Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali
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Personale coinvolto : Carlo Bruno Azzoni Associate Professor HofD Pietro Galinetto Researcher Francesco Rossella Ph.D. Student Dorino Maghini Technician. Università di Pavia Dipartimento di Fisica “A. Volta” Alcune tecniche fisiche per i Beni Culturali. cognome @fisicavolta.unipv.it.

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Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali

Personale coinvolto:

Carlo Bruno Azzoni Associate Professor HofD

Pietro Galinetto Researcher

Francesco Rossella Ph.D. Student

Dorino Maghini Technician

Università di PaviaDipartimento di Fisica “A. Volta”Alcune tecniche fisiche per i Beni Culturali

cognome@fisicavolta.unipv.it


Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali

DIPARTIMENTO DI CHIMICA GENERALEvia Taramelli, 12 - 27100 Paviatel. +39 382 507325; Fax +39 382 528544

Persone da contattareProff. Sandro Meloni; Massimo Oddone; Vincenzo Riganti

L’attività scientifica ha avuto per oggetto l’applicazione dei metodi di analisi per attivazione neutronica ai beni culturali e in particolare agli studi di provenienza della materia prima di manufatti di interesse archeologico e/o storico-artistico.

L’analisi per attivazione neutronica comporta l’impiego del reattore nucleare TRIGA Mark II, installato presso il Laboratorio Energia Nucleare Applicata (L.E.N.A.) dell’Università di Pavia.

L’attività è caratterizzata da:

1) adozione di procedure standardizzate per la valutazione preliminare della omogeneità e della rappresentatività dei campioni di manufatti archeologici e di materie prime che vengono sottoposti ad indagine.

2) esame critico delle caratteristiche dei materiali standard di riferimento, abitualmente utilizzati nei procedimenti di analisi per attivazione neutronica, in relazione alla natura del manufatto archeologico in esame.

3) sviluppo di modelli chemiometrici applicati in particolare allo studio di provenienza di materiali di interesse archeologico e/o storico-artistico.

Attualmente i) caratterizzazione delle fonti di ossidiana del Monte Arci in Sardegna e allo studio di provenienza di manufatti di ossidiana ritrovati in insediamenti neolitici sardi; ii) produzione di materiale ceramico nella Pavia pre-romana e romana: individuazione delle fonti di approvvigionamento dell’argilla.


Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali

DIPARTIMENTO DI CHIMICA FISICA via Taramelli, 16 - 27100 Paviatel.+39 382 507200; Fax +39 382 507575

Persone da contattareProf. Paolo Ferloni

Settore di competenzaMetodi termici e microscopici di analisi, diffrattometria di raggi X

Attività nel settore dei beni culturali- Raccolta di documentazione- Studi su antiche malte

Strumentazione disponibileVarie apparecchiature di analisi termica, microscopia ottica ed elettronica con microsonda, diffrattometro a raggi X per polveri, analisi dielettrica


Dipartimento di fisica a volta tecniche a disposizione
Dipartimento di Fisica “A. Volta”Tecniche a disposizione

Tecniche magnetiche

  • Risonanza Paramagnetica Elettronica

  • Magnetizzazione statica

Tecniche ottiche

  • Spettroscopia Raman e micro-Raman

  • Termoluminescenza

  • Assorbimento ottico e fotoluminescenza


Risonanza paramagnetica elettronica epr
Risonanza Paramagnetica Elettronica (EPR)

  • Tecnica spettroscopica che rivela transizioni di dipolo magnetico in sistemi paramagnetici diluiti.

  • Permette di caratterizzare la presenza di metalli di transizione e il loro stato di valenza.

  • misura la quantità di elettroni spaiati, cioè non accoppiati in legami chimici, presenti nel reperto. Permette la datazione. Il principio di base è che i viventi non contengono elettroni spaiati. Pertanto la quantità di elettroni spaiati in un fossile riflette il tempo trascorso dalla morte del vivente. Gli elettroni spaiati sono prodotti nel tempo dalla radioattività ambientale  DATAZIONE



Alcuni recenti studi
Alcuni recenti studi

Studi su frammenti di vetrate della Certosa di Pavia (raffiguranti San Gregorio Magno, Santa Caterina, San Girolamo e il Presepe) hanno permesso di determinare lo stato di ossidazione degli ioni cromofori e avere indicazioni utili sull’atmosfera di cottura del vetro.

Studi su vetri antichi (dal periodo Romano fino al medioevo) recuperati a Lomello (Pv). Informazioni su stato di ossidazione di Fe3+ e Mn2+. I risultati (combinati con misure di EMP – Electron Microprobe) permettono di definire i valori del rapporto ossidante-riducente che determina il colore di vetri lavorati.


Magnetizzazione statica paleomagnetismo
Magnetizzazione statica Paleomagnetismo

I materiali contenenti atomi di ferro in forma ferritica (es argille), quando passano dal loro stato fuso allo stato solido, acquistano una debole magnetizzazione permanente orientata nella stessa direzione del campo magnetico terrestre e con una forza proporzionale all’intensità del campo magnetico naturale (un po’ come gli aghi delle bussole). Quindi l’oggetto che subisce questo trattamento di alta temperatura mantiene la memoria del campo magnetico terrestre nel momento della preparazione (tempo zero).

Se è nota la variazione del campo magnetico terrestre nella particolare località del manufatto, può essere valutata la sua età.

I problemi sono legati alla non perfetta conoscenza dell’andamento del campo magnetico terrestre nel tempo. La sua variazione non segue modelli attualmente prevedibili. Inoltre le calibrazioni valgono solo per certe località e lo stesso valore del campo può riapparire in più periodi storici.

Infine, secondo attuali teorie, ci sarebbero state anche due o tre inversioni negli ultimi 200000 anni


Apparato di misura magnetometro squid
Apparato di misura: MAGNETOMETRO SQUID

Cosa misura:

momento magnetico“m” di un campione,

da cui si determinano suscettività magnetica e magnetizzazione

Unità di misura: emu (erg/G)

Range di misura di “m”: 10-8 2 emu (condizioni standard)

Errore di misura: in genere < 2%

Come misura:

Sonda bobina superconduttrice connessa a uno SQUID che rileva la variazione del flusso magnetico provocata dal movimento del campione attraverso la bobina stessa (tecnica a estrazione).




Apparato funzionante al dip di fisica a volta

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Apparato funzionante al Dip. di Fisica “A. Volta”

Fotografia del forno, con la relativa testa di fotoconteggio Hamamatsu H7155.

Il sistema (camera di misura-fotorivelatore) è compatto, di piccole dimensioni ed efficente


Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali

US59

“di Ariperga”

Le tombe emerse durante lo scavo archeologico nella Chiesa di San Felice di Pavia: le prime due (dall’alto) sono state oggetto di datazione con TL

La cripta nella chiesa di S.Felice



Spettroscopia raman

Tecnica NON-DISTRUTTIVA per analisi microscopiche di:

Pigmenti naturali e/o sintetici in pitture, affreschi, decorazioni murali, quadri

Permette di riconoscere differenti pigmenti che possono dare colorazioni simili (casi esemplari TiO2 anatase/rutilo; blue di Prussia/blue cobalto/ blue ultramarine) e quindi da informazioni su qualità, provenienza, stile e può permettere l’autenticazione di opere d’arte

Coloranti in tessuti, stampe, manufatti

Spettroscopia -Raman



Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali

Analisi su piccole macchie bianche su carta blue di un disegno del Bronzino hanno permesso di capire che la causa della decolorazione era il PbCO3  contaminazione di piombo

Analisi del deterioramento prodotto da licheni su opere in pietra. Palazzo Farnese – Roma. La spettroscopia microRaman ha permesso di identificare il monoidrato ossalato di calcio (secreto dai licheni) all’interno delle incrostazioni.

Ingiallimento di fibre bianche di un disegno su sfondo blue di Mignard  è necessario bleaching ottico  resiste il blue?  Raman IN SITU blue è indaco, colorante molto stabile e resistente al beaching

Importante supporto per restauro e conservazione:

Alcuni esempi


Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali

  • Pigmenti disegno del Bronzino hanno permesso di capire che la causa della decolorazione era il PbCO

    Un pigmento è una sostanza colorata che assorbe una limitata fascia di lunghezza d'onda della luce incidente, riflettendo il resto. I pigmenti possono essere organici o inorganici, biologici o prodotti chimicamente.

    I pigmenti vengono catalogati in base ad alcune proprietà particolari, quali colore, potere ricoprente e penetrante porosità stabilità alla luce, al calore, agli agenti atmosferici e chimici, ecc.


La spettroscopia micro raman nell ambito dei beni culturali lo studio dei pigmenti rossi
La spettroscopia micro-Raman nell’ambito dei beni culturali: lo studio dei pigmenti rossi

  • Effetto Raman

  • Apparato strumentale

  • Spettroscopia m-Raman nell’ambito dei beni culturali

  • Studio dei pigmenti pittorici

  • Risultati sperimentali

  • Conclusioni

Irene Carne


Apparato strumentale labram dilor modello 010
APPARATO STRUMENTALE culturali: lo studio dei pigmenti rossiLabram Dilor (modello 010)

  • Sorgente laser (He-Ne):

    Potenza = 20 mW , λ = 632.8 nm

  • Microscopiomeccanicamente integrato nel sistema:

    Diametro dello spot 10 µm÷ 1 µm al variare dell'obiettivo di focalizzazione (10X, 50X, 100X), risoluzione in profondità ≈ 2 µm

  • Geometria in configurazione backscattering.

  • Spettrometro

    lunghezza focale = 300 mm, 2 reticoli (1800 righe/mm o 600 righe/mm).

  • Filtro notch olografico

    a reiezione totale, filtraggio della componente Rayleigh della retrodiffusione del campione.

  • CCD

    256 X 1024 pixels (pixel = 27 µn, con range dinamico di 16 bit), raffreddamento per effetto Peltier a circolazione d'aria.


Analisi sperimentale
ANALISI SPERIMENTALE culturali: lo studio dei pigmenti rossi

Restauro degli intonaci affrescati del castello di Lardirago, realizzati tra il XII e il XIV secolo, affrontato in collaborazione tra il collegio Ghislieri e l'Università di Pavia (CISRIC)


Rosso vermiglione hgs
Rosso vermiglione ( culturali: lo studio dei pigmenti rossiHgS)

Energia dei modi Raman/ (cm-1) e intensità relative

252vs; 282w(sh); 343m

Spettro Raman del campione LR6


Terra rossa cio una miscela di fe 2 o 3 e argilla
Terra rossa culturali: lo studio dei pigmenti rossi, cioè una miscela di Fe2O3 e argilla.


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A portable instrument for archeology applications culturali: lo studio dei pigmenti rossi


Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali

Analysis of frescos at Pompei restoring cabinet culturali: lo studio dei pigmenti rossi


Universit di pavia dipartimento di fisica a volta alcune tecniche fisiche per i beni culturali

Red pigment sample analisys culturali: lo studio dei pigmenti rossi


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Find an interesting area on the sample by wiev on PC screen culturali: lo studio dei pigmenti rossi

Spectra collected:

Cynabre, a Hg based red pigment.


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The system allow measurements at ground level culturali: lo studio dei pigmenti rossi

Pompei : Characterization of a mosaic


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Detail of the sample under analisys culturali: lo studio dei pigmenti rossi


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Obtained results


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Schema dei componenti ottici culturali: lo studio dei pigmenti rossi

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