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Spettroscopia UV- Vis alcuni cenni…. Tecniche spettroscopiche per l’indagine dei materiali pittorici  Analisi dei materiali costitutivi e della tecnica.

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Presentazione sul tema: "Spettroscopia UV- Vis alcuni cenni…. Tecniche spettroscopiche per l’indagine dei materiali pittorici  Analisi dei materiali costitutivi e della tecnica."— Transcript della presentazione:

1 Spettroscopia UV- Vis alcuni cenni…

2 Tecniche spettroscopiche per l’indagine dei 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 diping o ed io studio il tuo dipinto…

3 La spettroscopia Studio delle proprietà della materia effettuato analizzando la sua interazione con una radiazione elettromagnetica

4 La radiazione elettromagnetica È costituita da campi elettrici e magnetici oscillanti nello spazio e nel tempo. Il campo elettrico e magnetico sono perpendicolari tra loro ed 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.physicsmagneticelectric chargesmagnetic dipoleselectric currentselectric 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.physicselectric chargemagnetic fieldforce Michael Faraday

5 Si dice lunghezza d’onda ( ) la distanza spaziale tra due massimi dell’onda. La frequenza ( ) è il numero di onde in un secondo correlate dalla seguente relazione: =c =c c è la velocità della luce. L’ampiezza (A) rappresenta la distanza tra il massimo dell’onda e la direzione di propagazione Un po’ di matematica…. Sorry….

6 Energia della radiazione elettromagnetica Esiste una relazione tra la frequenza di una radiazione elettromagnetica e la sua energia: h = costante di Planck = · 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!! Un po’ di matematica…. Sorry….

7 La luce visibile occupa solo una piccola porzione della zona centrale dello spettro. L’occhio umano è sensibile alle sole radiazioni elettromagnetiche dello spettro comprese tra 380 e 780 nm

8 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

9 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  E = h 

10 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 h  =  E Radiazione assorbita!!! Stato fondamentale Stato eccitato Energia h  <  E h  <  E Radiazione NON assorbita h  >  E h  >  E Radiazione NON assorbita

11 Interazione radiazione-materia

12 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

13 Colori della luce visibile Lunghezza d’ondaAssorbita Osservata violetto verde-gialla blu-violagiallo blu arancione blu-verde rosso verdeviola verde-giallo violetto gialloblu arancione verde-blu rossoblu-verde viola verde

14 SUPPORTO SUPPORTO: parete, tavola lignea, tela, carta, ceramica, metallo PREPARAZIONE PREPARAZIONE: di colore bianco, rende la superficie idonea a ricevere pigmenti STRATO PITTORICO STRATO PITTORICO: sospensione di pigmenti/coloranti in un medium trasparente (il legante) VERNICE VERNICE: film trasparente con funzione protettiva ed estetica Struttura stratigrafica di un dipinto Quale è la materia che vogliamo studiare? Un esempio….

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16 Spettroscopia UV-Visibile transizioni elettroniche  Riguarda le transizioni elettroniche  variazioni della distribuzione elettronica all’interno della molecola E3E3 E2E2 E1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

17 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 SorgenteMonocromatoreCampioneRivelatore 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. II0I0

18 Studi spettroscopici forniscono informazioni sui livelli energetici di una molecola, e quindi sulla sua struttura chimica E1E1 E2E2 E3E3 E4E4 E2E2 E5E I/I 0 I/I =  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.

19 Componenti di uno Spettrofotometro Sorgente: Sorgente: fornisce una radiazione continua sulle lunghezze d’onda di interesse Monocromatore Monocromatore:seleziona una stretta banda di lunghezze d’onda dallo spettro della sorgente Rivelatore Rivelatore:converte la radiazione elettromagnetica trasmessa in energia elettrica Sorgente Monocromatore Campione Rivelatore Computer Riferimento P PoPo Specchio rotante specchio

20 la legge di Lambert e Beer A=log(I 0 /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?? I campione I0I0 Soluzione di concentrazione c I0I0 C I

21 Le cuvette possono essere in plastica, vetro e quarzo. Attenzione: nell’UV assorbono il vetro e la plastica (utilizzare celle di quarzo!) Portacampione…….

22 Condizioni di misura A>>1 Grande variazione tra I 0 ed I  Grande segnale Poca luce trasmessa  Elevato rumore A<<1 Piccolo segnale Basso rumore Il rapporto segnale/rumore è ottimizzato per A ~ 1 Nota: se il campione è torbido, si ha un’assorbanza fittizia

23  METODO NON DISTRUTTIVO  METODO NON DISTRUTTIVO : non necessita di alcun prelievo di materiale dell’oggetto da analizzare  METODO DISTRUTTIVO  METODO 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 :

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25 Applicazioni della spettroscopia UV-Visibile riassunto… transizioni elettroniche 1) Riguarda le transizioni 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

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27 Alcuni esempi di pigmenti inorganici…

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29 …e di pigmenti organici. Alizarina Indaco Indaco Carmine Metilarancio

30 Rosso: Alizarina La Trinità ( ) Masaccio, Santa Maria Novella, Firenze Alizarina E’ di origine naturale E’ usato fin dall’antichità E’la componente stabile del carminio di robbia

31 Blu: Indaco Giotto, Il compianto di Cristo Morto ( ), Cappella degli Scrovegni, Padova Indaco E’ di origine naturale E’ usato fin dall’antichità Stabile se usato come tempera o vernice Sbiadisce se esposto alla luce solare

32 Esercitazioni 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

33 Prima parte…. in soluzione Acquisizione degli spettri in 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)

34 Come si registra uno spettro? Si manda prima una linea di base  serve a togliere le disomogeneità fra le due cuvette e a fornire il valore di “zero” dell’assorbanza Nella cella di riferimento si lascia il solvente, nell’altra si mette la soluzione Si regolano i parametri in modo da avere una misura riproducibile Sorgente Monocromatore Campione Rivelatore Computer Riferimento P PoPo Specchio rotante specchio

35 Coloranti e pH….

36 Lo ione [H 3 O + ] 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 Perché lo spettro di assorbimento cambia al variare del pH?

37 Soluzioni tampone Soluzioni tampone: soluzioni acquose di opportune specie chimiche (acidi o basi deboli) che per diluizione e per aggiunta o sottrazione di ioni H 3 O + mantengono il loro pH invariato

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39 Seconda parte Prove di solubilità Prove 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?

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41 Struttura stratigrafica di un dipinto

42 Metodi distruttivi: il campionamento  GLOBALE  GLOBALE: stratigrafia completa dei materiali costituitivi e delle alterazioni  SELETTIVO  SELETTIVO: scelta e arricchimento di un singolo componente  MULTIGRADUALE  MULTIGRADUALE: prelievi selettivi in sequenza, a profondità crescenti

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44 Interazione tra luce e un oggetto (Vis) Riflessione speculare I r Riflessione diffusa Rifrazione I t Assorbimento nel visibile I a Le sostanze, investite da una luce bianca, riflettono solo una parte delle radiazioni di cui questa è composta, e, di conseguenza, ci appaiono colorate. come ad es. una superficie pittorica…..

45 I pigmenti  Insolubilità nel legante  Stabilità chimica  Stabilità fotochimica  Inerzia nei confronti delle sostanze con cui devono essere mescolati  Possono essere: inorganici inorganici organici organici


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