naar boven

Nanotechniek met de Focused Ion Beam (FIB)

Van een dwarsdoorsnede van het originele monster uit de gronderingslaag van Brug in de regen is een FIB-uitsnede gemaakt. Op de eerste foto is de plek van de uitsnede omcirkeld (SEM-beeld). De tweede foto toont een overzicht van de uitsnede gemaakt met TEM. De derde foto is een TEM-beeld van het omcirkelde gebied uit de tweede foto, waarop een concentratie van het pigment beenderzwart te zien is.

De tamelijk nieuwe nanotechniek stelt onderzoekers in staat verfmonsters te prepareren voor de Transmissie Elektronen Microscoop (TEM). De techniek maakt gebruik van een Focused Ion Beam (FIB), een straal gerichte ionen. Een ion is een atoom of meerdere atomen die elektrisch geladen zijn door elektronen. Met de ionenstraal kan een verfmonster zeer precies worden ‘uitgefreesd’. Daardoor is het mogelijk veel exacter de plaats te bepalen van de uitsnede in een verfmonster, evenals de dikte van die uitsnede. Dat gebeurt tot op een paar nanometer nauwkeurig (1 nanometer = een miljoenste millimeter). Met de nanotechniek zijn problemen te vermijden die kunnen optreden bij de traditionele preparatiemethode, zoals afbrokkelen van het verfmonster. De techniek maakt op bijna atomair niveau details zichtbaar van de morfologie (vorm), chemische structuur en samenstelling van de verschillende pigmenten en bindmiddelen in de verf.

Bij afbeelding: Te zien is een FIB-uitsnede uit het originele verfmonster van Van Goghs Brug in de regen, 1887. Van een dwarsdoorsnede van het originele monster uit de gronderingslaag van Brug in de regen is een FIB-uitsnede gemaakt. Op de eerste foto is de plek van de uitsnede omcirkeld (SEM-beeld). De tweede foto toont een overzicht van de uitsnede gemaakt met TEM. De derde foto is een TEM-beeld van het omcirkelde gebied uit de tweede foto, waarop een concentratie van het pigment beenderzwart te zien is.

O - Naar boven

Oog: Bestudering van het verfoppervlak met het oog

Vincent van Gogh, Populierenlaan in de herfst, 1884.Details uit de opname in strijklicht, waarbij de verftextuur duidelijk zichtbaar is.Vincent van Gogh, Kop van een vrouw, 1885.Hetzelfde schilderij in ultraviolet licht. Het harshoudende vernis licht op in groenblauwe fluorescentie. De donkere plekken zijn veroorzaakt door vernisafname voor onderzoek en tonen de fluorescentie van de olieverf onder de vernislaag.

Normaal licht

Het onderzoek naar een schilderij begint altijd met het blote oog en bij normaal licht. Deze directe bestudering van het schilderij blijft het uitgangspunt voor het gehele onderzoek: de standaard waarmee alle verdere onderzoeksresultaten worden vergeleken. Met een vergrootglas of microscoop kan de onderzoeker details vergroten en aspecten als penseelstreken, barsten en vingerafdrukken in de verflaag bestuderen.

Strijklicht

Kijken bij strijklicht is een volgende stap in het onderzoek naar een schilderij. Door een lichtbron aan de zijkant van het schilderij te plaatsen, ‘strijkt’ het licht over het verfoppervlak. Deze methode vormt een hulpmiddel bij het onderzoek naar de verftextuur.

Doorvallend licht

Het is ook mogelijk een lichtbron áchter het schilderij te plaatsen. Op die manier schijnt het licht door het doek heen en zijn barsten, scheurtjes, verlies van verfdeeltjes en dunne plekken te onderscheiden.

Ultraviolet licht

De scheikundige elementen waaruit pigmenten, bindmiddelen en vernissen bestaan, lichten in ultraviolet licht op in verschillende fluorescerende kleuren. Elke kleur is een indicatie voor een specifiek element. Op die manier laten verschillende pigmenten en soorten vernis zich identificeren. Ultraviolet licht kan ook dienen om latere restauraties te onderscheiden. Deze lichten namelijk heel anders op dan de oorspronkelijke verflaag.

Optische microscopie

Om de bovenste laag van een schilderij te bestuderen, maken onderzoekers gebruik van een optische microscoop. Er zijn verschillende soorten microscopen, variërend van kleine formaten die 3 tot 10 keer vergroten en exemplaren die tot 50 keer kunnen vergroten. De optische vergrootlenzen helpen met het in kaart brengen van de conditie en bepaalde materiële aspecten van het schilderij. Ze maken details van penseelstreken, de aard van de pigmenten, de textuur van de verflaag, restauraties en beschadigingen zichtbaar. Met behulp van een aan de microscoop bevestigde camera kunnen van het sterk vergrote beeld zogeheten microfoto’s worden genomen.

R - Naar boven

Röntgen

Vincent van Gogh, Mand met aardappels, maart-april 1885. De röntgenfoto van Mand met aardappels is 90˚C gedraaid. De foto toont een onderschildering: het lijkt dezelfde voorstelling als het schilderij Naaiende vrouw, dat Van Gogh een half jaar eerder had voltooid. Vincent van Gogh, Naaiende vrouw, september 1885.

Röntgenonderzoek wordt net als infraroodreflectografie ingezet om het materiaal ónder de bovenste verflaag te bekijken. Het principe is bekend uit de geneeskunde, waar röntgenfoto’s worden gebruikt om het inwendige lichaam te onderzoeken. Röntgenstraling is elektromagnetische straling die een kortere golflengte heeft dan zichtbaar licht. Daarom dringt röntgenstraling vrij gemakkelijk door weefsels heen en wordt het tegengehouden (geabsorbeerd) door materialen met een grotere dichtheid. Pigmenten met zware metalen absorberen dus meer röntgenstraling dan andere pigmenten. Op röntgenfoto’s zijn deze verschillen zichtbaar: dikker aangebrachte verftoetsen of penseelstreken met verf die zware metalen bevat, zijn lichter of zelfs helemaal wit. Met röntgenfoto’s kunnen mogelijke wijzigingen tijdens het schilderproces – zoals overschilderingen – worden opgespoord.

S - Naar boven

SEM-EDX: scannende elektronenmicroscopie

Schetsmatige weergave van de werking van SEM-EDXSEM van het originele verfmonster van Vincent van Goghs Oevers van de Seine, 1887.Dit SEM-beeld laat een pure loodwit-grondering zien. De grondlaag is waarschijnlijk door Van Gogh zelf op het doek aangebracht en wijkt af van de grondering die meestal wordt gevonden in commercieel geprepareerde doeken. Daarin is het loodwit vaak gemengd met goedkopere vulstoffen en is de grondlaag dikker aangebracht. EDX is gebruikt om de samenstelling van de grondlaag te bevestigen. Het EDX-spectrum (grafiek) van het omcirkelde gebiedje laat inderdaad het karakteristieke spectrum zien van lood (Pb).

Een scannende elektronenmicroscoop bestraalt een vooraf gekozen gebied van het verfmonster met een zeer smalle bundel van energierijke elektronen. Het monster weerkaatst een deel van de elektronen. Daarmee kan het oppervlak van het monster op een scherm in beeld worden gebracht. Bijvoorbeeld in de vorm van een zogenaamd BEI, een ‘Backscattered Electron Image’ (letterlijk: ‘afbeelding van teruggekaatste elektronen’). Een ander deel van de elektronen verliest energie door de wissel-werking met de atomen in het verfmonster, waarbij onder meer röntgenstraling wordt opgewekt. Elk scheikundig element reageert op de elektronen met een andere hoeveelheid van deze röntgenstraling. Vastgelegd in een ‘spectrum’ kan uit de pieken röntgenstraling worden opgemaakt welke elementen in het monster aanwezig zijn.

Deze techniek wordt afgekort als SEM-EDX, een afkorting voor Scanning Electron Microscopy – Energy Dispersive analysis of X-radiation.

T - Naar boven

TEM: Transmissie Elektronen Microscopie

In elektronenmicroscopen, met elektromagnetische lenzen en speciale detectoren, kunnen zeer kleine deeltjes worden onderzocht. Een Transmissie Elektronen Microscoop versnelt elektronen in een vacuüm, totdat hun golflengte extreem kort is. Een bundel van deze versnelde elektronen wordt gericht op een zeer dun verfmonster (zie: hiernaast). Het monster absorbeert een deel van deze straling of laat deze juist door. Zo kan de detector achter het verfmonster een gedetailleerde afbeelding maken van de vergroting (tot circa één miljoen keer). Met deze techniek kunnen zelfs objecten met een afmeting van 1 atoom worden bestudeerd.

Bij afbeelding: Dit monster is ongeveer 12 micron dun: twaalfduizendste millimeter! Op deze manier bestudeerd, wordt duidelijk dat de grote deeltjes een complexe poreuze structuur hebben. De regelmatig verdeelde minuscule witte pigmentdeeltjes zijn afkomstig uit het bindmiddel.

X - Naar boven

XRF: X-Ray Fluorescence

Röntgenfluorescentiespectrometrie (XRF) wordt gebruikt om vast te stellen welke chemische elementen er in een monster of object aanwezig zijn. Bij bestraling met röntgen zendt ieder element karakteristieke golflengtes uit. Zo worden de elementen, bij schilderijen in meerdere verflagen tegelijk, geïdentificeerd en geanaliseerd. Op basis van de aanwezige elementen en de kleur van de geanalyseerde plek kan dan worden verondersteld of vastgesteld welke pigmenten er in de verflagen aanwezig zijn.

De Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed beschikt over een mobiel XRF apparaat. Een waardevol object hoeft niet meer getransporteerd te worden, maar de onderzoeker gaat naar het object toe. Het non-destructieve karakter van deze apparatuur laat het te onderzoeken object in tact. Er hoeft geen monster van het object genomen te worden.