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f Seminario Dalla Diagnostica al Monitoraggio per la Progettazione degli Interventi e la Programmazione della Manutenzione
Analisi spettroscopiche non-invasive per lo studio di superfici artistiche
Donata Magrini
02 Seminario Dalla Diagnostica al Monitoraggio per la Progettazione degli Interventi e la Programmazione della Manutenzione
f
Istituto per la Conservazione e la Valorizzazione dei Beni Culturali
Consiglio Nazionale delle Ricerche
ICVBC-CNR
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f Seminario Dalla Diagnostica al Monitoraggio per la Progettazione degli Interventi e la Programmazione della Manutenzione
Le indagini diagnostiche ci permettono di :
Studiare i materiali che lo compongono
Definire la tecnica esecutiva
Ottimizzare la leggibilità di un’opera
Supportare l’intervento conservativo
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Le metodologie di indagine comunemente applicate per lo studio di beni culturali sono
generalmente classificate in :
NON INVASIVE
non necessita di alcun prelievo di campione
Tecniche di imaging --> Restituiscono le informazioni in forma di immagine
•Fluorescenza Ultravioletta UV (Uvf)
• Infrarosso fotografico (IR)
•Riflettografia infrarossa (IRR)
• Infrarosso in falsi colori (Irfc)
•Radiografia X (RX)
•Termografia
Tecniche spettroscopiche puntuali --> Informazioni su un’area di tipo molecolare e elementale
•Fluorescenza a raggi X (XRF)
•Spettroscopia di riflettanza UV-Vis-NIR (FORS)
•Colorimetria
•Spettroscopia infrarossa
MICRO-INVASIVE
necessita di un campione
Di bulk --> il campione viene omogeneizzato e trattato
Stratigrafiche --> il campione è inglobato in resina ed analizzato nei singoli strati che lo compongono
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MICROSCOPIA DIGITALE
RIPRESE
FOTOGRAFICHE (IR, UV, VIL) COLORIMETRIA
FORS
TERMOGRAFIA
PEELING TEST
XRF
MICROFOTOGRAMMETRIA
DRILLING MICROONDE
TEST
SPUGNETTA
STRUMENTAZIONE PORTATILE
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COME SI IMPOSTA LO STUDIO DI UNA SUPERFICIE ARTISTICA?
Indagine di imaging
Indagine spettroscopica puntuale
SCELTA DEI PUNTI DA CAMPIONARE
CAMPIONAMENTO
Analisi in sezione stratigrafica
Analisi di bulk
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TECNICHE SPETTROSCOPICHE
Basate sull'interazione tra la materia e le radiazioni elettromagnetiche
Energia
Lo spettro elettromagnetico comprende l'intera gamma delle lunghezze d'onda esistenti in
natura, dalle onde radio ai raggi cosmici
Tutti gli intervalli spettrali sono utilizzati per le tecniche spettroscopiche (es. infrarosso, raggi X,
UV-visibile, microonde, ecc.)
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TECNICHE DI SPETTROSCOPIA ELEMENTARE
Fluorescenza a raggi X (XRF)
RX incidenti
RX
caratteristici e-
è un metodo spettroscopico;
si misura l’energia generata dalla fluorescenza degli
elettroni che si sono spostati dal loro livello energetico
a causa dell’irraggiamento con radiazioni x
la radiazione di emissione è caratteristica di ogni
elemento presente
fornisce informazioni sulla composizione elementare
di un campione
Energia
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FLUORESCENZA A RAGGI X (XRF)
Servi Muti - Roberto Barni, 1988, bronzo,
Fattoria di Celle, Santomato (PT)
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FLUORESCENZA A RAGGI X (XRF)
Dipinti
Affreschi
Leghe metalliche
Ceramiche, porcellane
Vetri
Avorio
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FLUORESCENZA A RAGGI X (XRF)
Non-invasività
Compattezza dei sistemi di misura
Informazione elementale
Misure semi-quantitative in situ
Non è possibile rivelare materiali organici
Limitazioni sull’individuazione quantitativa dei risultati
La penetrazione è poco controllabile e richiede un’analisi critica del risultato
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TECNICHE DI SPETTROSCOPIA ELETTRONICA
keV
0 2 4 6 8 10
0
50
100
150
200
250
300
BIA9
BIA10
Ca
CuZn
con
tegg
i
La Fontana del Nettuno,
(il Biancone),
Bartolomeo Ammannati,
Piazza della Signoria Firenze
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TECNICHE DI SPETTROSCOPIA ELETTRONICA
La spettroscopia di riflettanza UV-Vis-NIR (FORS)
Energia
correlazione fra l’assorbimento di energia da parte di una sostanza e la lunghezza d’onda
della radiazione incidente;
analisi qualitativa
informazioni di natura molecolare;
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SPETTROSCOPIA DI RIFLETTANZA A FIBRE OTTICHE (FORS)
Pigmenti
Coloranti
Prodotti d’alterazione
Studio del colore
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Tecnica d’analisi totalmente non invasiva
Strumentazione trasportatile
Possibilità di acquisire un gran numero di spettri
Misura del colore
Identificazione della maggior parte dei pigmenti, prodotti di alterazione
Poche informazioni sulle componenti organiche (leganti e pigmenti organici)
Indagine di superficie
Non sempre esaustiva in presenza di miscele
SPETTROSCOPIA DI RIFLETTANZA A FIBRE OTTICHE (FORS)
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“La leggenda della Vera Croce”
Agnolo Gaddi (1380-90)
Cappella Maggiore di Santa Croce Firenze
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Paratacamite /Atacamite Cu2Cl(OH)3
Azzurrite 2CuCO3*Cu(OH)2
Malachite 2CuCO3*Cu2(OH)
romboedrica/ortorombica
400 600 800 1000 1200 1400 1600
0
10
20
30
R%
nm
punto 14
punto 13
punto 15
470
750 1500
500 800
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COLORIMETRIA
dalla sorgente di illuminazione
dalle caratteristiche del materiale
in esame
sensibilità dell’occhio umano
IL COLORE DI UN OGGETTO DIPENDE:
Il riconoscimento dei colori da parte dell'uomo è basato sull’illuminazione, sulle caratteristiche
superficiali degli oggetti che riflettono la luce e sugli occhi dell'osservatore.
A differenza delle misure di lunghezza o di peso, non esiste una scala fisica per misurare il
colore.
Il colore è una questione di percezione o di interpretazione soggettiva.
LA COLORIMETRIA È LA DISCIPLINA CHE SI OCCUPA DI STANDARDIZZARE LA
MISURAZIONE DEL COLORE ATTRAVERSO LO STUDIO DI MODELLI DI COLORE
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MODELLO COLORIMETRICO L*a*b* (CIE 1976)
solido del colore
ΔE = (Δ L)2+ (Δ a)2+ (Δ b)2
COLORIMETRIA
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COLORIMETRIA
Agnolo Gaddi “La leggenda della vera Croce”
Cappella Grande, Chiesa di Santa Croce
Firenze
Baccio Bandinelli, Laocoonte (1520-
1525) Galleria degli Uffizi - Firenze
Caratterizzazione pigmenti
Messa a punto di piani di conservazione
Monitoraggio delle fasi pre e post restauro
Controllo stabilità prodotti
Sfera Armillare, Antonio Santucci da Pomarance
(1588-1593), Museo di Storia della Scienza di Firenze
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Energia
SPETTROSCOPIA INFRAROSSA
• Sono misurate transizioni tra livelli energetici vibrazionali nella regione del medio infrarosso
(4000-500 cm-1)
• Informazioni sui gruppi funzionali presenti nelle molecole che formano il campione e quindi,
indirettamente, sulle molecole stesse (organiche e inorganiche).
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identificazione di pigmenti/coloranti
identificazione di materiali organici
individuazione di prodotti di
alterazione
SPETTROSCOPIA INFRAROSSA
Macellum Pompei
Catacombe di Domitilla - Roma
Crocifisso secolo XVI°, San Casciano Val di
Pesa (Firenze)
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CASI APPLICATIVI
COLLEZIONE GORI, Fattoria di Celle (PT)
ANALISI DELLO STATO DI CONSERVAZIONE DI OPERE CONTEMPORANEE ESPOSTE IN ESTERNO
MONITORAGGIO DELLE CRITICITÀ DI CONSERVAZIONE
Bracci S., Cagnini A., Colombini M.P., Cuzman O.A., Fratini F., Galeotti M., Magrini D., Manganelli del Fa R., Porcinai S., Rescic S., Riminesi C., Salvadori B., Santagostino
Barbone A., Tiano P., (2015) A multi-analytical approach to monitor three outdoor contemporary artworks at the Gori Collection (Fattoria di Celle, Santomato, Pistoia, Italy),
Microchemical Journal, in press, doi:10.1016/j.microc.2015.07.008
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La Villa risale alla fine del ‘600
Estensione di 30 ettari
70 installazioni di opere d’arte ambientale in esterno/interno
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The Hand, the Creatures, the Singing
garden Loris Cecchini, 2012
Materiale:
Acciaio cromato
COLLEZIONE GORI, Fattoria di Celle (PT)
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Labirinto
Robert Morris, 1988
Materiale:
Pietra di Trani, serpentinite
COLLEZIONE GORI, Fattoria di Celle (PT)
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La morte di Efialte
Anne e Patrick Poirier, 1982
Materiale:
Pietra, bronzo
COLLEZIONE GORI, Fattoria di Celle (PT)
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Katarsis
Magdalena Abakanowicz, 1985
Materiale: Bronzo
COLLEZIONE GORI, Fattoria di Celle (PT)
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Materiale:
Cemento, specchi, marmi, colori a acrilico
La cabane éclatée aux 4 salles
Daniel Buren, 2005
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Servi muti
Roberto Barni, 1988
Materiale:
Bronzo
COLLEZIONE GORI, Fattoria di Celle (PT)
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FINALITA’
Caratterizzazione della lega
Distinzione delle patine intenzionali da quelle
di alterazione
Servi muti
Roberto Barni, 1988
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Servi muti
Roberto Barni, 1988
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TECNICHE DI INDAGINE MICRO-INVASIVE
Caratterizzazione della lega
• SEM-EDS
• Eddy Current (non invasiva, per valutare l’omogeneità)
• XRF (non invasiva)
Caratterizzazione delle patine
• Microscopio FTIR in trasmissione e ATR
• XRD
• M.O. in luce UV/Vis su cross-sections
• SEM-EDS
Residui di patine intenzionali:
• Solfuri di rame
• Nitrato basico di rame
• Fosfati di rame
Patine naturali:
• Solfati e cloruri basici di rame
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PRESENZA DI CRITICITÀ
Trasformazione delle patine artificiali in prodotti di corrosione attiva
MONITORAGGIO
L’evoluzione delle patine e degli indicatori della corrosione con
cadenza annuale mediante tecniche non invasive
Documentazione fotografica
Colorimetria
Morfologia delle superfici
Variazioni di colore
Spettrometria FTIR
Fluorescenza di raggi X Analisi composizionale
Microscopio digitale
Servi muti
Roberto Barni, 1988
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Colorimetria
Spettrometria FTIR
Fluorescenza di raggi X
Servi muti
Roberto Barni, 1988
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Patina verde chiaro Patina verde scuro
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Wavenumber (cm-1)
Re
fle
cta
nce
(a
.u.)
33
94
(B
)
11
18
(A,B
) 34
85
(A
) 3
56
6 (
B)
94
8 (
B)
87
6 (
B)
60
6 (
B)
48
7 (
B)
14
23
(G
)
13
42
(G
)
51
3 (
G)
63 -8 -1
L* a* b*
50 -16 6
L* a* b*
Servi muti
Roberto Barni, 1988
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Nessuna tecnica risponde da sola ai molteplici quesiti posti dallo studio delle opere d’arte (conoscenza
dell’opera o diagnostica dello stato conservativo e dei materiali)
L’uso complementare di più tecniche però permette di dare una risposta a molti di questi quesiti
Le tecniche non invasive possono non essere esaustive ma sono fondamentali per:
Pianificare un campionamento mirato
Nei casi in cui i campionamenti (anche se micro) non sono assolutamente possibili o autorizzati
CONCLUSIONI…
Caratterizzare i materiali presenti (pigmenti, leganti, materiali lapidei….)
Definire dello stato di conservazione (presenza di prodotti di alterazione, attacco biologico….)
Coadiuvare l'intervento di restauro (valutazione di trattamenti, monitoraggio delle operazioni…)
IN SITU E IN MODO TOTALMENTE NON-INVASIVO
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Grazie per l'attenzione
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Dalla Diagnostica al Monitoraggio per la Progettazione degli Interventi e la Programmazione della Manutenzione
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Donata Magrini
d.magrini@icvbc.cnr.it