Archeometria

STRUMENTAZIONE

È stato creato uno strumento che mette in relazione tutte queste caratteristiche e proprietà del colore:

colorimetro.

Usa una sua sorgente luminosa (tipo flash) e non quella dell'ambiente; ovvia l'apparente differenza di colore

con questa lampada; ha una finestra di dimensioni note di illuminazione (non cambia la percezione cromatica

perché l'area è sempre la stessa), di pochi mm; sono montati tre rilevatori che raccolgono RGB esattamente

come un osservatore standard, senza soggettività dell'occhio umano; vengono così definite le proprietà

cromatiche dell'oggetto; la misura è data da tre numeri, tinta luminosità saturazione, RGB, coordinate Mansel

oppure L* a* b* (luminosità, coordinata cromatica sulle X rosso-verde, coordinata cromatica sulle Y blu-

giallo).

Una volta misurato il colore, può misurare anche le differenze cromatiche tra due oggetti diversi (tramite il

teorema di Pitagora): ΔE*

Metodo spettrofotometrico: vengono impiegati sensori multipli, e non solo le tre grandezze. Viene quindi

misurata, nella lunghezza d'onda di luce visibile, la luce riflessa dal materiale. Misuro la riflettanza in

funzione della lunghezza d'onda della luce visibile, realizzando un grafico che mi mostra quanto il materiale

ha assorbito e quanto ha riflesso.

Da questo grafico si possono calcolare le tre coordinate RGB.

Evoluzione di questo strumento è il FORS, fiber optic reflectance spectroscopy, strumento quasi chimico con

migliore risoluzione, per vedere le tonalità delle cromie (cobalto, cromoforo molto potente con grande

capacità di assorbimento), vedendo lo stato di ossidazione con l'assorbimento. 11 dicembre 2015, venerdì

Fluorescenza spettroscopica XRF: tecnica di insieme così come puntuale, in singoli punti dell'oggetto, scelti

in maniera corretta dopo le informazioni ottenute dalla visione di insieme. Usiamo una radiazione X, zona

alta in termini di energia. Avremo come risultato un grafico con risposta in base alle caratteristiche delle

risposte della lunghezza d'onda.

Principio: emissione di radiazione secondaria in seguito ad eccitazione con un'altra radiazione.

Avviene a livello dei singoli atomi, quando gli elettroni negli orbitali atomici salgono di livello (transizione

orbitale da minore a maggiore energia), stimolati dalla radiazione X (salti chiamati quantici, avviene per

livelli fissi). Gli elettroni tendono a ricadere poi ai livelli più bassi. La radiazione viene rivelata: raggi X

chiamati caratteristici, dell'atomo che gli ha emessi.

Come uscita avremo uno spettro, con energia nell'asse x e conteggi nell'asse y: i picchi corrispondono al fatto

che a quelle energie ho un numero notevole di raggi X caratteristici; l'energia viene poi misurata e, facendo

riferimento a delle tabelle, si dà un nome a quella energia.

Questa è un'analisi di elementi chimici, legati fra loro per dare composti, quindi non uniti in natura allo stato

base.

Questa tecnica esiste in due versioni: tecnica di laboratorio e portatile.

Obiettivi dell'indagine portatile: informazioni sulla sua composizione chimica elementare:

- identificazione qualitativa: quali elementi chimici sono presenti

- analisi quantitativa: stima della quantità dell'elemento; non sempre fattibile con lo strumento portatile;

vengono espresse in percentuale

L'aria di misura è di qualche millimetro di diametro, quindi si può considerare puntuale, che però può

considerarsi estensiva, praticata in tot punti. Il tipo di rivelatore utilizzato è l'EDS, emergy disperse

spectroscopy, che misura l'energia della radiazione tramite un sistema multicanale: fanno un analisi

prettamente qualitativa, perché lavora in aria, con problema di rilevazione degli elementi leggeri (numero

atomico inferiore a 16), quindi questi elementi non riesce a vederli.

Può essere indagato tutto ciò che ha una cromia (realizzati con metalli di transizione, cromofori), per i

metalli, per individuare pigmentazioni superficiali anche su materiali lapidei, ceramiche (elementi non

indagabili con questa tecnica). Presenta difetti per l'analisi di oggetti multistrato, come dipinti su tavola o

tela, realizzati con una stratigrafia (cambia il livello di penetrazione, quindi lo spettro risultante non può

assicurare l'analisi dello strato superficiale, ma un mix o gli strati al di sotto).

La tecnica da laboratorio ha gli stessi fini: preparazione del campione da indagare, in polveri, o pastiglie, o

fuso, per misurare la lunghezza d'onda tramite il WDS, analisi complessa e che lavora a vuoto. Ci dà una

informazione quantitativa degli elementi chimici, con percentuale precisa (espressa in ossidi dell'elemento

quando non è un metallo).

La quantità di campione richiesta è molto abbondante, di mezzo grammo, quindi è poco attuata.

SPETTROSCOPIA RAMAN

Obiettivi: riconoscimento di molecole dei composti; studio di oggetti polimaterici (natura organica e

inorganica)

Usa come investigatore il visibile o l'ultravioletto, monocromatico, quindi una sola lunghezza d'onda.

Si applica prevalentemente per analisi di prodotti di degrado, alterazioni, pigmenti e opacizzanti (effetto

cromoforo); oggetti ceramici, vetri e smalti.

Principio: le molecole sono dei legami di uno o più atomi tenuti insieme con un'energia; immissione di una

energia ultravioletta, per interagire con le molecole, dove solo un evento su un milione riesce a tornare

indietro modificato (effetto RAMAN); se ho un database di molecole dove so come modificano gli eventi,

posso capire la molecola che ha generato la modifica (confronto col standard).

Tecnica che funziona con laser, da una sola lunghezza d'onda, nel range del visibile o ultravioletto.

Tecnica non elementare, che ha bisogno di avere informazioni su cosa stiamo analizzando, quindi bisogna

prima applicare altre tecniche per indagare in maniera dettagliata gli elementi elementari che compongono

l'oggetto (ad esempio, tramite la fluorescenza XRF), per poi utilizzare lo standard di confronto adatto.

Ha due possibili estensioni:

- microraman, viene inviato un raggio laser sotto un microscopio, per vedere cosa stiamo indagando, per

elevata risoluzione spaziale (richiede il prelievo di un campione); indagine ultrapuntuale

- sistema portatile, applicabile in situ; non abbiamo il problema della penetrazioni, perché viene usata luce

visibile e ultravioletta; è impossibile fare una analisi microscopica, col rischio di non rilevare tutte le

pigmentazioni che compongono l'oggetto, con risultato uno spettro unico di tutte le parti

Indagine solo qualitativa.

MICROSCOPIA OTTICA

Prima tecnica che si usa dopo aver campionato accuratamente l'oggetto e messo dentro sacchetti, per

indirizzarli in laboratorio.

Microscopio ottico in riflessione, con luce riflessa dalla superficie, fatta passare in due lenti.

Microscopio stereoscopico, con due lenti da cui si analizza il campione, con un determinato ingrandimento.

Obiettivi: analisi morfologica qualitativa, riconoscimento di sostanze attraverso analisi di parametri

morfologici, degrado, interventi di restauro, ecc.

Si applica a tutti i frammenti, con campione di piccole quantità < 1mmq.

È uno strumento che ci permette di vedere superfici tal quali, dove non sono state fatte operazioni. Visione in

tre dimensioni con un limite di ingrandimento.

Trova grande impiego con l'abbinamento stratigrafico, modalità di preparazione del campione, per

indagare al di sotto delle finiture superficiali (cross action): frammento del campione, inglobandolo in

resina, messo in contenitori, tenuti in verticale, dove le resine si induriscono, poi lucidato (sezioni lucide):

viene così visto in sezione trasversale, per studiare le stratigrafie.

Alla microscopia ottica viene associata anche la possibilità di realizzare fluorescenza ultravioletta sul

dettaglio: invece di guardare l'oggetto nel suo insieme, viene visto prima in luce visibile poi in ultravioletto

nel dettaglio, per vedere la natura dei leganti e lo studio della tecnica di realizzazione

MICROSCOPIO POLARIZZATORE

Il microscopio composto può funzionare anche in modalità diversa, con luce trasmessa: tecnica analitica, con

microscopio polarizzatore con mineralogia. Tecnica basilare per materiali lapidei.

Obiettivi: riconoscimento dei minerali (riconosce i minerali a seconda del loro comportamento ottico,

attraversati dalla luce: transilluminazione), unica tecnica che ci permettere di indagare la petrografia (modo

in cui si aggregano i minerali, la cui distribuzione ci dà una determinata roccia: struttura).

Il materiale deve essere in sezione sottile, per poterlo vedere in trasparenza, quindi tecnica distruttiva.

Analisi che viene fatta da esperti in mineralogia, perché risultati visibili ed interpretabili ad occhio nudo.

15 dicembre 2015, martedì

La luce polarizzata vibra solo in una determinata direzione, secondo la direzione di propagazione: questa

tecnica confronta le proprietà ottiche dei minerali in esame con quelle riportate in banche dati, per il

riconoscimento degli stessi.

Unica tecnica disponibile per fare indagini petrografiche.

Funziona per campione, attraversato dalla luce, quindi assottigliato per poterlo vedere controluce ad occhio

nudo, analizzato da esperti nel settore; il materiale viene distrutto, ma riutilizzabile.

Proprietà ottiche dei cristalli: birifrangenza, colori di pleocroismo, colori di interferenza, estinzione (visibili

in base al minerale e alla rotazione del campione durante l'analisi).

Tecnica specialistica nella fase di interpretazione del risultato, vista la complessità e la quantità dei minerali

dei vari reperti lapidei.

MICROSCOPIA ELETTRONICA A SCANSIONE SEM

Obiettivo: consente di osservare particolari ad elevato ingrandimento, per fare analisi chimiche generalizzate.

La risoluzione ottica è dell'ordine di nm (nano metri). L'ingrandimento è molto elevato, rispetto ad altri

microscopi, così come la risoluzione.

Possiamo collocare oggetti interi o campioni (solido, polvere, sezione stratigrafica), con dimensioni massime

disponibili nello spazio della camera. Si può spolverizzare l'oggetto con della grafite, utilizzato come

conduttore, anche se è già un metallo non ce ne bisogno: un fascio di elettroni viene focalizzato, lavora con

lenti elettromagnetiche che muovono questo fascio, per poi scansionare la superficie dell'oggetto; il segnale

viene raccolto dal rilevatore, in sincronia col fascio; il tutto viene generato in una immagine sullo schermo.

ELETTRONI SECONDARI SE

Vengono emessi, a differenza dei primari che impattano sull'oggetto, dal riflesso dei primari catturati poi dal

rilevatore se non ostacolati dal materiale (no riflessione, ma ci permettono di vedere il contrasto topografico).

ELETTRONI RETRODIFFUSI B