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El CIEMAT y la conservación de las obras de arte Benigno Sánchez Cabrero - Jefe de Análisis y Tratamiento Fotocatalítico de Contaminantes en Aire. División de Energías Renovables. CIEMAT / Head of Analysis and Photocatalytic Treatment of Pollutants in Air. Division of Renewable Energies. CIEMAT

En 2013 cuando los trabajos de remodelación integral del Museo Arqueológico Nacional (MAN) comenzados cinco años antes es-taban terminando, en las nuevas vitrinas instaladas para albergar

un buen número de piezas, las conservadoras del museo detectaron olores desagradables que en algunos casos les causaban malestar, dolor de cabeza y náuseas. Estas vitrinas, adquiridas en Centro Eu-ropa, con buena estanqueidad y construidas en vidrio y aluminio, ga-rantizaban la reducción de deposición de polvo sobre las obras y una muy buena visibilidad. Pero, ¿qué causaba estos olores?

Los trabajos de investigación que el grupo FotoAir había realizado sobre contaminación de aire interior en hospitales y oficinas, hicie-ron que la jefa del Departamento de Conservación del MAN buscara nuestra colaboración. Las primeras medidas en el interior de aquellas vitrinas indicaron altas concentraciones de compuestos orgánicos vo-látiles. La dirección del museo mostró su preocupación y la empresa suministradora nos encargó un estudio que discriminara el origen y abundancia de los contaminantes encontrados. Comenzó entonces una labor sistemática de análisis de las emisiones de cada uno de los componentes de estas nuevas vitrinas, desde sus elementos estruc-turales, hasta todos aquellos que conforman su ligazón e informan del contenido, además de los soportes sobre los que se exhiben las piezas. Se analizaron por tanto: siliconas, tintas gráficas, pegamen-tos, lacas, adhesivos, materiales para soportes, imprimaciones, hasta un total de 24 materiales diferentes. Los volátiles emitidos por estos materiales fueron muestreados mediante captadores pasivos en reactor cerrado con posterior análisis mediante desorción térmica programada acoplado a cromatografía de gases con detector de masas (ATD-GC-MS). De esta manera más de 50 Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) fueron identificados. Se determinaron los más preocupantes desde el

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Cuando visitamos un museo, contemplamos un cuadro, observa-mos un tejido o simplemente ojeamos un libro en una vieja biblio-teca, el paso del tiempo nos lo presenta deslucido. Colores apaga-dos, grises, tristes. El respeto que sentimos por historias pasadas nos atrae pero la impronta material de los objetos expuestos nos perturba. Rechazamos lo viejo, lo caduco si no nos sorprende de inmediato. ¿Qué conservar?, ¿cómo hacerlo?. Nuestra aportación desde la Unidad de Análisis y Tratamiento Fotocatalítico de Con-taminantes en Aire (FotoAir).

The CIEMAT and artwork conservation

In 2013, when the integral remodeling work at the National Archaeological Museum (MAN) that had begun five years earlier was completed, the muse-

um conservators noticed some disagreeable odors in the new showcases installed to house a good number of the pieces. In some cases these odors were caus-ing them discomfort, headache and nausea. These showcases, purchased in Central Europe and made of glass and aluminum with a good seal, guaranteed that less dust would settle on the works and also a very good visibility. But what were causing those odors?

Thanks to the research work done by the FotoAir group on indoor air contamination in hospitals and offices, the head of the MAN Conservation Depart-ment sought our collaboration. The first measure-ments made inside those showcases indicated high concentrations of volatile organic compounds. The museum management expressed its concern and the supplier commissioned us to do a study that would determine the origin and abundance of the detected contaminants. Thus began a systematic job of analy-sis of the emissions from each of the components of these new showcases, from their structural elements to all those comprising the binding, as well as the supports on which the pieces are exhibited. The following were therefore analyzed: silicones, graphic inks, glues, varnishes, adhesives, support materials, primers, etc. – up to a total of 24 different materi-als. The volatile compounds emitted by these mate-rials were sampled with passive collectors in closed

When we visit a museum, look at a painting, see a fabric or simply glance at a book in an old library, the passage of time has caused it fade to for us – dull, gray, sad colors. We feel respect for past his-tories, but the material impression of the exhibited objects disturbs us. We reject everything old or out-dated if it does not surprise us immediately. What should be conserved, and how should it be done? Our contribution from Unit of Analysis and Photocat-alytic Treatment of Pollutants in Air (FotoAir).

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punto de vista de la salud y se propuso el cambio de siliconas, tintas y del material base de los soportes de las piezas expuestas por otro más estable y de menor emisión de volátiles. Se demostraron ineficientes las recomendaciones de curado que el fabricante daba para alcanzar el nivel de inocuidad así como el mantenimiento en abierto de las vitri-nas en el interior del museo un mes antes incluso de alojar las obras.

Este primer trabajo, despertó una serie de preguntas que siguen sien-do objeto de investigación en la búsqueda de claras respuestas: ¿cuá-les son los COV existentes en el interior de las vitrinas y, por tanto, en íntimo contacto las veinticuatro horas del día con las obras?, ¿en qué concentración se encuentran?, ¿cuál es su evolución en el tiempo?, ¿qué relación existe entre la concentración interior y exterior de la vitrina?, ¿y entre el interior y el exterior del museo?, ¿podemos utilizar un sistema fotocatalítico para eliminar o reducir la concentración de estos contaminantes detectados? Estas y otras preguntas nos anima-ron a solicitar un proyecto en la convocatoria Retos colaboración (Pro-grama Estatal de I+D+i orientado a los retos de la sociedad) que fue finalmente aprobado en 2015. El proyecto AIR ARTE. En este proyecto se continúa trabajando sistemáticamente en dos museos: el MAN y el Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía, con muestreos de COV y bioaerosoles tanto en el exterior de los mismos como en diferentes sa-las y en estas, también en el interior de las vitrinas. Con ello, se pres-ta especial atención a la calidad del aire desde el punto de vista de la salud de los conservadores y visitantes.

¿Pero qué ocurre con las obras de arte y el resto de los bienes cultura-les?, ¿las concentraciones que consideramos seguras para nosotros, lo son también para ellas? Es mucho lo que todavía nos queda por cono-cer. Un compuesto altamente tóxico y cancerígeno como es el benceno no supone ningún riesgo para una obra de arte. Por el contrario, algu-nos autores alertan del necesario mantenimiento de las concentracio-nes de diferentes compuestos en niveles mucho más bajos de los que entendemos seguros para el hombre.

El proyecto AIR ARTE plantea entre sus objetivos la determinación y cuantificación de los COV considerados problemáticos, así como su posible tratamiento mediante la tecnología más eficiente de entre

reactor with subsequent analysis via programmed thermal desorption coupled to gas chromatograph with mass detector (ATD-GC-MS). In this way, more than 50 Volatile Organic Compounds (VOC) were identified. The most worrisome ones from a health perspective, were determined and it was proposed that silicones, inks and the base material of the supports of the exhibited pieces be replaced with more stable materials with less emis-sion of volatile compounds. The maturing recommen-dations given by the manufacturer to reach the safety level were shown to be inefficient, as was keeping the showcases open inside the museum one month before even housing the works.

This first task posed a series of questions that are still being investigated to find clear answers: What VOCs are inside the showcases and therefore in close contact with the works 24 hours a day?, What is their concen-tration?, What is their evolution over time?, What is the existing relation between the concentrations inside and outside the showcase?, And between the interior and exterior of the museum?, Can we use a photocatalytic system to eliminate or reduce the concentration of these

Toma de muestra de COV en el MAN sobre adsorbente a través de la bandeja que cada vitrina dispone en su parte inferior.VOC sampling in the MAN on adsorbent through the tray located at the bottom of each showcase.

Olga Vilanova doctoranda del CIEMAT, posicionando un cartucho adsorbente sobre bomba de muestreo como paso previo a la determinación y cuantificación de los contaminantes existentes en una de las salas de exposiciones del MAN.Olga Vilanova, CIEMAT doctoral student, positioning an adsorbent cartridge on a sampling pump as a step prior to determining and quantifying the existing contaminants in one of the MAN exhibition rooms.

las tres propuestas: filtración mediante carbón activado, polarización activa y fotocatálisis. De esta manera al final del mismo y después de una clara valoración tanto técnica como económica, la empresa coor-dinadora estará en disposición de llevar la más eficiente al mercado.

¿Cómo determinar la relación causa efecto entre la concentración del COV y el material que compone la obra expuesta? Evidentemente hay multitud de materiales, formas y colores que pueden verse afectados. En el nivel actual de conocimiento, nos detenemos por ahora en mate-riales de piezas que supongan un valor histórico y artístico de primer orden. Dado que en el MAN existen obras significativas de la cultura egipcia, desde los departamentos de Conservación y de Antigüedades egipcias se decidió solicitar a través de la plataforma Iperion CH (Inte-grated Platform for the European Research Infrastructure ON Culture Heritage) el desplazamiento del laboratorio móvil para medidas no in-

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detected contaminants? These and other questions encouraged us to apply for a project in the RETOS col-laboration call (National Societal Challenges-Oriented R&D&I Program), which was finally approved in 2015 – Project AIR ARTE. Work systematically continues on this project in two museums – the MAN and the Reina Sofia Art Center National Museum – with sampling of VOCs and bio-aerosols both outside the museums and in the different rooms, and also inside the showcases in these rooms. Special attention is paid to the air quality from the perspective of conservator and visitor health. But what happens with the artworks and the rest of the cultural assets? Are the concentrations that we consider as safe for us also safe for them? There is much that we still need to know. A highly toxic and carcinogenic compound like benzene does not pose any risk to a work of art. On the contrary, some authors warn of the nec-essary maintenance of the concentrations of different compounds at much lower levels than those we consider to be safe for humans.

Olga Vilanova junto a la Dra. Costanza Miliani coordinadora jefe de MOLAB analizando datos en los laboratorios del MAN Olga Vilanova with Dr. Costanza Miliani, head coordinator of MOLAB, analyzing data in the MAN laboratorios.

Dra. Carmen Pérez Díe conservadora jefa del Departamento de Antigüedades Egipcias determinando el punto de color para ser analizado por reflectancia infrarroja junto con la Dra. Francesca Rosi de MOLABDr. Carmen Pérez Díe, head conservator of the Department of Egyptian Antiquities, determining the point of color to be analyzed by infrared reflectance, together with Dr. Francesca Rosi of MOLAB.

Olga Vilanova, CIEMAT doctoral student, positioning an adsorbent cartridge on a sampling pump as a step prior to determining and quantifying the existing contaminants in one of the MAN exhibition rooms.Olga Vilanova, CIEMAT doctoral student, positioning an adsorbent cartridge on a sampling pump as a step prior to determining and quantifying the existing contaminants in one of the MAN exhibition rooms.

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vasivas (Molab) con objeto de estudiar las policromías de la colección del MAN y en colaboración con el CIEMAT, valorar la incidencia de los COV en el denominado proyecto Peman (Polychromy on Egyptian Works of the National Archaeological Museum. Technical study of the impact of VOCs). Este proyecto ha sido aprobado y técnicos del Molab procedentes de Italia y Francia trabajaron el pasado mes de febrero con cuatro piezas seleccionadas: dos ataúdes, una máscara de mo-mia y una caja de estatuillas de pequeño tamaño que integraban el ajuar funerario denominadas ushebtis, todas ellas policromadas. Tres realizadas en madera y una en cartonaje (tejidos de lino y yeso con aglutinante orgánico), en las que se encuentra un completo repertorio cromático. Todas estas obras se muestran en la exposición permanen-te del MAN. Las técnicas utilizadas han sido: Fluorescencia de rayos X (XRF), Micro Raman, Reflectancia visible, Reflectancia-NIR, Fluores-cencia UV-Vis, Reflectografía multiespectral Vis-NIR.

Mediante la identificación y caracterización de estos pigmentos se puede establecer una relación causal entre la concentración de los diferentes contaminantes y las pérdidas e incluso cambios de color que se pueden llegar a ocasionar a estas obras de arte. Siloxanos, hi-drocarburos aromáticos como los xilenos, etilbenceno, trimetilbenceno o tolueno son, entre otros, contaminantes nuevos para estas obras; no existían cuando los diferentes pigmentos fueron concebidos para dar color. ¿Cuál es la evolución que puedan sufrir por la presencia de estos nuevos contaminantes?, es algo que precisa ser investigado. La alternativa que la fotocatálisis o cualquiera de las otras dos técnicas estudiadas representan para la reducción de la carga existente en el ambiente de las obras en general y de las más singulares en particular, está todavía por aclarar. Olga Vilanova, investigadora del CIEMAT, se encuentra actualmente realizando su tesis doctoral sobre estos temas, todo ello enmarcado dentro del proyecto AIR ARTE.

The objectives of project AIR ARTE include the deter-mination and quantification of the VOCs considered as problematic, as well as their possible treatment with the most effective technology of the three proposed: filter-ing via activated carbon, active polarization and photo-catalysis. In this way, at the end of the project and after a thorough technical and economic assessment, the coordinating company will be in a position to market the most efficient one.

How is the cause-effect relation between the VOC concentration and the component material of the ex-hibited work determined? Obviously, there are many materials, shapes and colors that can be affected. With the current state of knowledge, for now we focus on the materials of pieces that are of prime historical and artistic value. Since the MAN has significant works from Egyptian culture, the Egyptian Antiquities and Conser-vation departments decided to request, via the IPERI-ON CH (Integrated Platform for the European Research Infrastructure ON Culture Heritage) platform, the mobile laboratory for non-invasive measurements (MOLAB) in order to study the polychromes of the MAN collection and, in collaboration with the CIEMAT, assess the inci-dence of VOCs in the project called PEMAN (Polychro-my on Egyptian Works of the National Archaeological Museum. Technical study of the impact of VOCs). This Project has been approved, and last February MOLAB technicians from Italy and France worked with four selected pieces: two coffins, one mummy mask and a box of small figurines called ushabti that were included among grave goods, all of them polychrome. Three of these objects are made of wood and one of carton-nage (linen and plaster with organic binder), and they offer a complete chromatic repertoire. All these works are displayed in the MAN’s permanent exhibition. The techniques used have been: Near infrared reflectance (NIR), UV-Vis Fluorescence, Vis-NIR multispectral re-flectography.

With the identification and characterization of these pigments, a causal relationship can be established be-tween the concentration of the different contaminants and the losses, and even changes, of color that they can cause to these artworks. Siloxanes and aromatic hy-drocarbons such as xylene, ethylbenzene, trimethylben-zene and toluene are, among others, new contaminants for these works; they did not exist when the different pigments were conceived for coloring. What is the evo-lution they will experience due to the presence of these new contaminants? This is something that needs to be investigated. The alternative that photocatalysis or ei-ther of the other two studied techniques represents for reducing the existing ambient burden on the works in general and the most singular ones in particular must still be clarified. Olga Vilanova, CIEMAT researcher, is currently doing her doctoral dissertation on these top-ics, all as part of project AIR ARTE.

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Dra. Laura Cartechini de MOLAB posicionando un equipo de fluorescencia de rayos X sobre ataúd egipcio y su filmación por Televisión Española (TVE).Dr. Laura Cartechini of MOLAB positioning X-ray fluorescence equipment on a Egyptian coffin, which is being filed by TVE .