Prof. Marina Brustolon

Introduzione all’indagine archeometrica con metodi

spettroscopici

Scuola di specializzazione in Beni Culturali

2012

Introduzione

Scopi dell’indagine archeometrica

Conoscenza storica e tecnica

Restauro

Conservazione

Conoscenza storica e tecnica

Analisi dei materiali e della tecnica di esecuzione

Datazione e autenticazione

Restauro

Stato di degrado

Scelta di nuovi materiali per il restauro

Studio restauri precedenti

Conservazione

Controllo degli interventi conservativi

Messa a punto delle condizioni di conservazione

Metodi di indagine

Tecniche basate sull’interazione della radiazione elettromagnetica con la materia:

SPETTROSCOPIEAnalisi termica

Microscopie

Microanalisi chimica, cromatografia

Ultrasuoni

Riassunto

• La luce e la visione– “luce” = radiazione elettromagnetica visibile

all’occhio umano– luce bianca incidente su una superficie

(trasmissione, riflessione, diffusione)– luce bianca come mescolanza di luci

colorate– luce colorata come sottrazione con un filtro– il “colore” di un vetro– il “colore” di una superficie

Luce = radiazione elettromagnetica visibile all’occhio

umano

Cos’è la radiazione elettromagnetica?

Ci sono diversi tipi di radiazione elettromagnetica?

Come possiamo distinguere i diversi tipi di radiazione elettromagnetica?

Che tipo di radiazione elettromagnetica è la luce ?

Concetti necessari per capire cos’è una radiazione elettromagnetica

• Cos’è un’onda

• Cos’è un campo elettrico

• Cos’è un campo magnetico

Onde

Cos’è un’onda?

E’ una distribuzione periodica nello spazio di una materia o di una proprietà. Le onde di solito viaggiano nello spazio, si propagano.

Esempi di onde

Onda acustica; è una distribuzione periodica della densità dell’aria

Onda creata su una corda: l’altezza della

corda dal suolo ha una distribuzione periodica

Onda creata su una superficie d’acqua

Le proprietà dell’onda

La distanza tra due creste dell’onda si chiama “lunghezza d’onda” e si misura in metri.

Le proprietà dell’ondaLe onde si propagano con una velocità che dipende dal tipo di onde. Un’onda acustica si propaga alla velocità del suono (circa 300 m al secondo).

Su cosa si crea l’onda nel caso delle onde elettromagnetiche?

• Le onde del mare e le onde acustiche sono basate sulla materia: rispettivamente l’acqua e l’aria.

• Le onde elettromagnetiche invece non hanno una base materiale, si sviluppano anche nel vuoto. Le proprietà che formano onde sono un campo elettrico e un campo magnetico.

Campo elettrico

Attorno alle cariche elettriche c’è un campo elettrico. Nel campo elettrico attorno alla carica positiva, le cariche positive vengono respinte, e le cariche negative vengono attratte; e viceversa per la carica negativa.

-

linee di forza

linee di forzaUna carica

elettrica positiva

Una carica

elettrica negativa

Campo magnetico

Attorno ad un magnete c’è un campo magnetico.

NS

linee di forza

Radiazioni elettromagneticheLe radiazioni elettromagnetiche trasportano energia nello spazio sotto forma di onde.

L’onda elettromagnetica è una distribuzione periodica nello spazio di un campo elettrico e di un campo magnetico.

E

B

Campo elettrico (E)

Campo magnetico (B)

Onde elettromagnetiche

E

B

Tutte le onde elettromagnetiche sono formate da un campo elettrico e un campo magnetico perpendicolari tra loro, e che viaggiano alla velocità della luce (che si indica con c ):

c = 300000 km/s

La distanza tra due punti equivalenti dell’onda è la lunghezza d’onda .

Onda polarizzata

Dimensioni approssimative della lunghezza d’onda

Al di fuori di questa zona le onde elettromagnetiche sono invisibili all’occhio

umano

Luce = radiazione visibile all’occhio umano

Quali radiazioni arrivano dal sole sulla Terra?

Il sole emette radiazioni a tutte le lunghezze d’onda, ma non con la stessa intensità.

Il massimo dell’emissione del sole corrisponde al massimo della percezione

visiva umananm =

nanometro, è 1 miliardesimo

di metro

Curva fotopica

Sensibilità dell’occhio umano

=555 nm

=555 nm

Emissione del sole

I

Lunghezza d’onda

Butterflies are thought to have the widest visual range of any animal. Butterflies can use ultraviolet markings to find healthier mates.

Reindeer rely on ultraviolet light to spot lichens that they eat. They can also easily spot the UV-absorbent urine of predators among the UV-reflective snow. One bird species was found to feed its young based on how much UV the chicks reflected. Some species of birds use UV markings to tell males and females apart.

The flower Black-eyed Susans have petals that appear yellow to humans, but UV markings give them a bull's eye-like design that attracts bees.

La visione umana è diversa da quella degli animali

La visione degli insetti comprende l’ultravioletto

La farfalla vede la riflessione

dell’ultravioletto, che la aiuta a trovare più

facilmente il centro dei fiori

Ora vedo una luce!

E’ tutto buio…

Vediamo solo i raggi che colpiscono la retina. Possono provenire direttamente da una sorgente luminosa, o da una riflessione.

Le zone luminose sono quelle che riflettono i raggi verso i nostri occhi (verso l’obiettivo della macchina fotrografica)

Il raggio si vede solo se colpisce l’occhio

Se il cielo è vuoto non c’è niente che possa riflettere i raggi del sole che lo attraversano e quindi ci appare nero

Luce bianca che viene riflessa da una superficie

Vedo una superficie bianca!

Se la superficie appare bianca vuol dire che tutta la

luce è riflessa, e nessuna componente è assorbita

Luce bianca che viene riflessa da una superficie

Vedo una superficie

verde!

Se la superficie appare verde vuol dire che solo una

parte della luce bianca è riflessa, e una parte è

assorbita

Luce bianca che viene riflessa da una superficie

Vedo una superficie

quasi nera!

Se la superficie appare quasi nera vuol dire che

quasi tutta la luce bianca è stata assorbita. Se fosse assorbita completamente non vedremmo proprio

niente.

Conclusioni sulla visione di un oggetto - 1

• Tutti gli oggetti che vediamo riflettono radiazione visibile verso i nostri occhi, ed è questa radiazione riflessa che ci permette di vederli.

• Il colore con il quale gli oggetti ci appaiono dipende dal rapporto tra luce riflessa e luce assorbita.

• Se la luce che illumina gli oggetti è la luce solare, e quindi una luce bianca, vuol dire che contiene radiazioni a diverse lunghezze d’onda (). Se tutte le radiazioni a tutte le vengono riflesse l’oggetto ci apparirà bianco. Se un po’ di intensità viene assorbita, ma in modo eguale per tutte le , l’oggetto ci apparirà grigio, tanto più scuro quanto più grande è l’assorbimento.

Conclusioni sulla visione di un oggetto - 2

• Se la luce che illumina gli oggetti è la luce solare, e quindi una luce bianca, e la superficie dell’oggetto assorbe radiazione solo alla che corrisponde al blu, l’oggetto ci apparirà arancione. Se la superficie dell’oggetto assorbe radiazione solo alla che corrisponde al rosso, l’oggetto ci apparirà verde. Quindi in conclusione il colore dipende dal rapporto tra parte assorbita e parte riflessa della luce bianca.

E gli oggetti trasparenti?

• Quando non c’è né assorbimento né riflessione, la luce viene trasmessa attraverso l’oggetto, e l‘oggetto è allora trasparente.

Il fenomeno della diffusione o scattering

Superficie levigata = un fascio di raggi paralleli viene riflesso e resta parallelo

Superficie scabra = un fascio di raggi paralleli viene riflesso da una superficie scabra in direzioni varie, e quindi il fascio riflesso non è più parallelo.

Questo fenomeno si chiama diffusione della luce, o scattering

L’acqua è trasparente

…ma se ci sono delle impurezze, o delle particelle in sospensione (come nel latte) l’acqua non è più trasparente. Perché?

Un fascio di raggi paralleli attraversa vetro e acqua senza cambiare direzione: effetto di trasparenza.

Un fascio di raggi paralleli viene diffuso in tutte le direzioni dai globuli di lipidi in sospensione nel latte. La radiazione bianca non viene assorbita, ma solo diffusa, quindi l’effetto è: traslucido e bianco.

La diffusione in un liquido

L’aria è trasparente…ma quando c’è la nebbia non lo è più.

Perché?

La diffusione della luce

Quando c’è la nebbia la luce (bianca) del sole viene diffusa (riflessa in tutte le direzioni) dalle goccioline d’acqua in sospensione, e ogni gocciolina diventa come un piccolo emettitore di luce.

Come un raggio può interagire con un oggetto

riflessione speculare

riflessione diffusa

Raggio incidente

assorbimento

diffusione o emissione (fluorescenza)

riflessione interna

luce trasmessa