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Rare materials? Studies on the non-invasive analysis and visualisation of historical non-carbon black underdrawing materials in 14th to 17th century European paintings - Volume I & II

Gerken, Mareike

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Abstract

Die kompositorische Phase, bekannt als Unterzeichnung, spielt eine entscheidende Rolle in der Entstehung eines Gemäldes und stellt einen entscheidenden Schritt zur Festlegung und Verfestigung der Komposition dar. Sie bildet damit die Grundlage für den nachfolgenden Malprozess und öffnet dabei ein Fenster in die Vergangenheit, das den gegenwärtigen Beobachtern einen Einblick in den kreativen Prozess der Künstler*innen ermöglicht. Das Entschlüsseln der normalerweise verborgenen Informationen liefert wertvolle Einblicke in die künstlerische Praxis, die sowohl für die Kunsttechnologie als auch für die Kunstgeschichte entscheidend sind. Durch die standardmäßige Untersuchung der Unterzeichnung mit infraroter Strahlung können jedoch insbesondere kohlenstoffbasierte Schwarzpigmente, wie Kohle oder schwarze Tusche, als Unterzeichnungsmittel sichtbar gemacht werden. Historische Quellen deuten jedoch auf eine breite Palette an Medien hin, darunter Eisengallustinte, Erdpigmente und verschiedene Metallstifte, die von Künstler*innen als Zeichenmaterial genutzt wurden. Obwohl in Quellenschriften erwähnt, konnten diese nicht-kohlenstoffbasierten Materialien nur in Einzelfällen und meist mit invasiver Analytik identifiziert werden und gelten daher oft als selten. Im Rahmen der Dissertation wurde daher ein neuer zerstörungsfreier und bildgebender Analyseansatz mit Fokus auf die ortsaufgelöste mikro-Röntgenfluoreszenzanalyse (scanning µ-XRF) und wellenlängenspezifischer Infrarotreflektographie (MS-IRR) erforscht. Die Studie stützt sich auf zwei Hauptpfeiler: Testreihen an Probetafeln, um die Möglichkeiten und Grenzen des Nachweises und der Visualisierung der oben genannten Unterzeichnungsmaterialien zu definieren, sowie eine Untersuchungskampagne an europäischen Gemälden des 14. bis 17. Jahrhunderts aus der Sammlung des Städel Museums Frankfurt, um das Vorkommen von nichtkohlenstoffbasierten Materialien in historischen Unterzeichnungen zu beurteilen. Die Ergebnisse zeigen eine beträchtliche Anzahl zuvor unentdeckter Unterzeichnungen mit Eisengallustinte, Erdpigmenten, Zinnober, Bleiweiß, Metallstiften und sogar rotem Farblack. Der Vergleich mit früherem kunsttechnologischem Wissen über die gesamte Museumssammlung, das durch gängigere Untersuchungsmethoden gewonnen wurde, bildet eine erste Grundlage für die objektive Bewertung des analytischen Ansatzes sowie des Vorkommens nichtkohlenstoffhaltiger Unterzeichnungen. Diese Forschung bezeugt nicht nur die Vielfalt der verwendeten Materialien, sondern hebt auch die Komplexität des kompositorischen Prozesses hervor.

Translation of abstract (English)

The compositional stage on the prepared pictorial ground, known as the underdrawing, holds a decisive role in the genesis of a painting, serving as a crucial step in establishing and solidifying the composition. It lays the foundation for the subsequent painting process and, as such, opens a window to the past, allowing the present-day observers a glimpse at the artist’s creative process. Unravelling the typically entirely hidden information gives valuable insights into the artistic practice crucial for both art-technology and art-history. Underdrawings are commonly examined with infrared radiation-based techniques that are particularly capable of detecting carbon-black underdrawing materials, such as charcoal or diluted black paint. However, historical sources indicate a broader spectrum of media utilised by artists for drawing purposes, including inter alia iron gall inks, earth pigments, and various metalpoints. Despite being mentioned in historical treatises, the identification of these non-carbon-black materials has often been only possible in single cases predominantly by means of invasive analysis, making them appear rare. This dissertation introduces a novel non-invasive analytical approach, focussing on spatially resolved or scanning micro-X-ray fluorescence analysis (scanning µ-XRF) and wavelength-specific infrared reflectography (MS-IRR). The research is built upon two main pillars: test series on specimens to define capabilities and limitations of detecting and imaging the above-mentioned underdrawing media, and an examination on 14th to 17th century European paintings from the collection of the Städel Museum Frankfurt to evaluate the occurrence of non-carbon-black materials in historical underdrawings. The results reveal a substantial number of previously undiscovered underdrawings featuring iron gall ink, earth pigments, vermilion, lead white, metalpoints and even red lakes. Comparison to prior art-technological knowledge on the entire museum’s collection, gained with more common examination approaches, provide an initial foundation for objectively assessing the analytical approach as well as the occurrence of non-carbon-black underdrawings. This research not only testifies diversity of drawings materials employed but also highlights the complexity of the compositional process.

Document type: Dissertation
Date: 2026
Supervisor: Prof. Dr. Christoph Krekel
Version: Primary publication
Date of thesis defense: 6 June 2025
Date Deposited: 23 Apr 2026 18:24
Faculties / Institutes: Research Project, Working Group > Individuals
DDC-classification: Arts
Painting
Controlled Keywords: Europa, Vorzeichnung, Malerei, Infrarot-Reflexionsspektroskopie, Röntgenfluoreszenzspektroskopie, Geschichte 1300-1600
Subject (classification): Painting
Conservation, Forgery
Others
Countries/Regions: Germany, Switzerland, Austria
Other Countries