streszczenie

ROZPRAWA DOKTORSKA
Mgr inż. KATARZYNY LECH
„IDENTYFIKACJA BARWNIKÓW STOSOWANYCH W DZIEŁACH
SZTUKI ZA POMOCĄ WYSOKOSPRAWNEJ CHROMATOGRAFII
CIECZOWEJ Z DETEKCJĄ SPEKTROMETRII MAS”.
Promotor prof. dr hab. inż. Maciej Jarosz
STRESZCZENIE
Rozprawa doktorska pt. Identyfikacja barwników stosowanych w dziełach sztuki za pomocą
wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detekcją spektrometrii mas jest poświęcona
opracowaniu postępowań analitycznych umożliwiających rozpoznanie barwników używanych
do farbowania zabytkowych tkanin.
Barwniki naturalne towarzyszyły człowiekowi od początków dziejów, a sztuka
barwienia tkanin była znana wszystkim cywilizacjom starożytnym i rozwijała się niezależnie
na wszystkich kontynentach. Kolor nie miał jedynie zdobić, lecz przekazywać informację
symboliczną, wskazywać pełnioną funkcję czy podkreślać pochodzenie. Poszczególne ludy
pozyskiwały preparaty barwiące z różnych części roślin i zwierząt. Były one używane aż do
końca XIX wieku, kiedy to w krótkim czasie zostały zastąpione przez tańsze barwniki
syntetyczne produkowane w szerokiej gamie barw i odcieni.
Badania dzieł sztuki nie ograniczają się obecnie do analizy historycznej, bądź
artystycznej wartości dzieła. Zastosowanie nowoczesnych technik analitycznych do
identyfikacji
barwników w tkaninach archeologicznych,
a
następnie konfrontacja
otrzymanych wyników z wiedzą historyków sztuki pozwalają nie tylko na poznanie
charakteru obiektu oraz technologii jego produkcji, ale także na określenie jego wieku,
potwierdzenia pochodzenia i autentyczności. Z uwagi na wartość dzieła (i/lub jego stan), ilość
próbki pobieranej do badań nie może być duża. Co więcej, stosowane do farbowania
preparaty naturalne na ogół zawierały kilka lub kilkanaście substancji barwiących. Dlatego
też w celu ich identyfikacji w obiektach historycznych konieczne jest stosowanie
odpowiednich technik rozdzielania połączonych z czułymi i selektywnymi technikami
detekcji.
Celem pracy było stworzenie narzędzia analitycznego pozwalającego na identyfikację
organicznych barwników naturalnych w obiektach materialnego dziedzictwa kulturowego, ze
szczególnym uwzględnieniem barwników żółtych. Badania były wykonywane za pomocą
wysokosprawnej
chromatografii
cieczowej
(HPLC)
połączonej
z
detektorem
spektrofotometrycznym (UV-Vis) oraz dwoma rodzajami detektorów spektrometrii mas
z jonizacją poprzez elektrorozpraszanie (ESI MS): detektorem z pojedynczym analizatorem
kwadrupolowym oraz tandemowym spektrometrem mas z technologią JetStream. Praca
obejmowała:
(1)
charakterystykę
spektralną
wzorcowych
związków
barwiących,
optymalizację parametrów ich rozdzielania oraz detekcji, (2) analizę preparatów barwiących
i identyfikację zawartych w nich związków barwnych, (3) analizę modelowych wybarwień
przygotowanych według historycznych receptur oraz (4) identyfikację barwników
stosowanych w dziełach sztuki, przede wszystkim w zabytkowych tkaninach. Ekstrakcję
związków barwiących z włókien prowadzono sekwencyjnie z użyciem kolejno roztworu
kwasu mrówkowego i kwasu chlorowodorowego, co pozwoliło na zmniejszenie ilości próbki
niezbędnej do badań jednocześnie umożliwiając uzyskanie pełnej informacji na temat rodzaju
i formy substancji barwiących.
Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że większość flawonoidów
obecnych w barwnikach naturalnych występuje w postaci glikozydów. Rejestracja
chromatogramów za pomocą detektora MS przy różnych napięciach fragmentatora
umożliwiła rozpoznanie fragmentów cukrowych. Odnotowano występowanie jednostek
deoksyglikozydowych, heksozowych oraz glukuronowych. Zastosowanie detektora MS/MS
pomogło w ustaleniu struktury ich aglikonów, jak również pozwoliło na stwierdzenie
przekształcenia niektórych związków w O-metylowane pochodne pod wpływem warunków
ekstrakcji. W podobny sposób ustalono również, bądź przynajmniej przybliżono, budowę
kilku innych, dotychczas nieznanych substancji barwnych obecnych w koszenili
meksykańskiej. W wyniku porównania fragmentacji antrachinonów zawartych w badanym
preparacie i barwionych nim włóknach, stwierdzono obecność szeregu czerwonych związków
o budowie zbliżonej do struktury kwasu karminowego. Zarejestrowano oderwanie
fragmentów typowych dla O- i C-glikozydów, a także utratę grupy karboksylowej
i karbonylowej oraz rozpad grupy estrowej.
Odpowiednio dobrane postępowania pozwoliły zidentyfikować związki barwiące
stosowane do farbowania tkanin zabytkowych z polskich zbiorów muzealnych (ornaty ze
Skarbca Katedry na Wawelu, tkaniny prekolumbijskie z Państwowego Muzeum
Etnograficznego w Warszawie i kolekcji prywatnych). Udało się rozpoznać różne gatunki
barwników zwierzęcych (czerwiec polski, koszenilę meksykańską, szelak), a także inne
preparaty typowe dla poszczególnych regionów bądź stosowane na danym obszarze
w określonych przedziałach czasowych. Ustalenia takie pozwoliły stwierdzić oryginalność
tkanin, a także potwierdzić lub skorygować datowanie przyjęte przez historyków sztuki.
Analiza barwników w obiektach zabytkowych spowodowała konieczność identyfikacji
wczesnych preparatów syntetycznych stosowanych na przełomie XIX i XX wieku do
fałszowania lub podbarwiania starych i zniszczonych tkanin. Zastosowanie detektorów ESI
QqQ MS oraz ESI ToF MS pozwoliło na bezwzorcową identyfikację nieznanych substancji
barwiących zaliczanych do różnych grup barwników (zarówno anionowych,
jak
i kationowych). Typowa fragmentacja obserwowana na widmach jonów potomnych polegała
•
•
•
na utracie cząstek: SO2, NO , NO2 , CH4, C2H4, C2H5 , C2H6, CH2=N–CH3, (CH3)2NH,
CH2=NH, CH3–NH2, a także CO, CO2. Dodatkowe informacje o składzie pierwiastkowym
obserwowanych jonów i obecności heteroatomów uzyskano na podstawie ich nominalnej oraz
dokładnej wartości m/z, a także zarejestrowanych profili izotopowych.
W wyniku przeprowadzonych badań udało się stwierdzić wtórne barwienie jednego
z ornatów preparatami syntetycznymi, którego nie zauważono podczas prostych badań
mikroskopowych. Informacje dostarczone przez detektory MS/MS umożliwiły identyfikację
składników stosowanej mieszaniny.