Applications of imaging spectroscopy to the chemistry of cultural heritage field

Il proposito di questa tesi di dottorato è studiare le applicazioni della tecnica di spettroscopia ad immagine nel campo della chimica dei beni culturali. In concreto, il laboratorio LUXOR, struttura afferente all’IFN-CNR, in collaborazione con il dipartimento di ingegneria dell’informazione (DEI) dell’Università degli Studi di Padova, ha costruito uno strumento portatile che sfrutta la tecnica di spettroscopia ad immagine. Nel presente lavoro di dottorato, le potenzialità di questo tipo di sistemi per l’analisi di manufatti artistici sarà esaminato e discusso, focalizzando il lavoro principalmente nel campo della chimica per i beni culturali. Lo studio di questo tipo di oggetti presenta delle grosse difficoltà date le loro particolari caratteristiche. Normalmente sono pezzi unici e preziosi che richiedono nuove metodologie analitiche non invasive. Sebbene alcune delle problematiche trattate derivino dal particolare approccio adoperato, queste possono essere considerate come tematiche generali che riguardano la tecnica di spettroscopia ad immagine, che è ancora nelle prime fasi di sviluppo in quest’area. Per questo motivo, il presente lavoro può essere considerato di grande interesse per la comunità scientifica che si occupa delle problematiche riguardanti i beni culturali. La tecnica di spettroscopia ad immagine può essere vista come l’estensione in due dimensioni della spettroscopia puntuale UV-VIS-NIR. Le informazioni ottenute possono essere impiegate per caratterizzare, mappare e monitorare materiali che costituiscono i beni culturali. Si tratta di una tecnica non invasiva che permette di avere anche dispositivi portatili. Se si considera il tipo di informazioni raccolte con questi sistemi di misura, senza contatti né operazioni di campionamento, appare ovvio che la tecnica possa essere un potente strumento analitico nel campo dei beni culturali. Il dispositivo sviluppato permette l’acquisizione di spettri in riflettanza diffusa di vaste superfici (fino a 3 metri di larghezza). I dati raccolti possono essere usati nella caratterizzazione, mappatura e monitoraggio di materiali che costituiscono questo tipo di manufatti. La parte centrale di questo lavoro di dottorato si focalizza sulla messa a punto di una metodologia di misura per acquisire spettri in riflettanza diffusa tramite la spettroscopia ad immagine. Per realizzare questa operazione, diversi campioni sono stati studiati, inclusi alcuni preparati ad hoc. Alcune prove sperimentali hanno permesso di identificare problematiche nella metodologia sviluppata, ma sono stati risolti con esito positivo. Alcune repliche di laboratorio sono state preparate in forma di film pittorici che successivamente sono stati esposti a un processo d’invecchiamento accelerato ripetute più volte. Nel corso di questo procedimento, i campioni preparati sono stati monitorati mediante il sistema di spettroscopia ad immagine, che è stato in grado di seguire i cambiamenti nelle proprietà ottiche di queste repliche. I risultati mostrano che la metodologia di misura sviluppata per acquisire spettri in riflettanza diffusa nell’intervallo da 420nm fino a 850nm può presentarsi come un potente strumento analitico che permette la caratterizzazione, differenziazione, mappatura e monitoraggio di materiali usati nei film pittorici (ad esempio i pigmenti). Un procedimento simile è stato adoperato per mettere a punto una metodologia di misura mediante spettroscopia ad immagine per raccogliere spettri in trasmittanza nello stesso intervallo di lunghezze d’onda. Il proposito di questa operazione è applicare le misure effettuate in questa modalità allo studio di cromofori di oggetti vetrosi riguardanti i beni culturali come le vetrate artistiche. Ambedue i metodi di misura sono stati applicati per indagini di manufatti artistici con l’obbiettivo di dimostrare le potenzialità delle procedure per risolvere problemi analitici che riguardano l’ambito dei beni culturali. La metodologia in riflettanza è stata applicata in situ per lo studio interdisciplinare di un dipinto murale nel corso di un’operazione di restauro. I risultati hanno permesso l’identificazione della maggior parte dei pigmenti impiegati per realizzare l’opera, di alcuni materiali utilizzati nell’intervento di restauro e hanno mostrato i vantaggi di un approccio multi-tecnica, non invasivo ed effettuato con dispositivi trasportabili, accoppiando la spettroscopia ad immagine alla tecnica di fluorescenza X. Le analisi in trasmittanza sono state realizzate simultaneamente su un gran numero di tessere vetrose colorate di una vetrata artistica. Gli spettri raccolti hanno permesso l’identificazione di vari cromofori nei campioni studiati. Dai risultati ottenuti si può affermare che la spettroscopia ad immagine si mostra come una tecnica interessante e ancora non completamente sfruttata per lo studio di materiali riguardanti gli oggetti del campo dei beni culturali. Nell’intervallo del visibile, la principale applicazione sembra la caratterizzazione, differenziazione, mappatura e monitoraggio di pigmenti in dipinti, manoscritti, etc. Comunque, grazie alla sua grande versatilità, questa tecnica si è dimostrata anche un potente strumento per l’analisi dei cromofori impiegati nei manufatti vetrosi.