Laser Induced Fluorescence a scansione per l analisi di materiali per i beni culturali

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Giustino Valle
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1 Laser Induced Fluorescence a scansione per l analisi di materiali per i beni culturali Giulia Ricci Ca Foscari Università di Venezia, Dipartimento di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica

2 OUTLINE 1. Introduzione 2. Principi della tecnica LIF 3. Sistema LIF a scansione 4. Applicazioni LIF nella diagnostica per i Beni Culturali 5. Conclusioni

3 1. INTRODUZIONE I beni culturali devono essere salvaguardati poiché appartenenti alla categoria delle risorse non rinnovabili 1. Obiettivi della diagnostica applicata ai Beni Culturali Caratterizzazione dei materiali & Individuazione del danno Nel rispetto dell opera d arte e del suo stato preservando il contesto storico-ambientale Tecniche di indagini non distruttive 1 Bernardi A., Conservare opere d arte, il prato editore, 2004.

4 1. INTRODUZIONE Le tecniche laser per i beni culturali - Laser cleaning Pulitura delle superfici - Spettroscopia Raman - Laser Induced Fluorescence (LIF) - Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Analisi dei materiali Analisi dell autenticità Analisi stratigrafica Analisi del deterioramento e consolidamento

5 2. PRINCIPI DELLA TECNICA LIF Emissione di Fluorescenza

6 2. PRINCIPI DELLA TECNICA LIF Stesso colore fluorescenza diversa Limite sovrapposizione spettrale

7 3. SISTEMA LIF A SCANSIONE Sistema realizzato e brevettato dal laboratorio Diagnostica e Metrologia dell ENEA C.R. Frascati Laser Thomson DIVA λexc Energia per impulso Durata dell impulso Frequenza di ripetiz. Integr. time Nd:YAG IV Harmonic Diode pumped 355 nm; 266 nm 1mJ@20Hz 10 ns 20 Hz 10 μs to > 60 s (detector s limit is ~15 s) Schema della strumentazione LIF a scansione

8 3. SISTEMA LIF A SCANSIONE Specchio concavo Laser Fibra Specchio rotante Specchio Specchio forato Strumentazione LIF portatile (Sistemi da campo)

9 3. SISTEMA LIF A SCANSIONE Sistema LIF a scansione di linea (Sistemi da campo) Un immagine di m 2 è scansionata in meno di 2 minuti a 25 m di distanza (risoluzione spaziale ~ 2mm)

10 3. SISTEMA LIF A SCANSIONE Acquisizione dati Immagine Spettro LIF del punto selezionato

11 3. SISTEMA LIF A SCANSIONE Resine sintetiche, consolidanti e protettivi, pigmenti e leganti Elaborazione dati Agenti biodeteriogeni, funghi Necessità di un DATABASE

4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI

ecc. Materiali da costruzione (marmo, tufo) Agenti

12 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Materiali per beni culturali: pietre, legni dipinti, ceramiche, affreschi, pigmenti (inorganici, organici), leganti(antichi, moderni), ecc. Materiali da costruzione (marmo, tufo) Agenti biodeteriogeni (funghi, licheni) Ambiente (LIDAR Fluorosensor)

13 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Strato protettivo/vernice Strato pittorico Substrato-strato preparatorio Resine sintetiche database Scelta dei parametri sperimentali Leganti pittorici database λexc= 266nm λexc= λexc= 355nm 355nm

pigmenti in opera Immagine di fluorescenza, Paraloid B72? Fantoni R., et.al.(2013).

14 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI È possibile discriminare tra superfici trattate e non trattate Battistero di Padova Affresco Individuare i pigmenti in opera Immagine di fluorescenza, Paraloid B72? Fantoni R., et.al.(2013). Laser-induced fluorescence study of medieval frescoes by Giusto de Menabuoi. J. Cult. Herit.

15 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Analisi di biofilm da catacombe romane Appia Antica, Roma Spettri ben distinti Attribuzioni chl a + phycobiliproteins nm chl a 695 chl a + carotenoids 650 nm chl b 580 phycoerythrin (cyanobacteria) light-harvesting antennae complex connected to Chl a Caneve L., et.al., 2010, Analysis of biofilms from Roman catacombs by laser induced fluorescence and multivariate analysis

16 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Analisi di biofilm da catacombe romane Appia Antica, Roma Spettri simili Principal component analysis on biofilms dark and clear on tufa. Caneve L., et.al., 2010, Analysis of biofilms from Roman catacombs by laser induced fluorescence and multivariate analysis

17 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Discriminazione di marmi bianchi saccaroidi (Carrara, Pario, Pentelico) mediante analisi LIF Scelta dei parametri sperimentali Ricci G., (2011), LIF and ultrasound techniques to study thermal modification induced on white marbles in the proceedings of LACONA IX Congress.

4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Discriminazione di marmi bianchi saccaroidi (Carrara, Pario, Pentelico) mediante analisi LIF Fluorescenza nella calcite

18 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Discriminazione di marmi bianchi saccaroidi (Carrara, Pario, Pentelico) mediante analisi LIF Fluorescenza nella calcite elementi attivatori composizione chimica Mn 2+, Cr 3+, Pb 2+, Fe 2+ terre rare come: Eu 3+,Sm 3+, Dy 3+, Tb 4+ presenza di impurezze dal reticolo cristallino da eventuali difetti

19 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Discriminazione di marmi bianchi Mn ++ Fe ++ Ricci G., (2011), LIF and ultrasound techniques to study thermal modification induced on white marbles in the proceedings of LACONA IX Congress.

produzione su manufatti ceramici archeologici e storici Approccio

20 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Studio archeometrico di materiali ceramici storici Incidenza delle tecniche di produzione su manufatti ceramici archeologici e storici Approccio multi-spettroscopico favorendo tecniche di indagine noninvasive Ricci G., (2015), PhD project

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21 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Test di danneggiamento Protocollo standard seguito per tutti i campioni preparati: misure di colorimetria e di riflettanza alternate ad irraggiamenti con laser a 266 nm (7 cicli per un totale di 320 spari laser su ogni singolo punto studiato). Controllo integrità meccanica Cotone spari Cotone con colla vinilica spari Carta di giornale 320 spari Ludovica Ruggiero, Tesi di Laurea

4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Test di danneggiamento - Controllo alterazioni cromatiche Paraloid B72 substrato Materiale ΔE Cotone 0,10 Cotone con vinavil 0,21 Carta da

22 4. APPLICAZIONI LIF NELLA DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI Test di danneggiamento - Controllo alterazioni cromatiche Paraloid B72 substrato Materiale ΔE Cotone 0,10 Cotone con vinavil 0,21 Carta da pacchi 0,25 Giornale con vinavil 3,4 Valori ΔE ottenuti dal confronto tra i parametri CIELAB delle misure colorimetriche medie prima e dopo irraggiamento laser Ludovica Ruggiero, Francesca Grimaldi, Tesi di Laurea

23 5. CONCLUSIONI Vantaggi della tecnica LIF Misure in Real time In situ, senza preparazione del campione Non distruttivo, non invasivo Operanti a distanza Sistemi compatti, leggeri e trasportabili, non troppo costosi

24 5. CONCLUSIONI La tecnica LIF a scansione può essere usata nel campo dei beni culturali con buoni risultati Le condizioni sperimentali devono essere ottimizzate a seconda della specifica applicazione La tecnica permette la discriminazione e la localizzazione rapida delle aree trattate da quelle non trattate E possibile l identificazione dei materiali superficiali (database di riferimento)

25 ENEA Luisa Caneve, Francesco Colao, Valeria Spizzichino, Franca Persia, Elisabetta Zendri Antonio Palucci e Roberta Fantoni GRAZIE PER L ATTENZIONE

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