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Spettroscopia UV- Vis alcuni cenni…. Tecniche spettroscopiche per l’indagine dei materiali pittorici. Io dipingo. Analisi dei materiali costitutivi e della tecnica di esecuzione Datazione e autenticazione Accertamento dello stato di conservazione dell’opera - PowerPoint PPT Presentation
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Spettroscopia UV- VisSpettroscopia UV- Visalcuni cenni…alcuni cenni…
Tecniche spettroscopiche per l’indagine Tecniche spettroscopiche per l’indagine dei materiali pittoricidei materiali pittorici
Analisi dei materiali costitutivi e della tecnica di esecuzione
Datazione e autenticazione Accertamento dello stato di
conservazione dell’opera Accertamento di eventuali restauri
precedenti Scelta di nuovi materiali per il
restauro Controllo degli interventi
conservativi
Io dipingo
ed io studio il
tuo dipinto…
La spettroscopiaLa spettroscopia
Studio delle proprietà della materia effettuato analizzando la sua interazione con una radiazione elettromagnetica
La radiazione elettromagneticaLa radiazione elettromagnetica
È costituita da campi elettrici e magnetici oscillanti nello spazio È costituita da campi elettrici e magnetici oscillanti nello spazio e nel tempo.e nel tempo.
Il campo elettrico e magnetico sono perpendicolari tra loro ed Il campo elettrico e magnetico sono perpendicolari tra loro ed alla direzione di propagazione dell’onda.alla direzione di propagazione dell’onda.
A
In physics, a magnetic field is a field that permeates space and which exerts a magnetic force on moving electric charges and magnetic dipoles. Magnetic fields surround electric currents, magnetic dipoles, and changing electric fields. In physics, the space surrounding an electric charge or in the presence of a time-varying magnetic field has a property called an electric field (that can also be equated to electric flux density). This electric field exerts a force on other electrically charged objects. The concept of electric field was introduced by Michael Faraday.
Si dice Si dice lunghezza d’ondalunghezza d’onda (()) la distanza spaziale tra due massimi la distanza spaziale tra due massimi dell’onda.dell’onda.
La La frequenza (frequenza ()) è il numero di onde in un secondo correlate dalla è il numero di onde in un secondo correlate dalla seguente relazione:seguente relazione: =c=c c è la velocità della luce.
L’L’ampiezza (A)ampiezza (A) rappresenta la distanza tra il massimo dell’onda e la rappresenta la distanza tra il massimo dell’onda e la direzione di propagazionedirezione di propagazione
Un po’ di matematica…. Sorry….
Energia della radiazione elettromagneticaEnergia della radiazione elettromagnetica
Esiste una relazione tra la frequenza di una radiazione Esiste una relazione tra la frequenza di una radiazione elettromagnetica e la sua energia:elettromagnetica e la sua energia:
h = costante di Planck = 6.626 · 10-34 J · s
Maggiore è la lunghezza d’onda () di una radiazione elettromagnetica e minore è la sua energia. Quindi l’energia e la lunghezza d’onda sono inversamente proporzionali!!!!
Maggiore è la frequenza () di una radiazione elettromagnetica e maggiore è la sua energia. Quindi l’energia e la frequenza sono direttamente proporzionali!!
chhE
Un po’ di matematica…. Sorry….
La luce visibile occupa solo una piccola porzione della zona La luce visibile occupa solo una piccola porzione della zona centrale dello spettro.centrale dello spettro.L’occhio umano è sensibile alle sole radiazioni elettromagnetiche L’occhio umano è sensibile alle sole radiazioni elettromagnetiche dello spettro comprese tra 380 e 780 nmdello spettro comprese tra 380 e 780 nm
Interazione radiazione-materia… vediamo cosa succede….
Oggetto (es. bicchiere d’acqua con pigmento)
luce incidente luce riflessa
luce rifratta
luce assorbita
luce difratta
luce trasmessa
Assorbimento: cosa succede?Assorbimento: cosa succede? Stato fondamentale
Stato eccitato
Stato a minima energia di un particolare sistema fisico
Stato ad energia più alta dello stato fondamentale
Una radiazione può cedere energia alla materia solo se Una radiazione può cedere energia alla materia solo se E = E = hh
Una radiazione può essere assorbita dalla materia solo se la sua energia è pari alla differenza di energia tra lo stato fondamentale e quello eccitato della molecola
hh= = EERadiazione assorbita!!!Radiazione assorbita!!!
Stato fondamentale
Stato eccitato EnergiaEnergia
hh< < EERadiazione NON assorbita
hh> > EERadiazione NON assorbita
Interazione radiazione-materiaInterazione radiazione-materia
Un po’ di teoria dei colori…Un po’ di teoria dei colori…
E’ possibile ottenere tutte le differenti tonalità miscelando i tre colori fondamentali (blu, rosso e verde).
La sintesi additiva dei tre colori fondamentali determina una sensazione cromatica di saturazione chiamata bianco.
L’assenza degli stessi tre colori produce la sensazione definita nero.
Tre colori fondamentali: rosso blu e giallo
R+G+B= Bianco
R+G= Verde
R+B= Magenta
Colori della luce visibileColori della luce visibile
Lunghezza d’ondaLunghezza d’onda AssorbitaAssorbita Osservata Osservata
380-420 violetto verde-gialla
420-440 blu-viola giallo
440-470 blu arancione
470-500 blu-verde rosso
500-520 verde viola
520-550 verde-giallo violetto
550-580 giallo blu
580-620 arancione verde-blu
620-680 rosso blu-verde
680-780 viola verde
SUPPORTOSUPPORTO: parete, tavola lignea, tela , carta, ceramica, metallo PREPARAZIONEPREPARAZIONE: di colore bianco, rende la superficie idonea a ricevere pigmentiSTRATO PITTORICOSTRATO PITTORICO: sospensione di pigmenti/coloranti in un medium trasparente (il
legante) VERNICEVERNICE: film trasparente con funzione protettiva ed estetica
Struttura stratigrafica di un dipinto
Quale è la materia che vogliamo studiare?Quale è la materia che vogliamo studiare?
Un esempio….
Spettroscopia UV-VisibileSpettroscopia UV-Visibile Riguarda le transizioni elettronichetransizioni elettroniche variazioni della
distribuzione elettronica all’interno della molecola
c
hhE
E3 E2 E1
Quando un campione viene irradiato da una sorgente luminosa di opportuna lunghezza d’onda, gli elettroni dello stato fondamentale acquistano l’energia necessaria per popolare uno stato eccitato Come conseguenza, a quelle stesse lunghezze d’onda, solamente una frazione della luce mandata sul campione viene trasmessa al rivelatore
Come si fa???? Cos’è uno spettro??? Io non
c’entro
.. sigh
Uno spettro è un grafico in cui si riporta l’intensità della radiazione assorbita dal campione in funzione della lunghezza d’onda o frequenza della radiazione stessa
Sorgente Monocromatore Campione Rivelatore
Si fa uso di raggi policromatici separati tramite monocromatori nelle varie componenti (radiazioni monocromatiche).
Le singole radiazioni monocromatiche si fanno passare, una alla volta, attraverso la sostanza in esame, la quale assorbirà in modo diverso le diverse radiazioni.
Riportando i valori registrati in un grafico lunghezza d'onda-assorbimento, si ottiene lo spettro di assorbimento della sostanza esaminata.
II0
Studi spettroscopici forniscono informazioni sui livelli energetici di una molecola, e quindi sulla sua struttura chimica
E1 E2 E3
E4E2 E5
4 23
I/I0
I/I0
1 2 3
=E/h
Siam fatte così
Poiché ogni sostanza ha un particolare spettro di assorbimento, l'esame di tali spettri permette di identificare una sostanza (per confronto diretto con campioni noti o tramite banche dati di spettri) o di controllarne il grado di purezza.
Componenti di uno SpettrofotometroComponenti di uno Spettrofotometro
SorgenteSorgente: : fornisce una radiazione continua sulle lunghezze d’onda di interesse
MonocromatoreMonocromatore:seleziona una stretta banda di lunghezze d’onda dallo spettro della sorgente
RivelatoreRivelatore:converte la radiazione elettromagnetica trasmessa in energia elettrica
Sorgente Monocromatore Campione RivelatoreComputer
Riferimento
P
Po
Specchio rotante
specchio specchio
la legge di Lambert e Beerla legge di Lambert e Beer
A=log(I0/I)A=C*l
coefficiente di estinzione molare (M-1 cm-1)l = cammino ottico (lunghezza della cella di misura)C = concentrazione della soluzione in analisi (M)
Quanta luce assorbe la mia molecola??
Icampione
I0
Soluzione di concentrazione c
I0
C
I
Le cuvette possono essere in plastica, vetro e quarzo.
Attenzione: nell’UV assorbono il vetro e la plastica (utilizzare celle di quarzo!)
Portacampione…….
METODO NON DISTRUTTIVOMETODO NON DISTRUTTIVO: non necessita di alcun prelievo di materiale dell’oggetto da analizzare
METODO DISTRUTTIVOMETODO DISTRUTTIVO: necessita di un prelievo di materiale dell’oggetto da analizzare. Può essere di bulk (il campione viene omogeneizzato e trattato) o stratigrafico (il campione viene analizzato nei suoi singoli strati che lo compongono).
Metodi di analisi:
Applicazioni della spettroscopia UV-VisibileApplicazioni della spettroscopia UV-Visibileriassunto…riassunto…
1) Riguarda le transizioni elettronichetransizioni elettroniche variazioni della distribuzione elettronica all’interno della molecola
2) Studi spettroscopici forniscono informazioni sui livelli energetici di una molecola, e quindi sulla sua struttura chimica ogni molecola ha uno spettro di assorbimento particolare
3) E’ possibile riconoscere un pigmento sulla base dello spettro UV-Visibile attribuzioni temporali
4) Da misure di assorbanza è possibile determinare la concentrazione del cromoforo.
5) Analisi di miscele incognite
Alcuni esempi di pigmenti inorganici…Alcuni esempi di pigmenti inorganici…
……e di pigmenti organici.e di pigmenti organici.
AlizarinaIndaco
Indaco Carmine Metilarancio
Rosso: Alizarina
La Trinità (1426-28) Masaccio, Santa Maria Novella, Firenze
AlizarinaE’ di origine naturaleE’ usato fin dall’antichitàE’la componente stabile del carminio di robbia
Blu: Indaco
Giotto, Il compianto di Cristo Morto (1303-06), Cappella degli Scrovegni, Padova
IndacoE’ di origine naturaleE’ usato fin dall’antichitàStabile se usato come tempera o verniceSbiadisce se esposto alla luce solare
Esercitazioni di LaboratorioEsercitazioni di Laboratorio
Scopo delle esercitazioni:
riconoscimento di molecole colorate sulla base dello spettro UV-Visibile
correlazione fra lo spettro di assorbimento di una soluzione ed il suo colore
valutare gli effetti dei fenomeni di diffusione sulle tecniche di assorbimento
Prima parte….Prima parte….
Acquisizione degli spettri in soluzionein soluzione di alcuni pigmenti in una cella di cammino ottico di 1 cm
Determinazione del coefficiente di estinzione molare di tutte le molecole in tutti i solventi (la concentrazione della soluzione è nota)
cl
AclA
Coloranti e pH….Coloranti e pH….
Lo ione [H3O+] influenza la stabilità delle molecole, questo si ripercuote sui livelli energetici e quindi sugli spettri di assorbimento delle sostanze
Soluzioni di uno stesso colorante a due concentrazioni idrogenioniche diverse appaiono di colore differente
OHpH 3log
Perché lo spettro di assorbimento cambia al variare del pH?Perché lo spettro di assorbimento cambia al variare del pH?
Seconda parteSeconda parte
Prove di solubilitàProve di solubilità: l’indaco è insolubile in soluzioni acquose. Trovare il solvente in cui esso è solubile.
Registrare lo spettro di assorbimento del colorante nel solvente in cui esso si scioglie bene
Registrare lo spettro di assorbimento di una soluzione opalescente di indaco
Speravate fosse finita eh?
2000
4000
6000
8000
1 104
1,2 104
1,4 104
1,6 104
1,8 104
300 400 500 600 700 800
Indaco
(M
-1cm
-1)
(nm)
Struttura stratigrafica di un dipintoStruttura stratigrafica di un dipinto
Metodi distruttivi: il campionamentoMetodi distruttivi: il campionamento
GLOBALEGLOBALE: stratigrafia completa dei materiali costituitivi e delle alterazioni
SELETTIVOSELETTIVO: scelta e arricchimento di un singolo componente
MULTIGRADUALEMULTIGRADUALE: prelievi selettivi in sequenza, a profondità crescenti
Interazione tra luce e un oggetto (Vis)Interazione tra luce e un oggetto (Vis)
Riflessione speculare Ir
Riflessione diffusa
Rifrazione It
Assorbimento nel visibile Ia
Le sostanze, investite da una luce bianca, riflettono solo una parte delle Le sostanze, investite da una luce bianca, riflettono solo una parte delle radiazioni di cui questa è composta, e, di conseguenza, ci appaiono colorate.radiazioni di cui questa è composta, e, di conseguenza, ci appaiono colorate.
come ad es. una superficie pittorica…..
I pigmentiI pigmenti
Insolubilità nel legante Stabilità chimica Stabilità fotochimica Inerzia nei confronti delle sostanze con cui
devono essere mescolati Possono essere:
inorganiciinorganiciorganiciorganici