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Raman and x-Ray Fluorescence Spectroscopy Data Fusin for Identification of Pigments in Works of Art.

by Manuel Ramos, Pablo

Abstract (Summary)
Resumen de la tesis doctoral Pablo M Ramos Objetivos y alcance de la tesis Desde mediados de los años 80s, las espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos X (XRF) se pueden considerar técnicas instrumentales de fácil aplicación en el análisis químico. Uno de los ámbitos de gran aplicación de dichas técnicas se centra en el estudio científico de una obra de arte y de los materiales utilizados en su creación. Existen varias razones para la investigación de antigüedades y objetos de arte por medio de técnicas espectroscópicas. Una de ellas es el estudio de los materiales y técnicas aplicados durante un cierto período o en una determinada región. Este conocimiento puede ser muy útil para ubicar aproximadamente un objeto de arte en una determinada época o periodo. Otra razón es que este análisis es una importante fuente de información para la restauración o el tratamiento de conservación, y permite encontrar señales de una restauración anterior, de repintado o de falsificaciones. Desde el comienzo de este siglo, la investigación en el patrimonio cultural se sitúa como un campo de la investigación importante con un gran interés científico. Esta investigación, requiere un importante trabajo multidisciplinario que implica a especialistas en áreas como historia, arqueología, física, química, ingeniería, quimiometría y otras disciplinas. Por otro lado, el objetivo de muchos trabajos científicos y estudios importantes, ha sido el desarrollo y las mejoras en estas técnicas instrumentales de análisis. Más aun, en esta década la investigación está enfocada en el desarrollo de una nueva generación de instrumentos que permiten la combinación de técnicas analíticas complementarias junto con la ventaja de una instrumentación portátil. Ambas mejoras permiten un análisis químico robusto y no destructivo de los objetos de arte, en especial de aquellos en los que resulta difícil o casi imposible de estudiar en un laboratorio. Como por ejemplo obras de arte de gran valor y pertenecientes al patrimonio cultural del país, pinturas de grandes dimensiones y pinturas realizadas en murales. Los métodos Quimiométricos de análisis son el complemento necesario a estas mejoras instrumentales. Con objeto de aumentar al máximo la robustez de estos instrumentos, es necesario proveerlos de herramientas de procesamiento automáticas y robustas para obtener el máximo de información del objeto bajo estudio. Esta tesis doctoral, presenta un marco de referencia para realizar fusión de datos para la clasificación e identificación de pigmentos estudiados en el campo de patrimonio cultural. Estos sistemas se desarrollan y evalúan dentro de un proyecto de investigación de la comunidad europea. El objetivo principal de este proyecto ha sido desarrollar un instrumento portátil para realizar espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos-X (PRAXIS). El objetivo general de esta tesis doctoral es estudiar diferentes estrategias para el desarrollo de sistemas de fusión de datos Raman y XRF para mejorar la clasificación de pigmentos. Este estudio contempla la naturaleza de las distintas interferencias que habitualmente se encuentran en estos tipos de mediciones (espectros) y su eliminación por medio del desarrollo de metodologías adecuadas. También, se evalúa la posibilidad de automatización en el proceso de clasificación. Para alcanzar este objetivo global, se definen los siguientes objetivos particulares: 1) Estudiar la naturaleza de eventos estocásticos (ruido) e interferencias habitualmente presentes en espectroscopia Raman y XRF, con el fin de facilitar la aplicación de técnicas quimiométricas de clasificación. Este estudio se realiza más profundamente para los espectros obtenidos por espectroscopia Raman, ya que es la técnica principalmente utilizada en este campo para una identificación del tipo "huella digital." La metodología usada es la transformada Wavelet y las mejoras logradas se presentan en un artículo titulado Ruido y eliminación de señales de fondo en espectros Raman de pigmentos antiguos por medio de la transformada Wavelet. 2) Establecer un sistema de lógica difusa para la identificación automática de pigmentos. Este estudio se presenta en un articulo titulado Lógica difusa para identificar pigmentos estudiados por espectroscopia Raman. 3) Estudiar la situación actual de aplicaciones y desarrollos de fusión de datos en química analítica y establecer las metodologías de fusión de datos reales en un instrumento Raman-XRF. Los resultados obtenidos en distintos modelos de fusión de datos se discute en un articulo titulado Fusión de espectros Raman y de fluorescencia de rayos X para la clasificación de pigmentos ocres. 4) Mejorar las metodologías de fusión de datos por medio del análisis en el dominio dual dado por la transformada Wavelet. Los logros obtenidos se presentan en dos artículos Fusión de espectros y análisis de clasificación en el dominio dual de pigmentos estudiados en obras de arte y Fusión de datos en el dominio Wavelet por medio de conectores de agregado difuso. 5) definir los parámetros necesarios y proponer a una metodología llevar a cabo las estrategias de fusión de espectros en espectroscopias Raman y XRF. Estructura La tesis ha sido la estructura en capítulos diferentes, donde cada uno contiene la siguiente información: El capítulo 1 es un capítulo teórico; donde en una primera parte se da una apreciación global de los conceptos básicos y de los últimos adelantos en espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos X. Las características de un nuevo instrumento que combina ambas técnicas se presentan junto con las mejoras logradas en él. En una segunda parte, se describen las técnicas quimiométricas usadas en este trabajo. El capítulo 2 describe la naturaleza de las muestras estudiadas y de su uso en la creación de obra de arte. Finalmente, se describen instrumentos Raman y XRF usados en esta tesis doctoral. El capítulo 3 presenta el tratamiento necesario en los datos antes de aplicar las técnicas quimiométricas, ya sea para la clasificación y/o fusión de datos. En ese sentido, se presenta un estudio de la aplicación de la transformada Wavelet como una herramienta para eliminar las interferencias señaladas. Este capítulo incluye un artículo en el que nosotros presentamos el desarrollo de un método innovador para eliminar simultáneamente las señales de ruido y fondo es espectros Raman. El capítulo 4 presenta un estudio preliminar del análisis automático de pigmentos por medio de la lógica difusa. Se presenta artículo donde la lógica difusa es utilizada para realizar un sistema automático de identificación de pigmentos. Este estudio se extiende a un modelo de fusión y por el cuál la información obtenida por XRF es incorporada en el sistema de identificación desarrollado. El capítulo 5 presenta tres arquitecturas de fusión de datos y el posterior análisis por medio de técnicas quimiométricas como el análisis de componentes Principal (PCA) y la regresión por mínimos cuadrados parciales para análisis discriminante (PLS-DA). Los modelos se llevan a cabo con el estudio de pigmentos antiguos referidos a la iconografía bizantina. Esta parte acaba señalando los beneficios y desventajas de cada método. El capítulo 6 presenta una nueva estrategia para la fusión de datos, que es la fusión de datos en el dominio del wavelet. Se discuten los fundamentos y se presentan dos modelos de fusión de datos Raman y XRF en el dominio wavelet: El nivel medio y el nivel alto, ambos se aplican a la identificación automática de pigmentos. Dos artículos son incluidos, donde se describen ambos métodos y se presenta su aplicación para la clasificación de pigmentos antiguos. El Capítulo 7 presenta un estudio sobre el estado actual en la investigación de fusión de datos y su aplicación en química analítica. Las etapas necesarias para desarrollar métodos apropiados de fusión de análisis. Finalmente, en el capítulo 8 presenta las conclusiones de la tesis y propone posibles trabajos de investigación futura.
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Bibliographical Information:

Advisor:Ruizsánchez Capelastegui, Itziar

School:Universitat Rovira i Virgili

School Location:Spain

Source Type:Master's Thesis

Keywords:departament de química analítica i orgànica

ISBN:

Date of Publication:05/23/2006

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