La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Prof. Marina Brustolon Introduzione ai metodi spettroscopici per i Beni Culturali Scuola di specializzazione in Beni Culturali 2012.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Prof. Marina Brustolon Introduzione ai metodi spettroscopici per i Beni Culturali Scuola di specializzazione in Beni Culturali 2012."— Transcript della presentazione:

1 Prof. Marina Brustolon Introduzione ai metodi spettroscopici per i Beni Culturali Scuola di specializzazione in Beni Culturali 2012

2 Riassunto Cosè uno spettroscopio ? Linformazione di base per poter comprendere un esperimento spettroscopico: –La radiazione = onda elettromagnetica e fotoni –La materia = lenergia è quantizzata, il concetto di quanto –Linterazione tra radiazione e materia Vari tipi di spettroscopie Le particolarità dellapplicazione ai Beni Culturali

3 Alcuni concetti importanti sulle radiazioni elettromagnetiche Se un raggio contiene una radiazione con una singola lunghezza donda, si dice che è monocromatico, se contiene radiazione con più lunghezze donda si dice policromatico. La luce bianca è policromatica, contiene radiazioni con diverse lunghezze donda. Un modo per separare le componenti monocromatiche della luce è usare la rifrazione. La rifrazione fa sì che un raggio che passa da un mezzo ad un altro cambi la sua direzione. Le direzioni prese da raggi di diversa lunghezza donda sono diverse.

4 Riflessione: angolo di incidenza e angolo di riflessione sono eguali Rifrazione: indici di rifrazione, che dipendono dalla lunghezza donda Riflessione e rifrazione

5 La luce bianca come quella emessa dal sole sappiamo che è linsieme di radiazioni monocromatiche a diversa lunghezza donda. Se la facciamo passare attraverso un prisma, dal momento che la rifrazione dipende dalla lunghezza donda possiamo separarne le componenti di diversa lunghezza donda: La dispersione angolo di deviazione, dipende dalla Dispersione

6 Locchio ci dice se una componente della luce bianca è stata assorbita Nella percezione del colore il nostro occhio funziona come uno spettroscopio. Il colore di un oggetto illuminato da luce bianca ci dice quali componenti monocromatiche sono state assorbite.

7 Luce trasmessa Luce riflessa In entrambi i casi la luce bianca (policromatica) ha perso delle componenti che sono state assorbite dalla materia, e le componenti residue ci appaiono come colorate. Due modi di vedere il colore di una sostanza Una parte della luce bianca viene assorbita, il raggio che colpisce la retina appare colorato Una parte della luce bianca viene assorbita dalla superficie, la parte riflessa appare colorata

8 Lo spettroscopio umano Il nostro spettroscopio incorporato è locchio. Il colore di un raggio di luce o di un oggetto ci dice di quali radiazioni potrebbe essere composto il raggio di luce che colpisce la nostra retina. Ma il colore non basta, linformazione che dà il colore è ambigua (radiazioni policromatiche diverse possono dare la stessa sensazione di colore). Se vogliamo avere uninformazione sicura delle radiazioni contenute del nostro raggio di luce, bisogna usare uno spettroscopio (non umano!). Così pure se vogliamo sapere quali radiazioni non visibili (infrarosse, ultraviolette) sono state assorbite, locchio non ce lo sa dire perché non le vede.

9 Cosa bisogna sapere per lo studio delle spettroscopie? Cosè la radiazione elettromagnetica Quali sono i parametri per distinguere le diverse radiazioni Quali sono le proprietà della materia importanti per linterazione con la radiazione Quali sono le leggi che regolano linterazione tra materia e radiazione.

10 Qualche altra nozione sulle onde elettromagnetiche Parametri per caratterizzare unonda elettromagnetica, oltre alla lunghezza donda: La frequenza : numero di creste dellonda per secondo. Si esprime in Hertz (Hz), o multipli. MHz = megahertz = 1 milione di Hz kHz = kilohertz = 1000 Hz Il numero donda: inverso della lunghezza donda. Si esprime in cm -1.

11 La selezione naturale ci ha dotato di uno spettroscopio incorporato, che è locchio, sensibile a una zona molto ristretta dello spettro, quella della radiazione visibile. Un parametro per caratterizzare le zone spettrali è la frequenza Un altro parametro per caratterizzare le zone spettrali è la lunghezza donda.

12 Parametri per caratterizzare unonda elettromagnetica La lunghezza donda : distanza tra due creste dellonda, espressa in metri, o sottomultipli del metro: nm = nanometro = m m = micrometro = m La frequenza : numero di creste dellonda per secondo. Si esprime in Hertz (Hz), o multipli. MHz = megahertz = 10 6 Hz kHz = kilohertz = 10 3 Hz Il numero donda: inverso della lunghezza donda. Si esprime in cm -1.

13 Onde elettromagnetiche e fotoni Abbiamo descritto la luce come unonda elettromagnetica. Questo modello va bene per spiegare alcuni comportamenti della luce (per esempio la diffrazione). La luce (e quindi qualunque radiazione elettromagnetica) trasporta energia e la trasmette alla materia. Per descrivere questa trasmissione dobbiamo introdurre un concetto nuovo, apparentemente in contrasto con la descrizione dellonda = il concetto di fotone

14 I fotoni sono pacchetti di energia indivisibili. Lo scambio di energia tra materia e radiazione elettromagnetica può avvenire solo per numeri interi di quanti di energia h. I fotoni Nota: h è detta costante di Planck

15 Con che modello rappresentare la luce? Fino al 900 il comportamento della luce era spiegato con lottica classica. Esperimenti dellinizio del 900 hanno mostrato che lottica classica non spiega come la luce trasmette energia alla materia. Bisogna introdurre una nuova teoria, lottica quantistica. Secondo questa teoria la luce è fatta di particelle di energia che si chiamano FOTONI

16 Spettroscopie Le spettroscopie permettono di studiare scientificamente linterazione delle radiazioni elettromagnetiche con la materia. La radiazione più studiata per i Beni Culturali è la radiazione nel visibile (la luce). Ma importanti informazioni si possono ottenere anche studiando linterazione con la materia dei raggi infrarossi e dei raggi ultravioletti.

17 Radiazione e materia Per capire come funzionano le spettroscopie dobbiamo aver un modello per il comportamento della radiazione elettromagnetica, e uno per le proprietà dei materiali. Le proprietà della materia si spiegano basandosi su pochi e semplici risultati della fisica quantistica, tra i quali il fondamentale è: Gli stati stabili degli atomi e delle molecole hanno energie definite e determinate, dovute sia al moto degli elettroni che al moto dei nuclei.

18 Con che modello rappresentare la materia? Fino al 900 il comportamento della materia era spiegato con la meccanica classica. Esperimenti dellinizio del 900 hanno indotto a formulare una nuova teoria, la meccanica quantistica.

19 Onde e particelle Il risultato sorprendente delle teorie quantistiche è che: la luce si comporta anche come se fosse composta da particelle, i fotoni le particelle elementari della materia (elettroni, protoni, ecc.) si comportano anche da onde

20 I moti dei corpi di dimensioni ordinarie La caratteristica del moto dei corpi di dimensioni ordinarie è che possono avere qualsiasi velocità, e quindi qualsiasi energia. Energia 1Energia 2 Energia 3 Ma potrebbero esserci energie intermedie

21 Energia della pallina rotante Energia 1 Energia 2 Energia 3 Qualunque energia è permessa!

22 I moti delle particelle come elettroni e nuclei La caratteristica del moto dei corpi di dimensioni molto piccole è che non possono avere qualsiasi velocità, e quindi qualsiasi energia, ma solo energie quantizzate, che dipendono dal tipo di moto. Per esempio, una molecola che ruota in un gas può avere solo livelli energetici come in figura. Energia

23 E1E1 E2E2 h Schema generale di un evento spettroscopico Un sistema si trova in uno stato ad energia E 1. Può passare ad un altro stato ad energia E 2 assorbendo un fotone con una frequenza e quindi unenergia h eguale alla differenza di energia tra i due stati: E = h

24 I moti delle particelle e le energie E1E1 E2E2 h Questo è uno schema generale, la distanza in energia tra i due stati è molto diversa a seconda del moto che stiamo considerando. Prima di tutto dobbiamo distinguere tra il moto dei nuclei e quello degli elettroni. Gli elettroni sono molto più veloci dei nuclei, e la loro energia è molto maggiore. Quindi anche la distanza in energia tra due livelli sarà molto più grande. E = h I fotoni che fanno avvenire transizioni tra i livelli di energia degli elettroni hanno frequenze cha vanno dalla zona del visibile allultravioletto.

25 Zona interessata agli assorbimenti elettronici

26 Moti dei nuclei Moti di vibrazione Moti di rotazione I moti dei nuclei coinvolgono energie minori di quelle del moto degli elettroni:

27 Zona interessata agli assorbimenti vibrazionali

28 Zona interessata agli assorbimenti rotazionali

29 I metodi spettroscopici sono metodi di indagine chimico-fisica usati in molte applicazioni. Le spettroscopie possono venir usate a scopo analitico: quali sostanze pure compongono un materiale? Luso analitico interessa tutti i campi: chimica, fisica, scienza dei materiali, studi ambientali, astrofisica, e beni culturali. Le informazioni fornite dai metodi spettroscopici sono però molte altre, di interesse specifico per ogni campo di studio.

30 I beni culturali sono composti di materiali: quindi scienza dei materiali e studio scientifico dei beni culturali sono campi di attività che hanno in comune molti metodi. Quello che distingue lapplicazione ai beni culturali è lo scopo dellindagine. Beni culturali: cosa si vuol capire? a.Composizione dei materiali b. Stato di conservazione c. Provenienza geografica dei materiali d. Tecniche di produzione e. Datazione Informazioni che le spettroscopie possono fornire per i beni culturali:

31 a.Quantità molto piccola (o nulla) di materiale usato (tecniche microdistruttive o non distruttive) b. Indagini microscopiche c. Indagini di superficie d. Portabilità e. Metodi statistici per luso di database. Condizioni poste ai metodi di indagine spettroscopica nel campo dei beni culturali:


Scaricare ppt "Prof. Marina Brustolon Introduzione ai metodi spettroscopici per i Beni Culturali Scuola di specializzazione in Beni Culturali 2012."

Presentazioni simili


Annunci Google