Spectroscopy as a tool for the restoration of stained glass windows

Abstract

English: The application of non-invasive analytical techniques is an essential part of the ongoing process of restoration and conservation. These techniques can detect a variety of attributes of pieces forming part of the historical and cultural heritage, without altering their physical or chemical properties. This thesis attempts to incorporate optical spectroscopy as a non-destructive technique that can be used to restore the stained windows of churches and cathedrals. Regarding the restoring process, one of the most complex conflicts we encounter is the selection of the sample of replacement. Currently, the restoring part is selected via trial and error. The main goal of this thesis is to develop a new photonic based method that will allow restorers of stained window glasses to select the parts used for restoration in an objective way. Specifically, it tries to find a reliable method that allows us to know precisely the color of the "stained glass windows" by using optical spectroscopy. With the aid of the nowadays commercial avaiable portable optical spectrometers the proposed methology consists of measuring the optical spectrum (reflectance or transmittance) of the part of the window that needs restoration in situ and calculate from this spectrum the color coordinates. These values can then be compared to the color coordinates of a collection of possible repairing glass samples. In this thesis there are two parts . A first part consists of defining the measurement set-up. This includes both the selection of the components and the selection of the measurement geometry. A second part concerns the definition of the final selection procedure.

Castellano: La aplicación de técnicas analíticas no invasivas es una parte esencial en el proceso actual de restauración i conservación. Estas técnicas permiten detectar una gran variedad de atributos de piezas que forman parte del patrimonio histórico i cultural, sin alterar sus propiedades físicas o químicas. Esta tesis trata de incorporar la espectroscopia óptica como una técnica no destructiva que puede servir para la restauración de las vidrieras de iglesias i catedrales. En cuanto al proceso de restauración, uno de los conflictos más complejos que encontramos es la selección de la muestra destinada a reemplazar la parte dañada. En la actualidad, la elección de la parte restauradora se realiza a través de ensayo y error. El objectivo principal de esta tesis es desarrollar un nuevo método basado en fotónica que permitirá a los restauradores de los vitrales seleccionar las piezas utilizadas para la restauración de una manera objetiva. Más concretamente, se trata de encontrar un método fiable que nos permita conocer con exactitud el color de las vidrieras mediante el uso de espectroscopia óptica. Con la ayuda de los espectrómetros ópticos portátiles que están disponibles en el mercado hoy en día, la metodología propuesta consiste en realizar una medida in situ del espectro óptico (reflectancia o transmitancia) de la parte de la ventana que necesita restauración y calcular, a partir de este espectro, las coordenadas de color que le corresponden. De esta forma, los valores obtenidos se pueden comparar con las coordenadas de color de una colección de posibles muestras restauradoras. Esta tesis tiene dos partes principales. Una primera parte consiste en definir el sistema de medida. Esto incluye tanto la selección de los componentes que forman el sistema como la selección de la geometría de medida. Una segunda parte se refiere a la definición del procedimiento de selección final.

Català: L'aplicació de tècniques analítiques no invasives és una part essencial per al procès actual de restauració i conservació. Aquestes tècniques permeten detectar una gran varietat d'atributs de peces que formen part del patrimoni historic i cultural, sense alterar les seves propietats fisiques o químiques. Aquesta tesis tracta d'incorporar l'espectroscòpia òptica com a tècnica no destructiva que pot servir per a la restauració de les vidrieres d'esglesies i catedrals. Pel que fa al procés de restauració, un dels conflictes més complexes que trobem és la selecció de la mostra destinada a reemplaçar la part malmesa. En l'actualitat, l'elecció de la part restauradora es fa a través d'assaig i error. L'objectiu principal d'aquesta tesi és desenvolupar un nou mètode basat en fotònica que permetrà als restauradors dels vitralls seleccionar les peces utilitzades per a la restauració d'una manera objectiva. Més concretament, es tracta de trobar un mètode fiable que ens permeti conèixer amb exactitud el color de les vidrieres mitjançant l'ús d'espectroscòpia òptica. Amb l'ajuda dels espectròmetres òptics portàtils que estan disponibles en el mercat avui en dia, la metodologia proposada consisteix en realizar una mesura in situ de l'espectre òptic (reflectància o transmitància) de la part de la finestra que necessita restauració i calcular a partir d'aquest espectre les coordenades de color que li corresponen. D'aquesta forma, els valors obtinguts es poden comparar amb les coordenades de color d'una col lecció de posibles mostres restauradores . Aquesta tesi té dues parts principals. Una primera part consisteix en definir el sistema de mesura. Això inclou tant la selecció dels components que formen el sistema com la selecció de la geometria de mesura. Una segona part es refereix a la definició del procediment de selecció final.