Les analyses organiques permettent d'étudier des matières pour qui la base se forme d'un squelette de carbone et d'hydrogène. Ce sont donc des matières organiques.
Cette technique trouve son intérêt dans des domaines diverses de l'archéologie et de l'art (identification de résidus piégés dans les parois de poteries préhistoriques permettant de découvrir la fonction de ces pots, leur utilisation. ; pour les peintures, découverte de leur mode de réalisation, leurs particularités technique proposant ainsi des méthodes de conservation appropriées). L'exploration de l'histoire d'un objet et des interventions successives depuis sa création peuvent également être découverte par cette méthode.
I. Les différentes matières organiques se trouvant à la surface des oeuvres
Depuis le XIXe siècle, l'industrie chimique a mis à la portée de tous de nouveaux produits synthétisés: pigments, peintures, plastiques, etc. De nombreuses œuvres étudiées sont cependant réalisée avec des matériaux naturelles purs (huiles et cires animales et végétales, exsudats d'arbres à gomme ou à résine, protéines animales) antérieur à cette découverte. Ces produits naturels possède une complexe composition. Prenons l'exemple d'une huile résineuse d'arbre, utilisée pour la création de vernis: celle ci est formée de dizaines de molécules différentes. De plus il ne faut pas oublier que les artistes de toutes époques n'utilisaient jamais des corps purs, mais des mélanges dont la complexité était héritée de leur propre expérience. Ainsi, l'analyse organique de ces pigments ne peut être faite uniquement dans le cas où le scientifique a préalablement séparée les molécules qui le forme par chromatographie en phase gazeuse.
II. La technique d'analyse organiques: chromatographie en phase gazeuse (CPG) et spectrométrie de masse (SM)
La chromatographie en phase gazeuse est une technique permettant de séparer les constituants moléculaires d'un mélange; son utilisation est très appropriée dans l'étude d’œuvre dont les constituant anciens sont des mélanges. Elle se présente sous la forme d'une simple chromatographie à partir d'échantillon prélevés sur les œuvres.
L'identification d'un matériau se fait pas analogie de son chromatogramme avec celui d'un matériau dont le chromatogramme dans les mêmes conditions est connu.
La CPG possède cependant ses limites : elle est impuissante dans la recherche de connaissance de la nature de molécules brisées. En substitution, soit plusieurs chromatogrammes sont alors réalisées pour obtenir de nouvelles informations, soit on fait appelle à une spectrométrie de masse.
Le mélange analysée est introduit dans un four (chambre d'injection, à 280°).
Le mélange s'évapore et est conduit par le gaz vecteur dans la colonne chromatographique. Dans
cette colonne, les gaz volatiles interagissent avec l’intérieur de la colonne couverte d'une couche
séparatrice. En fonction de leur affinité avec celle-ci, les molécules restent plus ou moins longtemps.
L'analyse est concluante lorsque les éléments chimiques quittent successivement
la colonne chromatographique, et sont analysés par un un détecteur.
La spectrométrie de masse permet de connaître les structures moléculaires des différents composant des pigments issue de la CPG. Elle permet ainsi leur identification.
Dans des conditions expérimentales respectées, la molécule ionisée préalablement va se fragmenter et l'on va ainsi pouvoir découvrir son spectre de masse. La présence de banque de données spécifiques sur ces spectres de masse permettra, par comparaison, de déterminer la nature de cette molécule.
En sortant par le détecteur, les molécules pénètrent dans l'analyseur de masse.
Elles y sont alors bombardées d'ions, et se retrouvent ionisées. Par cette énergie, elles
se fracturent. L'analyseur trie ces fragments, et permet d'obtenir grâce au détecteur
un spectre de masse.
Exemple de spectre de masse à partir de l'ester méthylique, composant essentiel du colophane.
Le colophane est un produit utilisé pour les techniques de gravure à l'eau-forte.