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1. 서 론

물감이란 안료를 각종 전색제(binder, medium)와 함께 혼합하여 만든 채색 재료를 일컫는다. 사용된 전색제와 체질안료 첨가량에 따라 물감의 종류를 구분하는데, 대표적으로 유화물감, 아크릴물감, 수채화물감, 과슈물감(gouache) 등이 있다.

유화물감은 전색제로 린시드유(linseed oil), 포피유(poppy oil)와 같은 건성유(drying oil)를 사용한다. 건성유의 특성상 건조속도가 느리기 때문에 수정이 비교적 자유롭고, 다양한 질감 표현이 가능하다. 되직한 물감을 그대로 사용하면 물감층을 두껍게 만들거나 거친 표면을 만들 수 있다. 반대로 터펜타인(turpentine)과 같은 희석제에 물감을 희석하여 사용하면 유화물감의 빠른 건조와 함께 얇고 투명한 채색도 가능하다.

아크릴물감은 MMA(methyl methacrylate), EA(ethyl acrylate) 등의 아크릴 수지를 전색제로 사용한다. 유연성(flexibility)을 조절하기 위해 두 종류의 아크릴 수지를 중합(polymerization)하기도 한다(Learner, 2004). 유화물감과 달리 건조속도가 매우 빠른 것이 특징이다. 이 때문에 물감을 칠하고 그 위에 곧바로 또 다른 채색층을 올릴 수 있다.

수채화물감의 전색제는 식물성 천연수지인 아라비아 고무(arabic gum)이다. 상온에서 고체 상태이고 물에 녹여 사용한다. 아라비아 고무는 굳어도 물에 다시 용해할 수 있기 때문에, 수채화물감은 팔레트에 짜서 굳힌 후 사용하는 것이 일반적이다. 물감을 굳힌 후 물을 적신 붓에 조금씩 묻혀 채색하므로 투명도가 높다는 특징을 가진다.

과슈물감도 아라비아 고무를 전색제로 사용하는 물감이며, 불투명도를 높이기 위해 수채화물감보다 더 많은 체질안료(extender, inert pigment, filler)가 사용된다(Mayer and Smith, 1991; Roldan et al., 2016).

체질안료는 백색안료의 일종으로 유화물감의 건성유와 혼합하면 투명도 및 발색에 영향을 주지 않아 부피증량, 점도조절의 용도로 사용된다(Mayer and Smith, 1991). 반면 수채화, 과슈 등 아라비아 고무를 전색제로 사용하는 물감에서는 체질안료가 혼합될수록 물감이 불투명해진다. 이는 전색제와 안료의 굴절률 차이에 기인한 것으로, 두 재료의 굴절률 차이가 클수록 불투명도는 상승한다(Karlsson, 2018). 대표적인 체질안료로는 탄산칼슘(CaCO₃), 황산칼슘(CaSO₄ ⋅2H₂O), 황산바륨(BaSO₄), 활석(3MgO⋅4SiO₂ ⋅H₂O) 등이 있다(Mayer and Smith, 1991; Johnston-Feller, 2001).

이와 같은 물감들은 작가가 표현하고자 하는 바에 따라 전통적인 방법에 국한되지 않고 독특한 방식으로 작품에 적용되고 있다. 예를 들어 유화물감은 바탕칠한 캔버스 위에 사용하는 것이 일반적이지만 이중섭은 묽게 희석한 유화물감을 종이에 채색하여 작품을 제작하기도 하였다(Kim, 2016).

이중섭의 작품처럼 물감을 희석하여 종이 위에 채색하면, 물감 특유의 광택과 질감이 감소하여 육안으로 물감의 종류를 구별하기 어려워진다. 이러한 작품들은 유통과정에서 재료와 기법이 불명인 상태, 혹은 잘못 기입된 상태로 기증 및 구입되는 경우가 발생할 수 있다. 물감 종류와 같은 재료⋅기법 관련 정보는 소장품 관리 및 전시에 활용되며, 보존과학 분야에서는 작품의 손상을 진단하고 보존처리 계획을 수립하기 위한 기초자료로서 중요한 정보가 된다. 하지만 육안관찰을 통해 사용된 물감의 종류를 규명하는 것에는 한계가 따르며, 재료를 규명할 수 있는 과학분석 및 해석 방법이 지속적으로 요구되고 있다.

물감의 종류를 규명하기 위해서는 전색제를 분석해야 하는데, 이를 위해 활용할 수 있는 분석법으로는 대표적으로 열분해-가스크로마토그래피/질량분석법(Pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry; Py-GC/MS), 퓨리에변환-적외선분광분석(Fourier-transformed infrared spectroscopy; FT-IR)과 라만분광분석(Raman spectroscopy)이 있다. 그러나 Py-GC/MS의 경우 반드시 시료가 필요하기 때문에 물감을 희석하여 종이 위에 채색한 작품처럼 채색층과 종이가 밀착된 경우에는 적용이 어렵다. 라만분광분석은 휴대형 장비를 사용할 경우 비파괴적 분석이 가능하고, 수채화물감과 과슈물감에 혼합된 체질안료도 분석할 수 있다. 그러나 분석 대상(안료)에 따라 강한 형광이 발생하여 분석이 불가한 경우가 생길 수 있다.

반면 FT-IR은 형광의 영향을 받지 않으며, 전색제와 체질안료를 동시에 분석할 수 있다. 또한 분석 속도, 신호 대 잡음비, 분해능 등이 우수하고 시료 전처리 및 분석과정이 상대적으로 간단하다(Yoo et al., 2023). FT-IR은 분석 방식에 따라 다양하게 구분되는데 그중 외부반사(external reflection; ER) 방식은 시료 및 분석대상과의 접촉이 필요하지 않은 비파괴, 비접촉 분석법으로 보존과학 분야에서도 수년 전부터 이를 적용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 초기에는 안료 분석이 중심이 되어, 기존의 투과(Transmission) 방식 대비 ER-FT-IR로 분석했을 때 안료의 특성피크 검출 양상을 확인한 사례가 있다(Miliani et al., 2012), 이후에는 안료와 전색제가 혼합된 형태의 시편과 실제 작품을 대상으로 한 연구가 진행되었다. 아라비아 고무, 난황(egg yolk), 백황(egg white) 등의 전통적인 전색제와 안료를 혼합한 의사시편 및 중세시대 필사본을 대상으로 안료와 전색제의 검출 특성과 안료가 전색제 검출에 미치는 영향을 연구한 사례도 있다(Nodari and Ricciardi, 2019). 최근에는 1950∼60년대 회화작품을 대상으로 아크릴, 비닐(vinyl) 수지, 건성유와 같은 전색제의 검출 특성을 확인하는 연구가 진행되었다(Mancini et al., 2021). 그러나 물감을 희석하여 종이에 얇게 채색한 작품과 같이 전색제의 농도가 현저히 낮은 경우를 연구한 사례는 미비한 실정이다.

이에 본 연구에서는 ER-FT-IR을 이용하여 물감을 희석한 후 종이에 얇게 채색한 작품의 전색제를 분석하는 연구를 진행하고자 하였다. 또한 기존에 가장 많이 활용되는 ATR-FT-IR로 동일한 분석을 수행하여, 데이터 비교를 통해 상대적으로 신호가 약한 ER-FT-IR의 재현성을 확인하고자 하였다. 마지막으로 실제 작품 분석을 통해 현장에의 적용 가능성을 검토하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 연구재료

동일한 제조사의 유화물감, 아크릴물감, 수채화물감, 과슈물감에서 주요색상(백색, 적색, 황색, 청색)을 각각 1종 이상 선정하여 총 28종의 물감을 분석하였다(Table 1). 전색제, 체질안료 외 FT-IR 데이터에 영향을 주는 변수를 줄이기 위해 색상별로 동일한 착색안료가 혼합된 물감을 선별하였다. 적색, 황색, 청색에서는 무기안료(PR101, PY35, PB28) 사용 물감, 유기안료(PR122, PY3, PB15:3) 사용 물감을 1종씩 선정하였고, 백색(PW4)에서는 무기안료 사용 물감만 최종 선정하였다.

Table 1.

List of paints

2.2. 연구방법

2.2.1. 시편 제작

물감을 중량비로 희석(1, 3, 5, 10, 20%)하고, 스포이드로 종이(Canson, Montval watercolour paper, 300 g/m²) 위에 떨어트려 채색하였다. 유화물감은 터펜타인으로 희석하고, 아크릴물감, 수채화물감, 과슈물감은 증류수로 희석하였다. 이렇게 만들어진 시편은 물감을 튜브에서 짜서 바로 사용한 것이므로 튜브 시편이라고 명명하였다.

수채화물감은 물감을 팔레트(palette)에 짜서 굳힌 후 물에 녹여 사용하는 것이 일반적이고, 과슈물감도 사용자에 따라 굳힌 후 사용하는 경우가 있다. 따라서 두 물감의 채색기법을 참고하여, 실제작품과 유사한 형태의 시편을 추가로 제작하였다. 먼저 수채화물감과 과슈물감을 팔레트에 짜서 굳힌 후, 증류수에 적신 붓을 사용하여 물감을 묻히고 팔레트 위에서 균일하게 혼합하여 종이에 채색하였다. 굳힌 물감을 붓에 묻히는 횟수를 2, 5, 10, 15, 20회로 증가시켜 총 5가지 농도의 채색시편을 제작하였다. 이렇게 만들어진 시편은 물감을 팔레트에 짜서 굳힌 후 사용한 것이므로 팔레트 시편이라 명명하였다.

분석 시편들은 전색제 종류(O, A, W, G), 물감 색상(W, R, Y, B), 혼합된 착색안료의 C.I Name을 기준으로 명칭을 부여하였다(Table 2, Figure 1). 모든 채색시편은 약 한달의 건조기간을 거친 후 분석에 사용하였다.

Table 2.

List of samples

Figure 1.

Sample image of OR22, AR22, WR22, GR22, PWR22 and GWR22.

2.2.2. 적외선분광분석

Thermo fisher社(USA)의 is50(Figure 2a)을 사용하였다. ATR 방식은 측정 범위(scan range) 4,000∼400 cm^-1, 분해능(resolution) 4 cm^-1, 측정 횟수(number of scans) 32회로 설정하여 분석하였다.

Figure 2.

FT-IR, (a) ATR mode, (b) ER mode.

ER 방식은 동일한 장비에 ConservatIR accessory(Figure 2b)를 장착하여 측정 범위 4,000∼400 cm^-1, 분해능 4 cm^-1, 측정 횟수 128회로 분석하였다.

반사 스펙트럼은 분석 대상으로부터 정반사된 데이터도 같이 검출되기 때문에 스펙트럼 왜곡(distortion)이 발생하며, 일반적인 ATR 스펙트럼과 다른 형태를 가지게 된다(Nodari and Ricciardi, 2019). 이를 그대로 사용하기도 하지만 대부분의 레퍼런스가 ATR 방식으로 측정한 데이터이기 때문에, 반사 스펙트럼을 ATR 스펙트럼과 비교 가능한 형태로 보정(Kramers-Kronig transformation; KK 변환)하여 사용하기도 한다(Angelin et al., 2021) 따라서 본 연구에서도 반사 스펙트럼을 KK 변환하여 사용하였다.

유화물감과 아크릴물감은 각각 건성유와 아크릴 수지라는 각기 다른 전색제가 사용되므로 전색제 검출여부만으로 물감을 구분하고자 하였다. 수채화물감과 과슈물감은 동일한 전색제(아라비아 고무)가 사용되기 때문에 두 물감을 구분하기 위해 체질안료의 검출강도를 추가로 확인하였다.

또한 시편의 분석 데이터와 비교하기 위해 전색제 3종(건성유, 아크릴 수지, 아라비아 고무), 착색안료 7종(PW4, PR101, PR122, PY35, PY3, PB28, PB15:3), 체질안료 2종(탄산칼슘, 황산바륨)을 분석하였다. 건성유와 아크릴 수지는 슬라이드 글라스 위에 도포하여 굳힌 후, ER 방식으로 분석하였으며, 일부를 긁어내어 ATR 방식으로 분석하였다. 아라비아 고무와 착색안료, 체질안료는 분말 형태 그대로 ATR 분석에 사용하였고, 펠렛 메이커(CrushIR, Pike technologies, USA)로 각 분말을 펠렛 형태로 만든 후 ER 방식으로 분석하였다.

2.2.3. 작품 분석

국립현대미술관 소장품 중 사용된 물감의 종류가 명확하지 않은 회화 작품 <정물>(Figure 3)을 ER-FT-IR(is50 with ConservatIR, Thermo fisher, USA)로 분석하였다. 분석 조건은 측정 범위 4,000∼400 cm^-1, 분해능 4 cm^-1, 측정 횟수 128로 설정하였다.

Figure 3.

Detail of <Still Life> and analyzed points.

3. 연구결과

3.1. 유화물감 채색시편

건성유 중 하나인 린시드유를 ATR 방식으로 분석하면 2927∼2926, 2855∼2853 cm^-1에서 C-H stretching, 1747∼1737 cm^-1에서 C=O stretching, 1464∼1463 cm^-1에서 C-H bending, 1164 cm^-1에서 C-O stretching 등이 검출된다(Lazzari and Chiantore, 1999; de Viguerie et al., 2016). 이중 1600 cm^-1 이하의 피크는 종이, 즉 셀룰로오스의 특성피크 및 유기안료의 특성피크와 중복된다(Garside and Wyeth, 2003; Learner, 2004; Cichosz and Masek, 2020). 이에 본 연구에서는 2927∼2926, 2855∼2853 cm^-1 영역의 C-H stretching과 1747∼1737 cm^-1 부근의 C=O stretching을 중심으로 전색제 검출여부를 확인하였다. 분석결과, 착색안료의 종류와 관계없이 전색제 특성피크의 검출 경향이 유사하였으므로 본문에는 일부 색상의 데이터만 제시하였다.

유화물감 채색시편은 저농도 채색 시편에서부터 건성유의 특성피크를 검출할 수 있었다. 황색 유화물감 채색시편 OY03을 ATR 방식으로 분석한 결과, 1% 채색시편부터 C-H stretching이 약하게 나타나기 시작하여 5% 채색시편부터는 매우 뚜렷하게 확인되었다(Figure 4a). C=O stretching의 경우 1% 채색시편에서는 검출강도(intensity)가 약하지만 3% 채색시편부터는 뚜렷하게 나타났다.

Figure 4.

IR spectra of OY03, (a) ATR spectra, (b) Reflectance spectra after KK transformation, (c) Reflectance spectra before KK transformation.

ER 방식에서는 전체적으로 검출강도가 ATR 방식 대비 약한 경향을 보였다. 특히 C-H stretching은 20% 채색시편에서만 약하게 검출 가능하였다(Figure 4b). 단, C=O stretching은 검출감도(sensitivity)가 높아 1∼3% 채색시편부터 피크를 관찰할 수 있었다.

한편, 일부 유화물감(OR01, OR22, OY03, OB15)의 20% 채색시편을 KK 변환하면 C=O stretching 특성피크가 사라지거나 shift되는 현상(1747→1734 cm^-1)이 나타났다(Figure 4b). 이 경우 KK 변환 전 스펙트럼을 통해 C=O stretching이 shift되지 않고 뚜렷하게 검출되는 것을 확인하였다(Figure 4c).

3.2. 아크릴물감 채색시편

본 연구에서 사용한 S사 아크릴물감의 전색제는 2-Ethylhexylacrylate(2-EHA)와 MMA의 공중합체(copolymer)이다(Pintus et al., 2012). 시편 분석 결과 2-EHA/MMA에서 기인하는 C-H stretching(2951, 2931, 2873, 2860 cm^-1)과 C=O stretching(1728 cm^-1)이 강하게 검출되었다(Figure 5a). 또한 1451 cm^-1에서 C-H bending, 1237, 1142, 1013 cm^-1에서 C-O, C-C stretching 등 강한 피크가 검출되지만(Learner, 2004; Pintus et al., 2012), 해당 영역의 피크는 종이와 유기안료의 특성피크와 중복된다. 이에 유화물감과 마찬가지로 3000∼2800 cm^-1 영역의 C-H stretching과 1728 cm^-1 부근의 C=O stretching을 중심으로 전색제 검출 여부를 확인하였다. 유화물감 채색시편과 마찬가지로 아크릴물감 채색시편도 착색안료의 종류와 관계없이 전색제 특성피크의 검출 경향이 유사하였다. 이에 본문에는 일부 색상의 데이터만 제시하는 바이다.

Figure 5.

IR spectra of AB15, (a) ATR spectra, (b) Reflectance spectra after KK transformation.

아크릴물감 채색시편을 ATR 방식으로 분석한 결과, C-H stretching은 5% 채색시편부터, C=O stretching은 1% 채색시편부터 검출이 가능하였다(Figure 5a).

ER 방식에서는 C-H stretching의 검출강도가 감소하는 현상을 보였다(Figure 5b). 2873, 2860 cm^-1 부근의 C-H stretching은 모든 농도에서 검출되지 않았고, 2953, 2924 cm^-1 부근 C-H stretching은 5∼20% 채색시편에서만 확인 가능하였다.

C=O stretching은 모든 농도에서 잘 검출되어 검출감도가 매우 높음을 알 수 있었으나, 고농도 채색시편에서 shift되는 현상이 확인되었다. 이로 인해 아크릴 수지의 C=O stretching과 건성유의 C=O stretching을 구분하기 어려지는 문제가 발생하였다. 그러나 shift 현상이 5% 이상의 채색시편에서만 나타나므로 C-H stretching의 검출 위치를 함께 확인함으로써 건성유와의 구분이 가능하였다.

3.3. 수채화물감 채색시편

3.3.1. 전색제

아라비아 고무는 1600 cm^-1 부근에서 O-H bending, 2,930∼2,920 cm^-1에서 C-H stretching에 의한 피크가 나타난다(Derrick et al., 2000; Martins et al., 2021). 건성유와 아크릴 수지의 특성피크가 날카롭고(sharp) 강하게 관찰된 반면, 아라비아 고무의 특성피크는 비교적 넓고(broad) 약하게 관찰되었다.

이 때문에 수채화물감은 유화물감과 아크릴물감보다 전색제의 최소 검출 농도가 높은 경향을 보였다. C-H stretching의 경우, 저농도 튜브 시편에서는 종이의 영향이 우세하였지만 채색농도가 짙어질수록 아라비아 고무의 특성피크가 상승하였다(Figure 6a). O-H bending도 저농도에서는 종이의 영향으로 인해 검출이 불가하였지만 약 10∼20% 시편부터는 아라비아 고무의 특성피크가 나타났다. 단, 유기안료 채색시편(WR22, WY03, WB15)은 유기 안료의 특성피크와 아라비아 고무의 O-H bending이 중복되어 전색제 검출이 불가하였다.

Figure 6.

IR spectra of WY35, (a) ATR spectra, (b) Reflectance spectra after KK transformation.

팔레트 시편은 튜브 시편보다 채색농도가 옅어지면서 종이의 검출강도가 강해지고 전색제의 검출강도는 감소하였다. 모든 농도에서 종이, 즉 셀룰로오스의 C-H stretching(2899 cm^-1)과 O-H bending(1637 cm^-1)이 강하게 나타났다(Figure 7a). 단, 채색 횟수가 증가할수록 아라비아 고무의 특성피크가 조금씩 상승하는 것을 확인할 수 있었다.

Figure 7.

IR spectra of PWB28, (a) ATR spectra, (b) Reflectance spectra after KK transformation.

반사 스펙트럼(reflectance spectrum)에서는 아라비아 고무의 C-H stretching 검출강도가 더 낮아져 10% 이상의 튜브 시편에서만 매우 약하게 검출 가능하였다(Figure 6b). 팔레트 시편에서는 검출이 불가하였다(Figure 7b). 반면 O-H bending은 ER 방식에서도 비교적 검출이 잘 되는 편으로, 5∼20% 튜브 시편, 10∼20회 팔레트 시편에서 아라비아 고무의 O-H bending을 확인할 수 있었다.

3.3.2. 체질안료

적외선분광분석을 통해 수채화물감에도 체질안료가 소량 첨가된 것을 확인하였다. 주로 황산바륨이 사용되고 있었으며, 일부 물감에서 탄산칼슘도 확인되었다. 무기안료가 사용된 물감보다 유기안료가 사용된 물감에서 체질 안료의 특성피크가 강하게 검출되었다.

Figure 8은 청색 유기안료 PB15:3이 사용된 수채화물감으로 채색한 튜브 시편(WB15)과 팔레트 시편(PWB15)의 적외선분광분석 결과이다. WB15 시편은 저농도일 때 체질안료인 황산바륨의 S-O bending(603 cm^-1)(Dimova et al., 2006)이 검출되었다(Figure 8a). 이를 ER 방식으로 분석하면 전체적으로 검출강도가 감소하지만, 저농도 시편에서 체질안료가 검출되는 점은 동일하였다(Figure 8b).

Figure 8.

IR spectra of WB15 and PWB15, (a) ATR spectra of WB15, (b) Reflectance spectra of WB15 after KK transformation, (c) ATR spectra of PWB15, (d) Reflectance spectra of PWB15 after KK transformation.

반면 PWB15는 10회 이상의 고농도 채색시편에서 황산바륨의 특성피크가 확인되었다(Figure 8c). 반사 스펙트럼에서도 동일한 경향이 나타났다(Figure 8d).

3.4. 과슈물감 채색시편

3.4.1. 전색제

과슈물감은 수채화물감과 마찬가지로 아라비아 고무가 전색제로 사용된다. 아라비아 고무의 검출강도 또한 수채화물감 채색시편과 유사한 경향을 보였다. 전반적으로 종이, 즉 셀룰로오스의 특성피크가 우세하며, 5∼20% 튜브 시편에서만 아라비아 고무의 C-H stretching, O-H bending이 약하게 검출 가능하였다(Figure 9a). 팔레트 시편에서도 동일한 경향이 확인되었다(Figure 10a).

Figure 9.

IR spectra of GY35, (a) ATR spectra, (b) Reflectance spectra after KK transformation.

Figure 10.

IR spectra of PGB28, (a) ATR spectra, (b) Reflectance spectra after KK transformation.

ER 방식에서는 C-H stretching의 검출이 어려웠고, 고농도 채색시편에서만 O-H bending이 약하게 확인 가능하였다(Figure 9b, 10b).

수채화물감과 마찬가지로 과슈물감 또한 유기안료 채색시편(WR22, WY03, WB15)은 유기안료의 영향으로 인해 전색제 특성피크(1600 cm^-1)의 검출이 불가하였다(Figure 11).

Figure 11.

ATR spectra of (a) GR22, (b) PGR22.

3.4.2. 체질안료

과슈물감은 불투명성을 높이기 위해 수채화물감보다 많은 체질안료가 사용된다. 이로 인해 체질안료의 특성피크가 수채화물감 채색시편보다 더욱 강하고 뚜렷하게 확인되었다.

무기안료 첨가 물감보다 유기안료 첨가 물감에서 체질안료가 더 강하게 검출되는 점은 수채화물감과 동일하였다. 무기안료 첨가 물감에는 황산바륨, 유기안료 첨가 물감에는 황산바륨과 탄산칼슘이 함께 검출되는 경향을 보였다. 단, GR01에서는 활석, GY03에서는 황산바륨과 활석이 확인되었다.

Figure 11은 적색 유기안료 PR122이 첨가된 과슈물감 채색시편(GR22, PGR22)을 ATR 방식으로 분석한 결과이다. 황산바륨과 탄산칼슘이 함께 사용되었음을 알 수 있다. 튜브 시편(GR22)은 모든 농도에서 두 체질안료가 뚜렷하게 검출되었으며(Figure 11a), 팔레트 시편(PGR22)은 5∼20회 채색시편에서 체질안료를 확인할 수 있었다(Figure 11b).

동일한 시편을 ER 방식으로 분석했을 때는 검출강도가 현저히 감소하여 수채화물감의 체질안료 검출강도와 유사한 수준을 보였다. 또한 ATR 방식에서 뚜렷하게 검출되었던 탄산칼슘의 C-O stretching(1393 cm^-1)과 황산바륨의 S-O stretching(1054, 983 cm^-1)은 검출이 불가했다. 또한 GR22는 거의 모든 농도에서 황산바륨의 S-O bending(615 cm^-1)과 탄산칼슘의 C-O bending(881, 714 cm^-1)이 확인된 반면(Figure 12a), PGR22에서는 C-O bending의 검출이 어려웠다(Figure 12b).

Figure 12.

Reflectance spectra of (a) GR22, (b) PGR22 after KK transformation.

3.5. 작품 분석

ER-FT-IR의 적용가능성을 확인하기 위해 실제 작품을 대상으로 분석을 실시한 결과, 모든 색상에서 유화물감, 혹은 아크릴물감으로 추정할 수 있는 C=O stretching(1740~1720 cm^-1)이 검출되지 않았다(Figure 13). 채색 농도가 낮아 수채화물감과 과슈물감에서 기인하는 O-H bending(1600 cm^-1 부근)도 확인할 수 없었다. 황색 채색층에서는 착색안료 크로뮴산납(PbCrO₄)에서 기인하는 특성피크(629, 606 cm^-1)가 나타났으며, 청색 채색층에서는 황산바륨과 유사한 피크(615 cm^-1)가 매우 약하게 관찰되었다.

Figure 13.

Reflectance spectra of <Still Life> and reference materials after KK transformation.

채색시편의 ER-FT-IR 분석 결과에 따르면 C=O stretching은 매우 낮은 채색농도(1∼3%)에서도 검출이 가능할 만큼 검출감도가 높은 반면, 아라비아 고무의 O-H bending은 검출감도가 낮아 고농도 채색시편(10∼20%)에서만 약하게 검출 가능하였다. 작품 분석 시 모든 색상에서 C=O stretching이 확인되지 않았으므로 본 작품에는 유화물감과 아크릴물감이 사용되지 않은 것으로 판단된다. 마찬가지로 O-H bending도 검출되지 않았지만, O-H bending의 낮은 검출감도로 인해 검출되지 않은 것으로 추정된다. 따라서 작품에 사용된 물감은 수채화물감 혹은 과슈물감으로 판단된다.

한편 청색 채색층에서 체질안료인 황산바륨으로 추정되는 피크가 검출되었으나, ER 방식에서는 수채화물감과 과슈물감의 체질안료 검출강도가 유사하여 두 물감을 구분할 수 없었다.

4. 고찰 및 결론

본 연구는 물감을 희석하여 종이에 얇게 채색한 작품의 물감을 구분하는 방법을 알아보고자 시작되었다. 이를 위해 물감 종류별, 농도별 채색시편을 제작하였으며, ATR-FT-IR과 ER-FT-IR로 분석했을 때의 분석특성을 비교하였다. 분석 결과 물감 종류에 따라 고유한 특성피크를 확인할 수 있었으며, 이를 통해 Figure 14와 같이 역으로 물감의 종류를 추정하는 일도 가능할 것으로 판단된다.

Figure 14.

A flowchart of characterization of painting mediums.

전색제 구별을 위해 먼저 확인해야하는 부분은 검출감도가 높은 carbonyl band(C=O stretching)였다. 이 부분에서 피크가 검출되면 유화 혹은 아크릴, 검출되지 않으면 수채화 혹은 과슈물감으로 1차 분류가 가능하였다. 또한 carbonyl band의 세부적인 위치와 C-H stretching의 위치에 따라 유화물감과 아크릴물감도 구분할 수 있었다. 단, 아크릴 수지는 본 연구에서 사용한 2-EHA/MMA 외에도 다양한 종류가 있기 때문에 특성피크의 위치가 조금씩 달라질 수 있다.

Carbonyl band가 검출되지 않고 hydroxyl band가 검출되면 수채화물감과 과슈물감으로 분류가 되었으며, 체질안료의 상대적인 검출강도에 따라 두 물감을 구분할 수 있었다. 전반적으로 과슈물감에서 체질안료가 더 강하게 검출되었다.

비접촉 분석방식인 ER-FT-IR은 ATR 방식으로 분석했을 때보다 전체적으로 검출강도가 낮게 나타났다. 이로 인해 3000∼2800 cm^-1 영역의 C-H stretch는 검출이 어려웠다. 그러나 1700 cm^-1 부근의 carbonyl band는 검출감도가 높아 ER 방식에서도 피크의 검출강도가 높게 나타났으며, hydroxyl band도 고농도 채색시편에 한하여 검출이 가능하였다. 일부 유화물감 시편에서 carbonyl band가 사라지거나 shift되는 현상이 나타났지만 이는 반사 스펙트럼을 KK 변환하는 과정에서 발생한 현상으로, KK 변환 전 스펙트럼을 함께 확인함으로써 보완 가능하였다.

체질안료의 경우 ATR 방식에서는 수채화물감과 과슈물감의 체질안료 검출강도가 뚜렷하게 비교되었으나(수채화물감의 체질안료는 착색안료와 비교할 때 낮은 검출강도를 보였으며, 과슈물감의 체질안료는 매우 높은 검출강도를 보였다), ER 방식으로 분석 시 전체적인 검출강도가 하락하면서 두 물감의 체질안료 검출강도를 비교하기가 어려웠다.

본 연구에서 분석한 <정물>도 ER-FT-IR 분석을 통해 유화물감과 아크릴물감이 사용되지 않은 점은 판별이 가능하였으나, 수채화물감과 과슈물감 중 어떤 물감이 사용된 것인지 구분하기에는 어려움이 있었다.

따라서 향후 작품 분석 시 수채화물감과 과슈물감을 구분하기 위해서는 적외선분광분석 뿐만 아니라 물감별 표면특성 및 체질안료의 입자 확인을 위한 현미경 관찰, 주요 무기원소의 검출 신호 획득이 가능한 XRF 분석 등의 교차분석이 필요할 것으로 판단된다.

현재 가장 널리 활용되고 있는 ATR-FT-IR은 분석대상과의 불가피한 접촉이 요구되며 일정 이상의 압력이 가해져야 한다. 반면, ER-FT-IR은 비파괴, 비접촉 방식의 분석법이라는 장점을 가지고 있다. 본 연구를 통해 ER-FT-IR 은 ATR-FT-IR보다 검출강도는 낮지만 전색제(건성유, 아크릴 수지, 아라비아 고무)를 구분하기 위해 필요한 특성 피크를 충분히 검출할 수 있음을 확인하였다. 또한 현미경, XRF 등 여타 분석장비를 함께 적용한다면 회화물감의 종류를 해석하는데 널리 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

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