Introduzione all’indagine archeometrica con metodi spettroscopici Scuola di specializzazione in Beni Culturali 2012 Prof. Marina Brustolon Introduzione all’indagine archeometrica con metodi spettroscopici

Introduzione Scopi dell’indagine archeometrica Conoscenza storica e tecnica Conservazione Restauro

Conoscenza storica e tecnica Analisi dei materiali e della tecnica di esecuzione Datazione e autenticazione

Restauro Stato di degrado Scelta di nuovi materiali per il restauro Studio restauri precedenti

Conservazione Controllo degli interventi conservativi Messa a punto delle condizioni di conservazione

Metodi di indagine Microanalisi chimica, cromatografia Tecniche basate sull’interazione della radiazione elettromagnetica con la materia: SPETTROSCOPIE Microscopie Analisi termica Ultrasuoni

Riassunto La luce e la visione “luce” = radiazione elettromagnetica visibile all’occhio umano luce bianca incidente su una superficie (trasmissione, riflessione, diffusione) luce bianca come mescolanza di luci colorate luce colorata come sottrazione con un filtro il “colore” di un vetro il “colore” di una superficie

Luce = radiazione elettromagnetica visibile all’occhio umano Cos’è la radiazione elettromagnetica? Ci sono diversi tipi di radiazione elettromagnetica? Come possiamo distinguere i diversi tipi di radiazione elettromagnetica? Che tipo di radiazione elettromagnetica è la luce ?

Concetti necessari per capire cos’è una radiazione elettromagnetica Cos’è un’onda Cos’è un campo elettrico Cos’è un campo magnetico

Onde Cos’è un’onda? E’ una distribuzione periodica nello spazio di una materia o di una proprietà. Le onde di solito viaggiano nello spazio, si propagano.

Esempi di onde Onda creata su una corda: l’altezza della corda dal suolo ha una distribuzione periodica Onda acustica; è una distribuzione periodica della densità dell’aria Onda creata su una superficie d’acqua

Le proprietà dell’onda  La distanza tra due creste dell’onda si chiama “lunghezza d’onda” e si misura in metri.

Le proprietà dell’onda Le onde si propagano con una velocità che dipende dal tipo di onde. Un’onda acustica si propaga alla velocità del suono (circa 300 m al secondo).

Su cosa si crea l’onda nel caso delle onde elettromagnetiche? Le onde del mare e le onde acustiche sono basate sulla materia: rispettivamente l’acqua e l’aria. Le onde elettromagnetiche invece non hanno una base materiale, si sviluppano anche nel vuoto. Le proprietà che formano onde sono un campo elettrico e un campo magnetico.

Campo elettrico - linee di forza Una carica elettrica positiva linee di forza Una carica elettrica negativa Attorno alle cariche elettriche c’è un campo elettrico. Nel campo elettrico attorno alla carica positiva, le cariche positive vengono respinte, e le cariche negative vengono attratte; e viceversa per la carica negativa.

Campo magnetico Attorno ad un magnete c’è un campo magnetico. N S linee di forza N S Attorno ad un magnete c’è un campo magnetico.

Radiazioni elettromagnetiche Le radiazioni elettromagnetiche trasportano energia nello spazio sotto forma di onde. L’onda elettromagnetica è una distribuzione periodica nello spazio di un campo elettrico e di un campo magnetico. E B Campo elettrico (E) Campo magnetico (B)

Onde elettromagnetiche B  Onda polarizzata Tutte le onde elettromagnetiche sono formate da un campo elettrico e un campo magnetico perpendicolari tra loro, e che viaggiano alla velocità della luce (che si indica con c ): c = 300000 km/s La distanza tra due punti equivalenti dell’onda è la lunghezza d’onda  .

Dimensioni approssimative della lunghezza d’onda Al di fuori di questa zona le onde elettromagnetiche sono invisibili all’occhio umano

Luce = radiazione visibile all’occhio umano Quali radiazioni arrivano dal sole sulla Terra? Il sole emette radiazioni a tutte le lunghezze d’onda, ma non con la stessa intensità.

nm = nanometro, è 1 miliardesimo di metro Il massimo dell’emissione del sole corrisponde al massimo della percezione visiva umana nm = nanometro, è 1 miliardesimo di metro =555 nm Emissione del sole I Lunghezza d’onda Curva fotopica Sensibilità dell’occhio umano =555 nm

La visione umana è diversa da quella degli animali Butterflies are thought to have the widest visual range of any animal. Butterflies can use ultraviolet markings to find healthier mates. Reindeer rely on ultraviolet light to spot lichens that they eat. They can also easily spot the UV-absorbent urine of predators among the UV-reflective snow. One bird species was found to feed its young based on how much UV the chicks reflected. Some species of birds use UV markings to tell males and females apart. The flower Black-eyed Susans have petals that appear yellow to humans, but UV markings give them a bull's eye-like design that attracts bees.

La visione degli insetti comprende l’ultravioletto La farfalla vede la riflessione dell’ultravioletto, che la aiuta a trovare più facilmente il centro dei fiori

E’ tutto buio… VUOTO Ora vedo una luce! Vediamo solo i raggi che colpiscono la retina. Possono provenire direttamente da una sorgente luminosa, o da una riflessione.

vuoto Il raggio si vede solo se colpisce l’occhio Se il cielo è vuoto non c’è niente che possa riflettere i raggi del sole che lo attraversano e quindi ci appare nero vuoto Le zone luminose sono quelle che riflettono i raggi verso i nostri occhi (verso l’obiettivo della macchina fotrografica)

Luce bianca che viene riflessa da una superficie Se la superficie appare bianca vuol dire che tutta la luce è riflessa, e nessuna componente è assorbita Vedo una superficie bianca!

Luce bianca che viene riflessa da una superficie Se la superficie appare verde vuol dire che solo una parte della luce bianca è riflessa, e una parte è assorbita Vedo una superficie verde!

Luce bianca che viene riflessa da una superficie Se la superficie appare quasi nera vuol dire che quasi tutta la luce bianca è stata assorbita. Se fosse assorbita completamente non vedremmo proprio niente. Vedo una superficie quasi nera!

Conclusioni sulla visione di un oggetto - 1 Tutti gli oggetti che vediamo riflettono radiazione visibile verso i nostri occhi, ed è questa radiazione riflessa che ci permette di vederli. Il colore con il quale gli oggetti ci appaiono dipende dal rapporto tra luce riflessa e luce assorbita. Se la luce che illumina gli oggetti è la luce solare, e quindi una luce bianca, vuol dire che contiene radiazioni a diverse lunghezze d’onda (). Se tutte le radiazioni a tutte le  vengono riflesse l’oggetto ci apparirà bianco. Se un po’ di intensità viene assorbita, ma in modo eguale per tutte le , l’oggetto ci apparirà grigio, tanto più scuro quanto più grande è l’assorbimento.

Conclusioni sulla visione di un oggetto - 2 Se la luce che illumina gli oggetti è la luce solare, e quindi una luce bianca, e la superficie dell’oggetto assorbe radiazione solo alla  che corrisponde al blu, l’oggetto ci apparirà arancione. Se la superficie dell’oggetto assorbe radiazione solo alla  che corrisponde al rosso, l’oggetto ci apparirà verde. Quindi in conclusione il colore dipende dal rapporto tra parte assorbita e parte riflessa della luce bianca.

E gli oggetti trasparenti? Quando non c’è né assorbimento né riflessione, la luce viene trasmessa attraverso l’oggetto, e l‘oggetto è allora trasparente.

Il fenomeno della diffusione o scattering Superficie levigata = un fascio di raggi paralleli viene riflesso e resta parallelo Superficie scabra = un fascio di raggi paralleli viene riflesso da una superficie scabra in direzioni varie, e quindi il fascio riflesso non è più parallelo. Questo fenomeno si chiama diffusione della luce, o scattering

L’acqua è trasparente …ma se ci sono delle impurezze, o delle particelle in sospensione (come nel latte) l’acqua non è più trasparente. Perché?

La diffusione in un liquido Un fascio di raggi paralleli viene diffuso in tutte le direzioni dai globuli di lipidi in sospensione nel latte. La radiazione bianca non viene assorbita, ma solo diffusa, quindi l’effetto è: traslucido e bianco. Un fascio di raggi paralleli attraversa vetro e acqua senza cambiare direzione: effetto di trasparenza.

…ma quando c’è la nebbia non lo è più. L’aria è trasparente …ma quando c’è la nebbia non lo è più. Perché?

La diffusione della luce Quando c’è la nebbia la luce (bianca) del sole viene diffusa (riflessa in tutte le direzioni) dalle goccioline d’acqua in sospensione, e ogni gocciolina diventa come un piccolo emettitore di luce.

Come un raggio può interagire con un oggetto diffusione o emissione (fluorescenza) Raggio incidente riflessione diffusa assorbimento riflessione speculare luce trasmessa riflessione interna