ER sensors for monitoring artificial patination procedures: implications for the conservation of copper alloys artefacts

The conservation of copper-based artefacts presents a challenge in cultural heritage preservation due to the need to protect both artistic and natural patinas that form on their surfaces over time. To evaluate and develop potential conservation treatments, artificial patination techniques are used to recreate these layers as realistically as possible. This study focused on improving these patination techniques while assessing the advantages and drawbacks of each approach. A key innovation was the introduction of a cuprite layer, applied using two methods, to aid in the formation of the brochantite and atacamite patina. This step led to the development of an optimized brochantite process that required shorter processing times and resulted in more uniform patinas. However, the chloride-containing patina was improved but still displayed challenges. These patinas were analysed using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy and optical microscopy to examine their chemical composition and surface structure. FTIR spectra confirmed the successful formation of cuprite, brochantite, and atacamite layers, while optical microscopy revealed clear differences in the colour, thickness, and stability of the various patinas. A crucial tool in optimizing the patination techniques and assessing their aggressiveness was the use of ER sensors. These sensors were employed to evaluate the impact of the patination stages on thickness loss, facilitating a comparison of the various methods and proposed improvements. Although the 35 μm ER sensors used in this study were effective, a thinner 17-μm sensor would have yielded more accurate results, due to its higher sensitivity and better temperature compensation, but these were unfortunately unavailable. In conclusion, the use of ER sensors offers a promising approach for monitoring the effects of patination in real-time, providing a valuable tool for evaluating the aggressiveness of different patinas and optimizing preservation treatments. Future improvements to both the patination processes and the integration of ER sensors, along with other analytical techniques, could enhance the accuracy and effectiveness of copper-based artefacts conservation.

La conservazione degli artefatti in rame rappresenta una sfida nella preservazione del patrimonio culturale, vista la necessità di proteggere sia le patine artistiche che quelle naturali formatesi. Per valutare e sviluppare potenziali trattamenti di conservazione, vengono di solito utilizzate tecniche di patinatura artificiale per ricreare le patine nel modo più realistico possibile. Questo studio si è concentrato sul miglioramento di queste tecniche di patinatura, valutando i vantaggi e gli svantaggi di ciascun approccio. Un’innovazione è stata l’introduzione di uno strato di cuprite, applicato utilizzando due diversi metodi, per favorire la formazione delle patine di brochantite e atacamite. Questo passaggio ha portato allo sviluppo di un processo ottimizzato per la brochantite, che ha richiesto tempi di trattamento più brevi e ha prodotto patine più uniformi. Tuttavia, la patina contenente cloruri, anche se migliorata, ha ancora presentato delle problematiche. Le patine sono state analizzate utilizzando spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) e microscopia ottica per esaminare la loro composizione chimica e la struttura superficiale. Gli spettri FTIR hanno confermato la formazione di strati di cuprite, brochantite e atacamite, mentre la microscopia ottica ha rivelato differenze nel colore, nello spessore e nella stabilità delle varie patine. Uno strumento cruciale nell'ottimizzazione di queste tecniche di patinatura e nella valutazione della loro aggressività è stato l'uso dei sensori ER. Questi sensori sono stati impiegati per valutare l'impatto delle diverse fasi di patinatura sulla perdita di spessore, facilitando il confronto dei vari metodi e dei miglioramenti proposti. Sebbene i sensori ER spessi 35 μm utilizzati in questo studio siano stati efficaci, un sensore più sottile da 17 μm avrebbe fornito risultati più accurati, grazie alla sua maggiore sensibilità e migliore compensazione della temperatura, ma purtroppo non erano disponibili. In conclusione, l'uso dei sensori ER offre un approccio promettente per monitorare gli effetti della patinatura in tempo reale, fornendo uno strumento prezioso per valutare l'aggressività delle diverse patine e ottimizzare i trattamenti di conservazione. Ulteriori miglioramenti sia nei processi di patinatura che nell'integrazione dei sensori ER, insieme ad altre tecniche analitiche, potrebbero migliorare l'accuratezza e l'efficacia della conservazione degli artefatti in rame.