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The Use of Portable Single-Sided Relaxometry and Laboratory Imaging NMR Devices in Stone Conservation

2007; Taylor & Francis; Volume: 52; Issue: 1 Linguagem: Francês

10.1179/sic.2007.52.1.37

2047-0584

Mara Camaiti, C. Casieri, F. De Luca, Paola Fantazzini, Camilla Terenzi,

Advanced MRI Techniques and Applications

AbstractTwo nuclear magnetic resonance (NMR) devices, a standard imaging apparatus and a portable single-sided relaxometer (with geometry that allows non-destructive in-situ relaxation measurements on samples of any dimensions), were used to assess the hydrophobic performance of an acrylic polymer (Paraloid B-72) applied as a trichloromethane (chloroform) solution on a biocalcarenite (Lecce stone). The NMR images and relaxation time distribution functions of samples characterized by different treatments were acquired for different water absorption and measurement sequences. Samples were analyzed both fully saturated and during the capillary water absorption. The relaxation results have been compared with NMR images of internal sections of the same samples in the same absorption conditions. In spite of the instrumental and physical differences of the two devices (the single-sided device was tuned to detect the signal from a sensitive volume that is only a small portion of the entire sample, located in the first 2 mm below the surface), the experimental results of relaxometry and imaging are in very good agreement. The comparison allows the assertion to be made that the single-sided NMR technique is a powerful tool for in-situ evaluation of water-repellent treatments used for consolidation and/or protection of stone artifacts.Two nuclear magnetic resonance (NMR) devices, a standard imaging apparatus and a portable single-sided relaxometer (with geometry that allows non-destructive in-situ relaxation measurements on samples of any dimensions), were used to assess the hydrophobic performance of an acrylic polymer (Paraloid B-72) applied as a trichloromethane (chloroform) solution on a biocalcarenite (Lecce stone). The NMR images and relaxation time distribution functions of samples characterized by different treatments were acquired for different water absorption and measurement sequences. Samples were analyzed both fully saturated and during the capillary water absorption. The relaxation results have been compared with NMR images of internal sections of the same samples in the same absorption conditions. In spite of the instrumental and physical differences of the two devices (the single-sided device was tuned to detect the signal from a sensitive volume that is only a small portion of the entire sample, located in the first 2 mm below the surface), the experimental results of relaxometry and imaging are in very good agreement. The comparison allows the assertion to be made that the single-sided NMR technique is a powerful tool for in-situ evaluation of water-repellent treatments used for consolidation and/or protection of stone artifacts.Deux appareils de résonance magnétique nucléaire (RMN), un appareil d'imagerie standard et un relaxomètre portable à une face (avec une géométrie permettant la mesure de relaxation non destructive in situ sur des échantillons de toutes dimensions) ont été utilisés pour établir les propriétés hydrofuges d'un polymère acrylique (Paraloïd B-72) appliqué en solution dans du chloroforme sur de la biocalcarénite (pierre de Lecce). On a obtenu les images RMN et les fonctions de distribution du temps de relaxation des échantillons, caractérisés par différents traitements, pour diverses séquences d'absorption d'eau et de mesure. Les échantillons ont été analysés à l'état complètement saturé et au cours de l'absorption d'eau par capillarité. Les résultats de la relaxation ont été comparés avec les images RMN des sections internes des mêmes échantillons dans les mêmes conditions d'absorption. Malgré les différences instrumentales et physiques entre les deux appareils (le capteur monoface été réglé pour détecter un signal à partir d'un volume sensible ne représentant qu'une faible portion de l'échantillon complet, située dans les premiers 2 mm sous la surface), les résultats expérimentaux de la relaxométrie et de l'imagerie RMN étaient en très bon accord. La comparaison permet d'affirmer que le capteur RMN monoface représente un outil performant dans l'évaluation in situ des hydrofuges utilisés pour la consolidation et/ou la protection des objets en pierre.Zwei Kernresonaz-Apparaturen (NMR), ein bildgebendes Standardgerät und ein tragbares Relaxometer (mit einer Geometrie, die eine zerstörungsfreie Vermessung von Proben jeglicher Dimension ermöglicht) wurden dazu genutzt, die hydrophobisierende Wirkung eine in Chloroform gelösten Acrylsäurepolymers (Paraloid B72 ) auf Biocalcarenit (Lecce Stein) zu testen. Die NMR-Bilder der Proben und die Funktionen der Verteilung der Relaxationszeiten wurden für verschiedene Wassserabsorbtionen und Messsequenzen aufgenommen. Die Proben wurden im völlig gesättigten Zustand und während der kapillaren Wasserabsorbtion analysiert. Die Ergebnisse der Relaxation wurden mit den NMR-Bildern an der gleichen Proben und bei gleichen Aufnahmebedingungen verglichen. Ungeachtet der instrumentellen und physikalischen Unterschiede der beiden Apparaturen (das Relaxometer wurde darauf eingestellt, das Signal nur von einem kleinen Teilvolumen, 2mm unter der Oberfläche der Probe, zu erhalten) stimmten die Ergebnisse beider Verfahren sehr gut überein. Die gestestete NMR-Technik ist ein nützliches Werkzeug für die Analyse von hydrophobisierenden Behandlungen bei der Konsolodierung und beim Schutz von Steinobjekten.Dos dispositivos de resonancia magnética nuclear (NMR), un aparato de manipulación de imagen standard y un relaxómetro portátil de capa simple (con una geometría que permite mediciones no-destructivas de relajación en muestras de cualquier dimensión) se utilizaron para valorar el desempeño hidrofóbico de un polímero acrílico (Paraloid B-72), aplicado en disolución en cloroformo sobre biocalcarenita (piedra Lecce). Las imágenes NMR, y las funciones relativas a la distribución del tiempo de relajación de las muestras caracterizadas por diferentes tratamientos, se obtuvieron por mediciones de las diferentes secuencias de absorción de agua. Las muestras se analizaron, tanto completamente saturadas como durante la absorción de agua por capilaridad. Los resultados en cuanto a relajación se han comparado con las imágenes NMR de las secciones internas de las mismas muestras en las mismas condiciones de absorción. Sin embargo, las diferencias físicas e instrumentales de los dos dispositivos (el de capa simple se configuró para detectar la señal de un volumen sensible que es sólo una pequeña porción de toda la muestra, localizada en 2 mm. bajo la superficie); los resultados experimentales sobre relaxometría e imagen se encuentran en perfecta armonía. La comparación permite afirmar que la técnica NMR de capa simple es una potente herramienta para la evaluación in situ de tratamientos repelentes de agua utilizados para consolidar o proteger objetos de piedra.