Laurea Magistrale in Archeologia e Storia dell Arte

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1 Laurea Magistrale in Archeologia e Storia dell Arte

2 Tecniche non invasive e tecniche invasive Le tecniche non invasive sono quelle tecniche che permettono un analisi del campione senza un prelievo o una manipolazione dello stesso. Generalmente si applicano a superfici e sfruttano le interazioni tra materia e radiazioni elettromagnetiche. Campanella, Casoli, Colombini, Marini Bettolo, et al., Chimica per l'arte, Zanichelli editore

3 Chimica dei Beni Culturali - 2 Le radiazioni elettromagnetiche, di cui la più conosciuta è la luce visibile, si propagano nello spazio con un moto ondulatorio caratterizzato da: lunghezza d onda frequenza energia

4 Chimica dei Beni Culturali - 2 Lunghezza d onda (λ): distanza tra due massimi o due minimi di un onda Frequenza (ν): numero di onde complete che passano per un punto nell unità di tempo.

5 Chimica dei Beni Culturali - 2 Le grandezze che caratterizzano una radiazione elettromagnetica sono collegate da relazioni. Dove E = energia h = costante di Planck (6.3 x J s -1 ) C = velocità di propagazione della luce nel vuoto (3 x 10 8 m s -1 )

6 Chimica dei Beni Culturali - 2 Le radiazione elettromagnetiche interagiscono con la materia in maniera differente in funzione dell energia ad esse associata.

7 Riflessione/Trasmissione Assorbimento Trasmissione

8 MICROONDE Le microonde hanno frequenze comprese tra 10 9 Hz e Hz e lunghezza d onda compresa tra 0.3*10 9 nm e 10 6 nm. Sono generate da dispositivi meccanici come cavità risonanti o guide d'onda. Sono usate in studi atomici e molecolari e in telecomunicazioni. Nei laboratori di restauro vengono utilizzati su opere d arte per la disinfestazione da agenti biodeteriogeni quali insetti xilofagi (tarli) e agenti infettanti (funghi e batteri). Non hanno alcun effetto sul supporto di origine abiotica, se non di riduzione del contenuto di umidità.

9 MICROONDE Ø Alla frequenza delle microonde l'acqua si riscalda per effetto del campo elettromagnetico e questo consente di far aumentare la temperatura degli organismi infestanti fino alla loro temperatura letale. Ø Temperature di 53 C con tempo d applicazione 3 minuti sono letali nel caso degli insetti xilofagi (uova, larva, adulto), e possono essere raggiunte nell'insetto mantenendo la temperatura del legno a valori di sicurezza - che si riscalda solo per conduzione. Ø Temperature di 65 C (applicate per un tempo di 3 minuti), nel caso di licheni e funghi neri, possono essere altrettanto letali per tali agenti ma non provocano alterazioni ad un eventuale supporto lapideo, sia questo marmo o altro.

10 MICROONDE La disomogeneità dei materiali, portando ad un diverso assorbimento dell energia elettromagnetica, porta a situazioni di disomogeneità di temperature: Ø i metalli (decorazioni in oro, rame, argento o qualunque altro metallo) sono sede di una concentrazione di carica, provocando un rapido e sensibile incremento della temperatura; Ø Ø alcune sostanze organiche (adesivi, lacche, leganti, etc.) possono vedere alterate o addirittura compromesse le loro peculiari caratteristiche a causa di un loro eccessivo riscaldamento; variazione delle condizioni termo-igrometriche del materiale (umidità) tra una zona e l altra del supporto (per esempio zone interne da quelle più esterne).

11 MICROONDE La diffusione dei trattamenti a microonde in ambito beni culturali è relativamente bassa e la ragione è legata alle problematiche che potrebbero essere implicate durante e successivamente al trattamento su un manufatto artistico complesso. In un dipinto su tavola di legno, tecnica pittorica adottata tipicamente nel rinascimento, possono sono sempre presenti differenti materiali: chiodi o perni metallici per aumentare la stabilità meccanica del supporto, pellicola pittorica, strato preparatorio, etc. La disomogeneità dei materiali porta ad una diversa distribuzione dell energia elettromagnetica.

12 INFRAROSSO La radiazione infrarossa (IR) ha frequenze comprese tra circa Hz e Hz con lunghezza d onda compresa tra 10 6 e 0.78* 10 3 nm. La spettrofotometria infrarossa (IR) è una tecnica di analisi molecolare nella quale sono misurate transizioni tra livelli energetici vibrazionali. Con questa tecnica è possibile avere informazioni sui gruppi funzionali presenti nelle molecole che formano il campione e quindi, indirettamente, sulle molecole stesse. Le informazioni sono prevalentemente di tipo qualitativo; l aspetto quantitativo è scarsamente sfruttato

13 VISIBILE La radiazione visibile ha frequenza compresa tra 3.8*10 14 Hz e 7.9*10 14 Hz e lunghezza d onda compresa tra 380 nm e 780 nm. Il campo del visibile è molto ristretto rispetto all intero spettro delle radiazioni, ma è estremamente importante per gli organismi viventi poiché l occhio è sensibile a queste radiazioni. La luce viene assorbita da atomi e molecole quando i relativi elettroni esterni compiono transizioni dallo stato fondamentale ad uno stato eccitato.

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16 ULTRAVIOLETTO I raggi ultravioletti (UV) hanno frequenza compresa tra 7.9*10 14 Hz e 5*10 17 Hz con lunghezza d onda tra 0.38*10 3 nm e 6*10-1 nm. Essi sono prodotti in transizioni tra diversi stati elettronici in atomi e molecole. Le radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole sono assorbite quasi completamente dall atmosfera con formazione dell ozono, O 3. I raggi ultravioletti sono dannosi per gli esseri viventi per il loro potere penetrante nei tessuti. Sono in grado di mandare in risonanza i legami molecolari, portandoli alla rottura (uno dei principale utilizzi di queste radiazioni è la sterilizzazione).

17 RAGGI X I raggi X hanno frequenza compresa fra circa 3*10 17 Hz e 5*10 19 Hz e lunghezza d onda compresa tra i 6*10-1 nm e 6*10-3 nm. I raggi X hanno energia sufficiente per provocare transizioni di elettroni atomici più interni, danneggiare le cellule viventi e possono penetrare nei tessuti biologici. Hanno lunghezze d onda pari al raggio di un atomo. Il loro diverso assorbimento ad opera dei tessuti di diversa consistenza e densità rende possibile il loro impiego in diagnostica medica (radiografia e radioscopia). Trovano inoltre applicazioni in radiochimica e medicina.

18 FLUORESCENZA La fluorescenza è dovuta al fatto che la materia, quando assorbe energia, si riporta sempre al suo stato fondamentale riemettendo questa energia sotto forma di radiazione. La radiazione emessa è caratteristica della composizione del materiale. Nel caso della fluorescenza ai raggi X sono gli atomi costituenti la materia che, stimolati con un opportunamente, riemettono raggi X caratteristici. La fluorescenza a raggi X si ottiene irradiando un campione con un generatore, simile a quello impiegato per le radiografie. Un rivelatore di radiazione raccoglie i raggi X di fluorescenza emessi dal campione, che sono caratteristici degli elementi e proporzionale alla loro concentrazione. Due sono i punti di forza di questa metodologia: la possibilità di essere impiegata sul campo, usando apparati portatili, e la sua non-distruttività. Infatti è possibile operare sui reperti senza effettuare prelievi o manipolazioni direttamente nei siti archeologici o nei musei.

19 I raggi IR La riflettività o la riflettometria IR rispecchia gli strati più profondi di un dipinto (i raggi IR penetrano più in profondità prima di essere riflessi), mentre la riflettometria UV è rappresentativa dei primissimi strati superficiali.

20 Chimica dei Beni Culturali - 2 Tecnica di indagine ottica utilizzata per analisi di dipinti (su tavola e su tela), papiri e affreschi, per l individuazione di: ü Restauri (presenza di pigmenti diversi) ü Pentimenti (variazioni stilistiche) ü Disegno preparatorio ü Riutilizzi San Francesco Riceve le Stimmate. MARCELLO FOGOLINO Pinacoteca Civica di Vicenza ü Testi non più leggibili (sporco o scolorimento)

21 Chimica dei Beni Culturali - 2 Visibile Si MCT PbS

22 Per le applicazioni pratiche, la fluorescenza UV è adattissima per la visualizzazione delle vernici trasparenti messe a protezione dello strato pittorico vero e proprio, essendo sostanze resinose molto sensibili alla fluorescenza UV. E utile poi per differenziare e localizzare materiali che apparirebbero indistinguibili nello spettro visibile (quelli della stessa classe cromatica ma di diversa composizione chimica), per l identificazione dei materiali in base al colore caratteristico della fluorescenza e per individuare ritocchi, ridipinture e parti rifatte, grazie alla mai perfettamente uguale composizione chimica di successivi interventi.

23 Chimica dei Beni Culturali - 2 Nelle immagini a lato, è evidente come i restauri fatti, zone più scure, sono dovuti ad un cedimento dello strato pittorico proprio in prossimità dei punti di contatto tra le tavole della struttura del quadro. Il colore scuro rispetto alle zone non restaurate, testimonia la mancanza o la diversità della vernice protettrice.

24 Particolare della pala Madonna con Bambino e Santi (Matteo di Giovanni, Cattedrale di Pienza). Particolare linee Riflettogramma IR con ben evidenti le del disegno preparatorio

25 BELLINI: Madonna col Bambino. Pinacoteca di Brera - Milan

26 BELLINI: Madonna col Bambino. Pinacoteca di Brera - Milan

27 Chimica dei Beni Culturali - 2 Lampada di Wood

28 Ø Ø Ø Ø Ø La lampada di Wood emette luce ultravioletta (λ 325 nm). Trova applicazione nelle indagini che hanno per oggetto le superfici pittoriche, ma risulta di grande interesse anche per lo studio delle superfici di diverse tipologie di manufatti. La luce ultravioletta generata dalla lampada di Wood permette di differenziare e/o evidenziare materiali che non risultano chiaramente distinguibili alla normale osservazione, permettendo l identificazione di situazioni di disomogeneità altrimenti non individuabili. Questo tipo di indagine serve per verificare se i manufatti analizzati abbiano subito dei restauri e in che misura. Viene inoltre impiegata per la verifica dell'autenticità di banconote, di documenti, per evidenziare inchiostri speciali non rilevabili con la normale illuminazione e, in mineralogia, per osservare alcune classi di minerali, per controllare la genuinità dell'ambra.

29 Ø Ø Ø Ø In medicina la lampada di Wood può essere impiegata per evidenziare alcune infezioni da funghi e diverse altre malattie a carico della pelle. In merceologia per rilevare la infestazione da funghi in prodotti alimentari. Su materiali lapidei evidenzia le patine biologiche (muffe, funghi,..) In paleografia la lampada viene spesso impiegata per identificare simboli o lettere su pergamene o papiri altrimenti illeggibili a occhio nudo. In restauro viene utilizzata perché la fluorescenza ultravioletta è immediatamente visibile: le vernici risultano opalescenti, biancastre. Tale lampada individua la presenza di vari colori, tra i quali il verderame che appare diverso dalle ridipinture, con le quali talvolta può essere scambiato.

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31 Applicazioni della spettrometria UV-Vis-NIR Riconoscimento di pigmenti inorganici ed organici (effetto della vernice e della granulometria, riconoscimento di leganti) Riconoscimento di prodotti di degrado su materiali lapidei (tipicamente solfati, ossalati e nitrati) Riconoscimento di agenti coloranti nei vetri Misura del colore

32 Riassumendo Tra i metodi di esame dei dipinti la fluorescenza all'ultravioletto è tra le prime tecniche ad essere utilizzata. Questa tecnica è utilizzata principalmente nella fase di accertamento dello stato di degrado dell'opera e nella verifica dell'esistenza e dell'estensione delle parti non originali del tessuto pittorico. Proiettando un fascio di raggi UV sulla superficie di un dipinto osserviamo come alcune parti di esso si illuminino mentre altre rimangano scure. Questo dipende dalla proprietà che hanno alcune sostanze: assorbono radiazioni UV (a noi invisibili) e riemettono radiazioni nel campo del visibile. Le differenti luminosità (fluorescenza) osservabili su un dipinto 'illuminato' da una lampada UV sono in funzione non solo della composizione chimica delle varie sostanze, ma anche al tempo che è trascorso da quando questi materiali sono stati applicati.

33 Lampada di Wood portatile 15,00-20,00 Caratteristiche tecniche: Tubo da 4W Lunghezza d'onda del tubo UV: 352 nm Dimensioni 162x55x20mm Alimentata da 4 batterie a stilo da 1.5V (comprese) Torcia incorporata