SECONDA LEZIONE: interazioni della radiazione con la materia e statistica delle misure sperimentali

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1 SECONDA LEZIONE: interazioni della radiazione con la materia e statistica delle misure sperimentali

2 RADIAZIONI E MATERIA lunghezza d onda λ (m) Å 1 nm 1 µm 1 mm 1 MeV 1 kev 1 ev energia Regioni spettrali RAGGI γ RAGGI X eccitazione nucleare e atomica Processi fisici coinvolti transizioni elettroni interni ULTRA- VIOLETTO transizioni elettroni esterni VISIBILE INFRAROSSO vibrazioni molecolari (bending, stretching) MICRO- ONDE rotazioni molecolari risonanza spinelettrone ONDE RADIO risonanza magnetica nucleare

3 INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA I 0 fenomeni di interazione I energia entrante energia assorbita energia uscente Oggetto o campione

4 PROCESSI DI INTERAZIONE TRA RADIAZIONE E MATERIA radiazione incidente radiazione diffusa radiazione diffusa riflessa radiazione riflessa speculare radiazione diffusa assorbita radiazione trasmessa incidenza e riflessione rifrazione, diffusione e assorbimento trasmissione

5 ANALISI ELEMENTARI (o elementali) rivelano i tipi di atomi presenti nel materiale: Analisi distruttive del campione (AAS, AES, ICP- OES, ICP-MS) Analisi micro-distruttive del campione (LA-ICP- MS, LIP e LIBS) Analisi non distruttive del campione (XRF, PIXE, PIGE, SEM-EDX e TEM)

6 INTERAZIONE PARTICELLA-MATERIA A LIVELLO MICROSCOPICO (l atomo) Nucleo atomico (protoni e neutroni) ORBITALI INTERNI ORBITALI ESTERNI

7 ANALISI MOLECOLARI: - Spettroscopia molecolare: Spettroscopia infrarossa (FTIR) Spettroscopia Raman e FT-Raman - Metodi di separazione cromatografie Gascromatografia (GC) e Cr. Liquida (HPLC) Spettrometria di massa (MS) Analisi termiche (TGA, DTA, DSC) Tecniche combinate GC-MS, GC-FTIR

8 LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO frequenza ν (Hz) numero d onda (cm -1 ) λ lunghezza d onda λ (m) 1 Å 1 nm 1 µm 1 mm regioni RAGGI γ RAGGI X UV INFRAROSSO MICRO- ONDE ONDE RADIO lunghe medie corte E-VHF estremo lontano medio vicino VISIBILE vicino lontano IR estremo IR lontano IR medio IR vicino 15 µm 6 µm 3 µm 750 nm nm rossi aranci gialli verdi blu violetti

9 ANALISI STRUTTURALI: diffrazione di raggi X (XRD) microscopia ottica; microscopia elettronica (TEM e SEM) CARATTERIZZAZIONE OTTICA Spettroscopia UV-Visibile-NIR Colorimetria Fluorescenza UV Infrarosso Falso Colore (IR-FC) S. Volpin, L. Apollonia, Le analisi di laboratorio applicate ai beni artistici policromi, Il prato, Padova 1999, pp

10 cos è uno spettro: CPS Fe Zn Pb Conteggi Per Secondo Sr Zr Energy (KeV) Ag (scattering) XRF su un vetro scala ascisse (asse x) e e ordinate (asse y) u.d.m. sensibilità-risoluzione,...

11 Spettro di riflettanza RIFLETTANZA Lunghezza d onda (nanometri)

12 LA MISURA E IL DATO SPERIMENTALE

13 La misura incertezza sulla misura - errori sistematici (eliminabili, ad es. di taratura, imperizia,...) - errori casuali (NON eliminabili): valor medio e deviazione standard dalla media I numeri: cifre decimali e cifre significative (sensibilità dello strumento) Caratteristiche della strumentazione: - sensibilità: minima grandezza rilevabile - risoluzione: capacità di distinguere - intervallo operativo (range) - portata: massima quantità rilevabile (problemi di saturazione,...) - limiti di applicazione (profondità di penetrazione, applicabilità in aria ecc) Misura qualitativa e quantitativa: Qualitativo: identificazione degli elementi caratteristici presenti Quantitativo: misura della coincentrazione relativa dei vari composti trovati.

14 Misure accurate Misure ripetibili Misure ripetibili Misure accurate PRECISIONE Misure ripetibili hanno una bassa incertezza cioè i dati si discostano poco da un valor medio Misure accurate hanno un buon grado di approssimazione al valor vero Valor medio Valor vero

15 statistica N dati: x 1, x 2, x 3 x n Media: x = x x2 N x n Media pesata: x = x 1 f 1 + x f f x f +... f 2 n n f n Deviazione standard: quanto mediamente un dato differisce dal valor medio, è un buon indice dell errore di una misura realizzata attraverso più misure sperimentali. Valore di una misura sperimentale dedotta da N misure : x ± σ x

16 Come si distribuiscono dei dati con un errore casuale? distribuzione gaussiana 12 Frequenza del dato Valore del dato

17 Statistica Distribuzione Gaussiana