Lezione 15 metodi di analisi termici legati alla separazione di fase. Separazione di fase. Fasi della materia: solido, liquido, gas

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1 Lezione 15 metodi di analisi termici legati alla separazione di fase Separazione di fase Fasi della materia: solido, liquido, gas SOLIDO Scioglimento solidificazione LIQUIDO evaporazione condensazione GAS Ogni materiale ha una temperatura di transizione diversa per evaporazione o sublimazione Scaldando progressivamente un materiale composito le sue diverse componenti passano progressivamente alla fase gassosa (+ volatile) che abbandona il campione modificandeone il peso. 1

2 Analisi termiche È un gruppo di tecniche nelle quali una o più proprietà di un campione di materiale vengono studiate durante un incremento controllato di temperatura. SOLIDO AMORFO COMPOSTI ORGANICI SOLIDO CRISTALLINO Trasformazioni fisiche Fusione Ebollizione Sublimazione Reazioni chimiche Ossidazioni Degradazioni composti organici Variazioni di peso Reazioni endotermiche => assorbimento di calore Reazioni esoenergetiche => liberazione di calore Perdita di peso Ciclo dell acqua Evaporazione della molecola di acqua legata a differenti forme con il composto umidità (acqua libera), acqua di cristallizzazione, acqua di costruzione. 2

3 TGA (analisi termogravimetrica) misura del cambio di peso di un campione al crescere della temperatura. Determinazione del contenuto di acqua e di sostanze volatili. (fino a C con step di 10 C/minuto) DTA (analisi termica differenziale) misura delle variazioni di temperatura in un campione rispetto a uno standard di riferimento all aumentare della temperatura. Rivela la presenza di reazioni o esoenergetiche o endoenergetiche all interno del campione e quindi il tipo di sostanze presenti. (fino a 1350 C con step di C/minuto) DSC (calorimetria a scansione differenziale) misura della temperatura e del calore associato con le transizioni di fase in materiali in dipendenza del tempo e della temperatura. TGA Analisi TGA del carbonato di calcio: intorno agli 850 gradi si osserva una perdita di peso del 44% dovuta alla rimozione della CO 2 nella formazione di CaO 3

4 DTA (analisi termica differenziale) Analisi DTA di un vetro: i due picchi identificano due temperature di cristallizzazione, la fascia viola identifica invece la zona di transizione di fase in cui non vi è variazione di T all aumentare della temperatura esterna. DSC 4

5 Applicazioni ai beni culturali Analisi distruttiva ma campioni di pochi mg Caratterizzazione di materiali Ceramiche: composizione chimica e mineralogica Ceramiche (temperatura di cottura) Materiali pittorici (organici) Oli siccativi recenti (<100 anni) polimerizzazione non completa Cambio di peso Variazione totale di peso durante il riscaldamento Intervallo durante il quale si manifesta la maggiore variazione di peso (>0 o <0) 5

6 Esempi di differenti comportamenti di materiali ceramici moderni Evaporazione dell acqua libera a 105 C Forte reazione esoenergetica (scioglimento di un cristallo) Reperti ceramici dell età del bronzo in due villaggi lituani 6

7 Aumento di peso Processo ossidativo del rame Cottura a bassa temperatura Cottura ad alta temperatura testimoniata dalla stabilità di peso ad alte temperature 7

8 SAGGI CHIMICI MICROANALITICI (SPOT TEST) SPOT TEST polveri, scaglie, sezioni, liquidi quantità << 1 mg reazioni chimiche dirette (con reagenti) o indirette (per riscaldamento), con sviluppo di gas, formazione di precipitati, formazione di composti colorati => individuazione qualitativa materiali organici e inorganici, tra cui prodotti di degrado eventuale associazione a microscopia ottica analisi distruttiva del campione/punto di misura (ma sezioni lucide possono essere rilucidate se l attacco è solo superficiale) documentazione fotografica dei risultati, dove possibile possibilità di analisi in situ (kit portatili) 8

9 es. di SPOT TEST: TEST ISTOCHIMICO Spot test su sezione stratigrafica di un dipinto (amido black) per l identificazione di colle animali. La colorazione blu indica la presenza di colla nella sola preparazione pittorica. Spot test sulla stessa sezione spot test con Oil Red) per l identificazione del legante pittorico. La colorazione rossa indica la presenza di olio di lino nel solo strato pittorico. 9