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JAIC Abstract Translations

August 2015, Vol. 54.3


MOPA MOPA: SCIENTIFIC ANALYSIS AND HISTORY OF AN UNUSUAL SOUTH AMERICAN RESIN USED BY THE INKA AND ARTISANS IN PASTO, COLOMBIA

Richard Newman, Emily Kaplan, Michele Derrick

A native South American phenolic resin commonly called mopa mopa was used for many centuries in two cultural contexts, by artisans in the region of Pasto, Colombia (where it is still used), and by the Inka in Peru, where it was used to decorate ceremonial drinking cups known as qeros. It was softened to a rubbery state by heating in water, mixed with colorants, stretched into thin layers and applied as inlay to decorate wooden surfaces of various kinds of objects. The resin comes from trees of the genus Elaeagia, which grows in mountainous regions of western South America from Colombia to Ecuador. Botanical specimens from the two species that are the most likely sources of mopa mopa, Elaeagia pastoensis and Elaeagia utilis, were analyzed along with samples from colonial period objects made in Pasto and samples from Inka qeros. Species-specific identification of the resin is often possible, with E. pastoensis being utilized in Pasto and (probably) E. utilis by the Inka. This conclusion has important implications for the possible connection between the use of mopa mopa in the two widely separated areas.

Una resina fenólica nativa de Suramérica comúnmente conocida como mopa mopa fue usada por muchos siglos en dos contextos culturales: por los artesanos de la región de Pasto, Colombia (dónde aún se emplea), y por los Incas en Perú, dónde se utilizaba para decorar vasos ceremoniales conocidos como qeros. La resina era ablandada hasta alcanzar una consistencia similar al caucho por medio de calentamiento en agua, mezclada con colorantes, estirada en finas capas y aplicada como taracea para decorar superficies de madera en varios tipos de objetos. La resina viene de árboles del género Elaeagia, que crece en las regiones montañosas del occidente de Suramérica desde Colombia a Ecuador. Los especímenes botánicos de las dos especies que con mayor probabilidad son las fuentes del mopa mopa, Elaeagia pastoensis y Elaeagia utilis, fueron analizados junto con muestras de objetos del periodo colonial fabricados en Pasto y muestras de qeros Incas. La identificación específica de la especie a partir de la resina es con frecuencia posible, con E. pastoensis siendo utilizada en Pasto y (probablemente) E. utilis por los Incas. Esta conclusión tiene implicaciones importantes para determinar la posible conexión entre el uso del mopa mopa en dos áreas considerablemente separadas geográficamente. 

Une résine phénolique originaire d’Amérique du Sud et communément appelée
mopa mopa a été utilisée durant plusieurs siècles dans deux contextes culturels, chez des artisans de la région de Pasto en Colombie (où elle est toujours utilisée), et par les Incas au Pérou, où elle était utilisée pour décorer des coupes cérémoniales connues sous le nom de qeros. La résine était ramollie jusqu'à un état caoutchouteux en la chauffant dans l’eau, mélangée avec des colorants, étirée en de minces films et appliquée en incrustation pour décorer les surfaces en bois de différents types d’objets. Elle provient d’arbres du genre Elaeagia qui poussent dans les régions montagneuses de l’ouest de l’Amérique du Sud, de la Colombie jusqu’en Équateur. Des spécimens botaniques de deux espèces qui sont les sources les plus probables de mopa mopa, Elaeagia pastoensis et Elaeagia utilis, ont été analysés, de même que des échantillons d’objets de la période coloniale fabriqués à Pasto et d’échantillons de qeros incas. L’identification spécifique de l’espèce dont provient la résine est souvent possible, avec E. pastoensis ayant été utilisée à Pasto et (probablement) E. utilis par les Incas. Cette conclusion a d’importantes implications pour l’établissement d’un lien possible quant à  l’utilisation de mopa mopa dans deux régions grandement éloignées l’une de l’autre.


ULTRAVIOLET-INDUCED VISIBLE FLUORESCENCE AND CHEMICAL ANALYSIS AS TOOLS FOR EXAMINING FEATHERWORK

Ellen Pearlstein, Melissa Hughs, Joy Mazurek, Kevin McGraw, Christel Pesme,Renée Riedler, Molly Gleeson

Feathers are found in cultural heritage collections of tribal arts from the Americas, Africa, and the Pacific as well as in contemporary art, European and American fashion, and in taxidermy and ornithology specimens. Although museum conservators routinely evaluate feathers by looking at insect damage and mechanical wear, as well as fading as evidence of light exposure, examination of feathers for visible fluorescence under an ultraviolet source is atypical. Recent research by both the authors and bird biologists indicate that ultraviolet fluorescence examination can provide valuable information about the identification and pigmentation of feathers found in museum collections. A number of feather pigments, including psittacofulvins found only in red and yellow pigments in birds in the Psittaciforme family, as well as porphyrins found in rusty brown owl plumage, may be identified by their specific ultraviolet-induced visible fluorescence.
Feathers whose pigments are not directly fluorescent may still undergo appearance changes under an ultraviolet source as a consequence of light aging. Fluorescence is demonstrated to be an early marker of chemical change, and can be used to detect such change before it can be measured colorimetrically. The authors evaluate different methods of analysis, including ultraviolet-induced visible fluorescence, reflectance spectroscopy, fluorescence spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, gas chromatography/mass spectroscopy, and rates of pigment extraction for detecting light-induced physical and chemical changes in feathers. Results indicate that ultraviolet-induced visible fluorescence may be the most sensitive indicator of light-induced degradation. Museum featherwork, some with records of estimated display, was found to display ultraviolet-induced visible fluorescence changes analogous to photoaged feather samples.

Las plumas se encuentran en colecciones de patrimonio cultural de artes tribales de las Américas, África y el Pacífico, así como también en colecciones de arte contemporáneo, moda europea y americana, y en especímenes de taxidermia y ornitología. A pesar de que los conservadores de museos evalúan rutinariamente las plumas para buscar daños por insectos y desgaste mecánico, así como también desvanecimiento como evidencia de exposición a la luz, su examen bajo fuente ultravioleta para detectar fluorescencia visible es atípico. Una investigación reciente de los autores y de biólogos de aves indica que el examen con fluorescencia ultravioleta puede proveer información valiosa sobre la identificación y pigmentación de las plumas en colecciones de museos. Un número de pigmentos de plumas, incluyendo el psittacofulvins encontrado solo en los pigmentos amarillos de aves de la familia Psittaciforme, así como también porfirinas encontradas en plumajes de búho color marrón óxido, podrían ser identificados por su fluorescencia especifica visible inducida por radiación ultravioleta. 

Las plumas cuyos pigmentos no son directamente fluorescentes también podrían experimentar cambios de apariencia bajo una fuente ultravioleta como consecuencia del envejecimiento por luz.  Se ha demostrado que la florescencia es un marcador temprano de cambio químico, y puede usarse para detectar tal cambio antes de que este pueda medirse colorimetricamente. Los autores evaluaron diferentes métodos de análisis, incluyendo fluorescencia visible inducida por radiación ultravioleta, espectroscopia de reflectancia, espectroscopia de fluorescencia, espectroscopia Fourier de transformación infrarroja, espectroscopía de fotoelectrón de rayos X, cromatografía de gases/espectroscopía de masa, y velocidades de extracción de pigmentos para detectar cambios físicos y químicos inducidos por luz en las plumas. Los resultados indican que la fluorescencia visible inducida por radiación ultravioleta podría ser el indicador más sensible a la degradación inducida por luz. Se encontró que los objetos con plumas en museos, algunas con récords estimados de su exhibicion, muestran cambios en su fluorescencia visible inducida por radiación ultravioleta análogos a los de muestras de plumas envejecidas con luz. 

On trouve des plumes dans les collections du patrimoine culturel d’art autochtone des Amériques, d’Afrique et du Pacifique, ainsi que dans l’art contemporain, dans la mode américaine et européenne, et dans les spécimens de taxidermie et d’ornithologie. Bien que les restaurateurs de musée évaluent les plumes de façon régulière en examinant les dommages causés par les insectes ou l’usure, ainsi que la perte de couleurs, comme preuve d’une exposition à la lumière, il est rare qu’ils documentent leur fluorescence sous  lumière ultraviolette lors de leurs examens. Une recherche récente par les auteurs et des biologistes spécialisés en ornithologie a indiqué que l’observation de fluorescence sous lumière ultraviolette pouvait fournir des informations précieuses sur l’identification et la pigmentation des plumes dans les collections de musée. Un nombre de pigments présents dans les plumes, incluant la psittacine / psittacofulvine que l’on retrouve seulement dans les pigments rouges et jaunes des oiseaux de la famille des Psittaciformes, ainsi que des porphyrines trouvées dans le brun rouille du plumage des hiboux, peuvent être identifiés par leur fluorescence spécifique sous lumière ultraviolette. Les plumes dont les pigments ne sont pas originairement fluorescents peuvent aussi présenter  des changements en apparence sous lumière ultraviolette comme conséquence du photo-vieillissement.  Il est démontré que la fluorescence est un marqueur précoce de changement chimique et peut être utilisée pour détecter un changement avant qu’il ne soit mesurable par la colorimétrie. Afin de détecter les changements physiques et chimiques dans les plumes causés par la lumière, les auteurs évaluent différentes méthodes d’analyse incluant la fluorescence induite par la lumière ultraviolette, la spectroscopie de réflectance, la spectroscopie de fluorescence, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, la spectroscopie de photoélectrons X, la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse, ainsi que les taux d'extraction de pigment. Les résultats indiquent que la fluorescence induite sous lumière ultraviolette peut être l’indicateur le plus sensible de la dégradation causée par la lumière. Certains objets de collection en plume ayant une période totale d’exposition connue, ont montré des changements de fluorescence sous ultraviolet analogues à ceux d’échantillons de plumes vieillis à la lumière.


ANALYSIS OF FATTY ACIDS EXTRACTED FROM A WHALE SKELETON: ANALYTICAL APPROACH TO EVALUATE THE EFFICACY OF DEGREASING TREATMENT
Charlène Pelé, Bruno Bujoli, Élodie Guilminot, Gwenaël Lemoine, Isabelle Louvet, Laurent Poisson

The Natural History Museum of Nantes, France, was encountering difficulties in the display and preservation of an insufficiently degreased fin whale skeleton. A degreasing method to solve this issue was thus investigated, using bone samples having problems similar to this skeleton. First, gas chromatography was used to show that the grease seeping out the bones was constituted of free fatty acids, and the profile of these free fatty acids was then established. Experimental conditions for the treatment were then optimized to ensure a good efficacy of free fatty acid extraction while respecting bone integrity. A succession of brief heptane baths at room temperature was found to be a good compromise. The appropriate number of treatment applications was determined on the basis of the appearance of the extracts, and gas chromatography analysis was used to rationalize the evolution in their visual appearance. During the initial baths, extraction of unsaturated fatty acids (brown oil causing brown spots to appear on the bone surface) occurred. In contrast, from the third bath onwards, mainly saturated fatty acids were removed. However, extraction of all the saturated fatty acids is not recommended because of their role in the mechanical support of bone structure. The treatments tested were shown to have no adverse effects on the organic components of bone, as evidenced by high-resolution nuclear magnetic resonance spectroscopy, since fragments of collagen were not detected in the extracts. However, calcium, but only in trace amounts, was detected by atomic absorption spectrometry. This suggests that the inorganic part of bone, which is composed of hydroxyapatite, had undergone very limited degradation.

El Museo de Historia Natural de Nantes, Francia, estaba encontrando dificultades en la exhibición y preservación de un esqueleto de ballena de aleta insuficientemente desengrasado. Por ello se investigó un método de desengrasado para resolver este tema, utilizando muestras de huesos con problemas similares a los de este esqueleto.  Primero se usó cromatografía de gases para mostrar que la grasa que salía de los huesos estaba formada por ácidos grasos libres, y el perfil de estos ácidos grasos libres se determinó posteriormente. Las condiciones experimentales para el tratamiento fueron optimizadas, para asegurar una buena eficacia de extracción de ácidos grasos libres, respetando al mismo tiempo la integridad ósea. Se encontró que una sucesión de breves baños de heptano a temperatura ambiente eran una buena concesión equilibrada. El número de aplicaciones del tratamiento se determinó en base a la apariencia de los extractos, y se usó análisis por cromatografía de gases para racionalizar la evolución de su apariencia visual. Durante los baños iniciales, ocurrió la extracción de ácidos grasos no saturados (aceite de color marrón causante de la aparición de puntos marrones en la superficie de los huesos). En contraste, a partir del tercer baño, principalmente ácidos grasos saturados fueron removidos. Sin embargo, la extracción de todos los ácidos grasos saturados no es recomendable debido a su papel en el soporte mecánico de la estructura del hueso. Usando espectroscopía de resonancia magnética nuclear de alta resolución, se demostró que los tratamientos utilizados no tienen efectos adversos sobre los componentes orgánicos del hueso, dado que no se detectaron fragmentos de colágeno en los extractos. Sin embargo, por espectrometría de absorción atómica, fueron detectados solo trazas de calcio. Esto sugiere que la parte inorgánica del hueso, que está compuesta de hidroxiapatita, sufrió una degradación muy limitada. 

Une situation difficile existait au Muséum d’histoire naturelle de Nantes, en France, par rapport à la mise en valeur et la préservation du squelette insuffisamment dégraissé d’un rorqual commun. Une approche pour le dégraissage a donc été développée à l’aide d’échantillons d’os présentant des problèmes similaires à ceux du squelette. Dans un premier temps, la chromatographie en phase gazeuse a permis de démontrer que la graisse suintant des os était constituée d’acides gras libres; le profil de ces acides gras a ensuite été déterminé.  L’approche de traitement permit d’assurer une extraction efficace des acides gras libres, tout en respectant l’intégrité de l’os. Des bains successifs utilisant de l’heptane à température de la pièce se sont avéré un bon compromis. Le nombre optimal de bains a été déterminé d’après l’apparence des solutions résiduelles et une analyse par chromatographie en phase gazeuse en a vérifié les résultats. Lors des premiers bains, l’extraction des acides gras non saturés (une huile brune qui provoque l’apparition de taches brunes à la surface de l’os) se produisait. Par contre, à compter du troisième bain, l'extraction produisait surtout des acides gras saturés. Une extraction complète de tous les acides gras saturés n’est pas souhaitable en raison du rôle mécanique qu’ils jouent dans la structure de l’os.  Les traitements évalués n’ont pas causé d’effets négatifs sur les composés organiques de l’os, tel que démontré  par la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à haute résolution, puisque des résidus de collagène n’ont pas été détectés dans les résidus extraits. Cependant des traces minimes de calcium ont été détectées par la spectrométrie d’absorption atomique. Ceci suggère que la constituante inorganique de l’os, l’hydroxyapatite, n’a subi qu’une dégradation très peu marquée.



ON THE PROTECTIVE NATURE OF WAX COATINGS FOR CULTURALLY SIGNIFICANT OUTDOOR METALWORKS: MICROSTRUCTURAL FLAWS, OXIDATIVE CHANGES, AND BARRIER PROPERTIES

Natasja Swartz and Tami Lasseter Clare

Changes in chemical, microstructural, and barrier properties of two commonly used and commercially available waxes – a microcrystalline wax (Renaissance wax) and a microcrystalline and carnauba blended wax (Butcher's Boston Polish Amber Paste Wax) – for the prevention of corrosion on outdoor metalwork were investigated. The waxes were applied to both plain and patinated substrates of bronze and steel, and properties of the films were measured before and after weathering. Accelerated weathering was performed by accelerated UV-B illumination/condensation and outdoor weathering under standard South Florida exposures and in Portland, OR.

Comparison of Fourier transformed micro-infrared and nuclear magnetic resonance spectra enabled characterization of chemical functional groups of these waxes as they weathered and showed relative increases in methylene character suggestive of cross-linking, appearance of terminal vinyl bands suggestive of chain-scission, and evidence of oxidative film damage. After annealing, microstructural changes were observed by thin-film X-ray diffraction and showed a decrease in crystallinity, which indicates a decrease in barrier properties. The barrier properties of the wax films after weathering were studied by electrochemical impedance spectroscopy and equivalent electrical circuits provided insights into the physical state of the films. The electrochemical impedance spectroscopy data showed that the permittivity of the weathered waxed panels increased, which was observed as a decrease in coating resistance and an increase in coating capacitance. Photographic documentation of the substrates showed extensive visible corrosion upon weathering. Our results demonstrate that waxed metal panels exposed outdoors do not have a period of stability when the protective qualities of the film do not change. This suggests that while waxes are commonly used to protect against corrosion, their barrier properties are affected by flaws in the microstructure and their susceptibility to chemical alteration during weathering. Results from a blind study with professional conservators as the participants are presented, to elucidate how they rank the importance of such factors as gloss and working lifetime when selecting protective coatings.

Se investigaron los cambios químicos, micro estructurales y propiedades como barrera de dos ceras comúnmente usadas y disponibles comercialmente -- una de ellas cera micro cristalina (Renaissance wax) y la segunda una mezcla de cera micro cristalina y cera carnauba (Butcher’s Boston Polish Amber Paste Wax) -- usadas para prevenir la corrosión de objetos metálicos en exteriores.  Las ceras fueron aplicadas en substratos de bronce y acero tanto patinados como sin recubrimientos y las propiedades de dichos recubrimientos de cera se midieron antes y después de ser expuestas al medio ambiente.  Se llevo a cabo el desgaste acelerado por medio de iluminación/condensación UV-B acelerada, así como desgaste a la intemperie bajo las condiciones estándar en el sur de la Florida y en Portland, Oregón.  Se compararon espectros obtenidos a partir de espectrofotometría micro-infrarroja transformada de Fourier y resonancia magnética nuclear, con el fin de caracterizar los grupos funcionales que se generan en las ceras a lo largo del proceso de desgaste, esto permitió identificar un incremento relativo en grupos metileno lo cual sugiere reticulación, así como aparición de bandas vinilo que sugieren rompimiento de cadenas moleculares y evidencias de deterioro por oxidación de la película protectora.  Después del recocido, se utilizó difracción de rayos X para observar cambios micro estructurales en el recubrimiento, fue posible detectar una reducción de la cristalinidad, lo cual indica una reducción en las propiedades de barrera. Para estudiar las propiedades de barrera de los recubrimientos de cera, después del desgaste artificial, se implementó la espectroscopía de impedancia y otros circuitos eléctricos equivalentes, los cuales proporcionaron información sobre las propiedades físicas de los recubrimientos.  La espectroscopía de impedancia electroquímica demostró que la permitividad de las ceras envejecidas aumentó, lo cual significó una reducción en la resistencia del recubrimiento y un incremento en su capacitancia.  La documentación fotográfica de los substratos hizo evidente una extensa corrosión después del desgaste artificial. Nuestros resultados demostraron que los paneles con recubrimiento de cera expuestos al aire libre, no tienen un periodo de estabilidad cuando las cualidades protectoras del recubrimiento no cambian.  Esto sugiere que mientras las ceras son usadas comúnmente como barreras protectoras contra la corrosión, dichas propiedades de barrera se ven afectadas debido a imperfecciones en su microestructura y a su susceptibilidad a cambios químicos durante el envejecimiento.  Se incluyen los resultados de un estudio ciego llevado a cabo con conservadores profesionales como participantes, en el cual se dilucida cómo conservadores determinan la importancia de factores tales como brillo y duración de la eficacia de un recubrimiento al momento de seleccionar materiales de recubrimiento.

Les changements des propriétés chimiques, microstructurelles et barrières ont été étudiés pour deux cires disponibles sur le marché et utilisées couramment pour prévenir l’apparition de corrosion sur des ouvrages métalliques extérieurs - une cire microcristalline (Renaissance Wax) et un mélange de cires microcristalline et carnauba (Butcher’s Boston Polish Amber Paste Wax). Les cires ont été appliquées sur des substrats de bronze et d’acier,  nus et patinés, et les propriétés des films ont été mesurées avant et après vieillissement. Le vieillissement accéléré  a été effectué à l'aide de cycles d'exposition aux UV-B/condensation et par expositions aux conditions climatiques standard de la Floride du Sud et de Portland, en Orégon.

La comparaison des spectres micro-infrarouge par transformée de Fourrier et de résonance magnétique nucléaire  a permis de caractériser les groupes fonctionnels de ces cires au cours de leur vieillissement, démontrant l’augmentation relative du groupe méthylène qui est un indicateur de réticulation, l'apparition de bandes de terminaisons vinyles qui suggère la rupture de chaînes, et l'évidence de dommages oxydatifs du film. Les changements dans la microstructure du film après traitement thermique ont été observés par diffraction des rayons X  sur couche mince, montrant une diminution de la cristallinité, ce qui indique une diminution des propriétés barrières du film. Ces mêmes propriétés ont été étudiées après vieillissement par spectroscopie d'impédance électrochimique et des circuits électriques équivalents ont donnés des indices sur l'état physique des films. Les données obtenues par spectroscopie d'impédance électrochimique montrent que la permittivité des panneaux de cire vieillie augmente, ce qui a été observé par la diminution de la résistance du revêtement et une augmentation de sa capacité.  La documentation photographique des substrats montrent une présence importante de corrosion visible après vieillissement.  Les résultats démontrent que les panneaux protégés par la cire et exposés aux conditions extérieures n'ont pas de période de stabilité durant laquelle les propriétés protectrices du film demeurent inchangées. Ceci suggère que bien que les cires soient largement utilisées comme protection contre la corrosion, leurs propriétés barrières sont affectées par des imperfections dans la microstructure et par leur vulnérabilité aux modifications chimiques qui apparaissent lors du vieillissement. Une étude  à l’aveugle menée auprès de restaurateurs est présentée afin de comprendre comment ceux-ci classent, en ordre d’importance, les facteurs tels que la brillance et la longévité des couches appliquées lorsqu'ils choisissent un film de protection.