Micro-stratigraphic investigation on fragments from Giotto's mural paintings in Padova

Thesis Abstract: Micro-stratigraphic investigation of Giotto's mural paintings in Padova This thesis investigates the material composition and technological practices behind the creation of Giotto’s iconic mural paintings during his period of activity in Padova. The primary objective was to characterize the stratigraphy and materials used—specifically pigments and plasters—to gain insight into Giotto’s production methods and variations in technological style. To achieve this, a multi-analytical approach was employed, combining both non-invasive and micro-destructive techniques. X-Ray Diffraction (XRD) and X-Ray Powder Diffraction (XRPD) were used to determine the mineralogical composition of powdered plaster samples, while pigment surfaces were examined non-invasively. This analytical approach as a preliminary basis for pigment identification and analysis of additives and plaster formulations. Selected samples were prepared as cross-sections, embedded in epoxy resin, cured, and polished for advanced microscopic and spectroscopic examination. Optical microscopy with polarized light and high-resolution imaging allowed for the generation of micrograph maps through image-stitching, enabling detailed visualization of sample microstratigraphy. These images revealed key interactions between the pigment layers, intonaco, and base plaster. To validate and complement the mineralogical data obtained from XRD, micro-Raman spectroscopy was conducted, confirming the presence of key mineral phases and offering further information on pigment layer composition. Additionally, Scanning Electron Microscopy coupled with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS) was used to capture microstructural details at various magnifications. Point analyses and microchemical mapping at layer interfaces provided critical data on the distribution of elements and confirmed hypotheses formed from earlier analytical results. Collectively, the integration of these analytical methods provided a comprehensive understanding of Giotto’s painting techniques and material selection. The findings not only offer new insights into the technological choices made by the artist but also contribute to the broader field of conservation science by informing future preservation strategies for these historically and artistically significant works.

Abstract della Tesi: Indagine microstratigrafica sui dipinti murali di Giotto a Padova Questa tesi indaga la composizione materiale e le pratiche tecnologiche alla base della realizzazione dei celebri dipinti murali di Giotto durante il suo periodo di attività a Padova. L'obiettivo principale è stato caratterizzare la stratigrafia e i materiali utilizzati—nello specifico pigmenti e intonaci—per comprendere meglio i metodi produttivi di Giotto e le variazioni nello stile tecnologico adottato. Per raggiungere questo scopo, è stato impiegato un approccio multi-analitico, combinando tecniche non invasive e microdistruttive. La Diffrazione ai Raggi X (XRD) e la Diffrazione ai Raggi X delle Polveri (XRPD) sono state utilizzate per determinare la composizione mineralogica dei campioni in polvere di intonaco. Inoltre, le superfici pigmentate sono state esaminate in modo non invasivo, fornendo una base preliminare per l’identificazione dei pigmenti e l’analisi degli additivi e delle formulazioni degli intonaci. Alcuni campioni selezionati sono stati preparati in sezione trasversale, inglobati in resina epossidica e lucidati per l’osservazione microscopica e spettroscopica avanzata. La microscopia ottica con luce polarizzata e l’imaging ad alta risoluzione hanno permesso la creazione di mappe micrografiche mediante “image stitching”, offrendo una visualizzazione dettagliata della microstratigrafia dei campioni. Queste immagini hanno rivelato importanti interazioni tra gli strati di pigmento, l’intonaco e l’arriccio. Per validare e integrare i dati mineralogici ottenuti con XRD, è stata condotta la spettroscopia micro-Raman, che ha confermato la presenza delle principali fasi minerali e fornito ulteriori informazioni sulla composizione degli strati pigmentati. Inoltre, la Microscopia Elettronica a Scansione abbinata alla Spettroscopia a Dispersione di Energia dei Raggi X (SEM-EDS) è stata impiegata per osservare i dettagli microstrutturali a diversi ingrandimenti. Le analisi puntuali e le mappature microchimiche delle interfacce stratigrafiche hanno fornito dati cruciali sulla distribuzione degli elementi e confermato le ipotesi formulate a partire dai risultati analitici precedenti. Complessivamente, l’integrazione di questi metodi analitici ha fornito una comprensione approfondita delle tecniche pittoriche di Giotto e delle sue scelte materiali. I risultati ottenuti non solo offrono nuove prospettive sulle decisioni tecnologiche dell’artista, ma contribuiscono anche in modo significativo al campo della scienza della conservazione, supportando strategie future per la tutela di queste opere di grande rilievo storico e artistico.