Определение фазового состава патины на поверхности бронзовых памятниках in situ спектрофотометрическим
методом

Фазовый состав естественной многослойной патины, защищающей бронзовые памятники от разрушения, во многом определяется
экологическим состоянием воздушной среды. Наличие в патине хлоридов указывает на необходимость принятия мер против
ускоренного разрушения памятника. Традиционно при мониторинге бронзовых памятников для определения фазового состава
патины используют рентгенофазовый анализ (РФА), для проведения которого необходимы соскобы патины. Подобная процедура
является локальной и может привести к дополнительной деструкции памятника, к тому же она не позволяет оперативно
оценить распределение по его поверхности различных фаз и не может быть использована в случае рентгеноаморфной патины.
Поэтому разработка неразрушающих экспрессных методов диагностики фазового состава патины на поверхности бронзы
является актуальной задачей. Нами разработан спектрофотометрический метод определения состояния бронзовых памятников в
городской среде, который состоит из следующих двух этапов.
1 этап. Получениее спектров и рассчет колориметрических параметров патины.
Для решения поставленной задачи сначала были измерены и проанализированы спектры диффузного отражения (СДО) природных
аналогов основных минералов патины: темноцветных (куприт, тенорит), зеленых (брошантит, малахит, атакамит) и сине-
голубых (азурит), которые затем были использованы в качестве эталонных. Измерение спектров производили в научно-
производственной фирме «ОПТЭК».малогабаритным переносным спектрофотометром QE 65000 с использованием волоконно-
оптического зонда.
По результатам измерений строили зависимости коэффициента диффузного отражения от длины волны в интервале λ = 380-986
нм. Кроме того, по спектрам зеленых минералов (малахита, брошантита, антлерита, атакамита), которые наиболее трудно
отличить визуально, в соответствии с рекомендациями Международной Комиссии по Освещению были рассчитаны их
колориметрические параметры (координаты цвета и цветности: X, Y, Z и x, y, z) Было показано, что
спектрофотометрические и колориметрические характеристики исследуемых минералов, в том числе зеленых, различаются и,
следовательно, могут быть использованы при идентификации фазового состава патины.
2 этап. Определение фазового состава патины.
Определение фазового состава патины на поверхности бронзовых памятников производили путем моделирования с
использованием эталонных спектров отражения. Для апробации разрабатываемой методики была произведена съемка спектров
диффузного отражения с поверхности четырех бронзовых памятников в Некрополе 18 века, музея городской скульптуры: А.
Магиру (3 спектра), Неизвестному (рядом) (4 спектра), М.Ф. Турчанинову (6 спектров), Е.С. Карнеевой (8 спектров).
Сначала сравнивали спектры патины и спектры эталонных образцов и, выявляя максимальное подобие, определяли главную
фазу. Затем методом наименьших квадратов с помощью оригинальной компьютерной программы Ю.Ф. Шепелева, с используя
спектры эталонных образцов, получали расчетный спектр, добиваясь его максимальной близости с полученным от патины
экспериментальным спектром: Rрасч = ΣCi Ri, где Rрасч - рассчитываемый коэффициент отражения от патины, Ri -
полученные экспериментально коэффициенты отражения от эталонных образцов, Ci - коэффициент пропорциональности.
Степень близости экспериментального и рассчитанного спектра определяли визуально и по значениям факторов
недостоверности S = Σ(Rэксп–Rрасч)2/ΣR2эксп, где Rэксп и Rрасч - экспериментальные и расчетные коэффициенты
отражения патины- Чем меньше S - фактор, тем лучше сходимость спектров.
Например, результаты интерпретации спектров, полученных на памятнике М.Ф. Турчанинову, показали, что исследуемая
патина состоит из куприта, брошантита и малахита (основные фазы), а также халькантита, атакамита и англезита. По
данным РФА в исследуемой патине основные минералы - куприт, малахит, брошантит, причем куприта больше, чем малахита и
брошантита. По данным спектрофотометрического метода эти минералы в исследуемой патине присутствуют, но распределены
неравномерно. Кроме того, спектрофотометрическим методом выявлено присутствие халькантита и атакамита, которые,
вероятно, находятся в рентгеноморфном состоянии. Во многих случаях количество куприта по данным спектрофотометрии
меньше, чем малахита и брошантита, что не подтверждается данными РФА и может быть связано с достаточно толстой
соляной пленкой, которая находится выше пленки куприта.
В целом, результаты испытаний продемонстрировали, что предлагаемая неразрушающая методика позволяет выявлять основные
фазы солевого слоя патины, в том числе рентгеноаморфные, и оценивать равномерность их распределения по поверхности
бронзового памятника.