La spettroscopia infrarossa per lo studio dei materiali delle opere d’arte

Mariangela Cestelli Guidi, INFN- Laboratori Nazionali di Frascati 

La Spettroscopia Infrarossa in Trasformata di Fourier (FT-IR) è una tecnica diagnostica non distruttiva e non invasiva (o microinvasiva) utilizzata per analizzare la composizione molecolare di materiali non metallici. L’FT-IR consente di analizzare la componente organica, non altrimenti rilevabile con altre tecniche diagnostiche. Le informazioni ottenibili possono essere sia di tipo qualitativo che quantitativo. Nel campo dei Beni Culturali, questa tecnica viene sempre più utilizzata per l’analisi superficiale dei materiali e dei manufatti nella fase preliminare al restauro, consentendo di ottenere informazioni utili per la scelta della migliore metodologia operativa (restauro, pulitura, ritocchi, etc).

Immagine 1 (A) Veduta dall’alto dei Laboratori Nazionali di Frascati (INFN), (B) Schema dell’acceleratore elettroni-positroni Dafne in funzione presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN

L’elevata precisione ed accuratezza della tecnica, unita alla sua natura non distruttiva e alla possibilità di lavorare su quantità minime di campione la rende la tecnica ideale per la caratterizzazione chimica e mineralogica di pigmenti, coloranti, leganti etc. consentendo di avere un quadro completo dell’oggetto in studio. Presso i Laboratori Nazionali di Frascati è presente il laboratorio di luce di sincrotrone Dafne-l, dove è possibile effettuare analisi FTIR utilizzando come sorgente la luce di Sincrotrone, generata dall’acceleratore DAFNE-L. (Fig.1) Il laboratorio di luce di sincrotrone Dafne-l fa parte della reta INFN-CHNet, la prima rete dell’Istituto di Fisica Nucleare dedicata ai Beni Culturali.

 

 

 

Immagine 2 Veduta del laboratorio DAFNE-l e del fascio di luce di sincrotrone utilizzato come sorgente per indagini di spettroscopia FT-IR

L’utilizzo di una sorgente di luce di sincrotrone (Fig.2), rispetto alle analisi svolte con sorgenti convenzionali, rappresenta un grande vantaggio, nel campo della diagnostica per i Beni Culturali, grazie alle peculiarità che caratterizzano la radiazione di sincrotrone. Ad esempio, la distribuzione spettrale continua e senza strutture e l’elevata brillanza rendono la radiazione di sincrotrone una sorgente di radiazione elettromagnetica unica ed insostituibile.

La possibilità di ottenere un rapporto segnale/rumore molto elevato alla massima risoluzione spaziale, e poter rivelare quantità di campione anche in traccia (nell’ordine dei ppm) è una caratteristica estremamente importante specialmente nel campo dei Beni Culturali, dove il prelievo di grandi dimensioni non è spesso consentito.

 

Immagine 3 Esempio di risultati ottenibili con una misura FT-IR: Studio dell’invecchiamento di provini realizzati con pigmenti a base di Cromo.

Negli ultimi anni si sono sviluppati anche sistemi portatili, che consentono di effettuare analisi FT-IR direttamente in situ, evitando di movimentare l’opera in studio. Nel campo dei Beni Culturali, vista la varietà della composizione dei materiali in studio, è sempre raccomandabile effettuare analisi sul campione in esame utilizzando più tecniche complementari, in modo tale da poter incrociare i dati ottenuti ed ottenere una corretta caratterizzazione dell’opera in studio.