Fluorescenza indotta da radiazione ultravioletta

Quando un oggetto viene irraggiato con radiazione ultravioletta, le molecole che lo costituiscono assorbono la radiazione passando da un livello energetico fondamentale ad un livello eccitato, instabile. A causa dell'instabilità del livello eccitato e della tendenza ad avere la minima energia possibile le molecole tendono a tornare al livello fondamentale, più stabile; nel passaggio verso livelli energetici inferiori viene emessa una radiazione elettromagnetica che, nel caso di diseccitazione per salti multipli, comporta l'emissione di più fotoni in sequenza. Ciascuno di questi fotoni trasporterà un'energia minore rispetto a quella dei fotoni che hanno innescato il processo. Poiché ad energie minori corrispondono lunghezze d'onda maggiori, la radiazione di fluorescenza puņ ricadere nel campo delle radiazioni visibili, che nel caso di questa tecnica vengono registrate fotograficamente. La ripresa della fluorescenza indotta da radiazione UV permette di indagare gli strati superficiali di un dipinto consentendo di "vedere" le vernici (trasparenti) applicate su di esso e di valutarne l'omogeneità. Poiché in generale materiali differenti o con diverso grado di invecchiamento producono fluorescenze diverse, la ripresa della fluorescenza indotta da radiazione UV permette di ottenere informazioni relative a ridipinture e passati interventi di restauro. (Claudia Maura; M.I.D.A. Roma)

Indagini all'IR: Riflettografia infrarossa

Le analisi all'infrarosso sfruttano i fenomeni derivanti dall'interazione luce-materia, in particolare i fenomeni di riflessione e di assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche, allo scopo di indagare gli strati profondi della pellicola pittorica, evidenziando l'eventuale presenza di un disegno preparatorio sottogiacente o di eventuali pentimenti. Ogni materiale presenta, nei confronti delle onde elettromagnetiche, un comportamento che varia al variare della lunghezza d'onda della radiazione; da ciņ la tendenza di alcune stesure pittoriche, opache al visibile, ad essere trasparenti all'infrarosso consentendo quindi la lettura degli strati sottostanti. In questo caso, la radiazione elettromagnetica riesce ad attraversare gli strati superficiali del dipinto (vernici e pellicola pittorica), raggiungendo gli strati sottostanti che possono essere in grado di diffonderla. Una porzione della radiazione diffusa, attraversando nuovamente gli strati più esterni, riemergerà dalla superficie dipinta portando con se informazioni relative ai contrasti chiaroscurali degli strati sottogiacenti. Il grado di diffusione di una radiazione elettromagnetica, e di conseguenza la sua capacità di penetrare all'interno della pellicola pittorica, dipende da numerosi parametri ed un ruolo centrale è giocato dalla granulometria dei pigmenti utilizzati e dalla tonalità del loro colore. In generale la diffusione diminuisce all'aumentare della lunghezza d'onda della radiazione incidente, determinando una diminuzione del potere coprente. Nel vicino infrarosso, intorno a lunghezze d'onda di 1800 nm, la maggior parte delle stesure pittoriche acquista una discreta trasparenza. Alcune limitazioni all'efficacia di questo tipo di indagini sono riscontrate qualora la pellicola pittorica presenti uno spessore particolarmente elevato. Le immagini nel vicino infrarosso possono essere ottenute mediante riprese fotografiche con opportune pellicole (fotografia all'IR/bn – 700-900 nm) o mediante sensori elettronici in grado di registrare le radiazioni fino a lunghezze d'onda superiori 2000 nm. (Claudia Maura; M.I.D.A. Roma)

Radiografia

L'indagine radiografica dei dipinti viene eseguita con modalità analoghe a quelle utilizzate per la radiografia medica: la radiazione prodotta da un generatore di raggi X viene indirizzata verso il dipinto, lo attraversa e, sul lato opposto, viene raccolta da una "lastra", costituita da una pellicola trasparente su cui è depositato uno strato di emulsione sensibile alla radiazione X. La quantità di radiazione che riesce ad attraversare il dipinto varia da punto a punto, in funzione delle caratteristiche chimiche dei materiali costitutivi e del loro spessore. Le diverse aree della pellicola radiografica verranno quindi raggiunte da quantità differenti di radiazione, che produrranno annerimenti maggiori della lastra in corrispondenza delle zone più trasparenti ai raggi X. Analogamente a quanto avviene per la diagnostica medica, l'indagine radiografica di un dipinto puņ evidenziarne aspetti nascosti dalla pellicola pittorica superficiale, ad esempio pentimenti o modifiche compositive apportate dall'autore in corso d'opera. (Claudia Maura; M.I.D.A. Roma)

Fluorescenza dei raggi X (XRF)

Questa tecnica permette di ottenere informazioni sui materiali utilizzati nella realizzazione di un manufatto, contribuendo a definirne la composizione elementale. E' una tecnica non distruttiva e che pertanto non prevede il prelievo di materia dall'opera. La materia viene colpita da un sottile pennello di raggi X che provocano l'espulsione di un elettrone appartenente ad uno degli orbitali più interni per effetto fotoelettrico. Nell'orbitale si genera una vacanza che viene colmata da un elettrone appartenente ad uno dei gusci più esterni, creando un'altra vacanza che verrà a sua volta riempita da un altro elettrone proveniente da un guscio ancora più esterno, innescando un processo a cascata. Ogni transizione è accompagnata dalla produzione di radiazione, la cui energia è caratteristica dell'elemento chimico eccitato. I raggi X emessi vengono raccolti da un rivelatore e attraverso una catena elettronica ed un sistema di elaborazione appropriato si ottiene uno spettro di fluorescenza, con i picchi relativi ai diversi elementi chimici presenti nel punto analizzato. (Claudia Maura; M.I.D.A. Roma)

Spettrofotometria infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR)

Questa tecnica di analisi si basa sull'assorbimento di radiazioni infrarosse (IR), ovvero con lunghezza d'onda compresa fra 0,78 e 100 micron, da parte di alcune molecole. Le radiazioni IR hanno la capacità di provocare variazioni nelle vibrazioni dei legami tra gli atomi che costituiscono le molecole entrando in risonanza con essi; ciņ si verifica quando la radiazione possiede una frequenza uguale o multipla di quella naturale del legame. I moti vibrazionali, nei quali un atomo di una molecola cambia la sua posizione relativa rispetto ad un altro atomo senza che la molecola ruoti o si muova, possono essere di stretching (stiramento, simmetrico o asimmetrico), di bending (piegamento), di torsional (torsione). Poiché i gruppi funzionali della molecola, tendono ad assorbire la luce IR sempre nello stesso range di numeri d'onda senza essere influenzati dal resto della molecola, ci sarà una correlazione tra il numero d'onda al quale una molecola assorbe radiazioni infrarosse e la sua struttura, da qui la possibilità di identificare la molecola analizzata utilizzando il suo spettro IR. (Claudia Maura; M.I.D.A. Roma)

Macrofotografia e fotografia in luce radente

Le macrofotografie sono eseguite utilizzando una normale macchina fotografica corredata di obiettivi che consentono la messa a fuoco a distanze ravvicinate, generalmente illuminando il dipinto con luci artificiali. Le lampade vengono posizionate lateralmente rispetto al dipinto, con un angolo d'incidenza del fascio di radiazioni visibili che varia in funzione del tipo di macrofotografia che si vuole eseguire: un angolo di circa 45° per le riprese in luce diffusa, un angolo inferiore a 15° per le macrofotografie in luce radente. In queste condizioni, che rasentano il parallelismo tra il fascio luminoso e la superficie, è possibile evidenziare anche le più piccole irregolarità della pellicola pittorica. Una fotografia viene considerata macro quando il rapporto dimensionale tra l'immagine ed il soggetto reale è uguale o maggiore al rapporto di 1:1; queste tecniche, quindi, consentono di osservare e documentare la superficie di un manufatto fotografando dettagli dell'ordine di qualche centimetro di lato; danno modo, inoltre, di mettere in evidenza alcuni particolari delle stesure pittoriche utili sia per approfondire la tecnica utilizzata dall'artista, sia per studiare lo stato conservativo dell' opera nonché per individuare le metodologie di restauro seguite in interventi precedenti. Attraverso le macrofotografie é possibile studiare, ad esempio, l'andamento, lo spessore e la densità delle pennellate costituenti le diverse campiture, evidenziare la presenza di strati sovrapposti e, in molti casi, rintracciare tratti disegnativi eseguiti anche con tecniche diverse da quelle convenzionali, come ad esempio incidendo la superficie della preparazione. Con le stesse tecniche di indagine è possibile documentare la presenza di crettature e sollevamenti, contribuendo talvolta a ipotizzarne l'origine o la causa. (Claudia Maura; M.I.D.A. Roma)

Stratigrafia su sezione lucida

Le indagini stratigrafiche sono analisi che prevedono il prelievo di un campione di materia dell'ordine di 0,5 mm² che includa tutti gli strati del dipinto, dagli strati di finitura fino alla preparazione. Il campione viene inglobato in una apposita resina trasparente, tagliato perpendicolarmente al piano di superficie e lucidato. L'osservazione del campione avviene attraverso un microscopio ottico a luce riflessa, mediante il quale è possibile riconoscere lo spessore ed il colore di tutti gli strati, analizzando anche la morfologia dei pigmenti presenti. L'allestimento della sezione lucida costituisce in molti casi solo il primo passo per la caratterizzazione dei materiali. L'inevitabile (seppur minimo) danno apportato dal campionamento puņ infatti essere considerato accettabile solo a patto che il prelievo, che racchiude utili informazioni relative a tutti gli strati del dipinto, venga interrogato in modo approfondito. Con la semplice osservazione al microscopio è possibile ipotizzare la natura dei pigmenti utilizzati per realizzare le stesure pittoriche, analizzandone la colorazione, la granulometria e la forma dei grani. Per quanto riguarda gli strati di finitura ed i leganti, un valido contributo alla conoscenza si ottiene dall'osservazione al microscopio della fluorescenza indotta da radiazione ultravioletta, ma le caratterizzazioni dei materiali sono generalmente affidate a metodi analitici come le microanalisi al microscopio elettronico a scansione e gli esami micro-FTIR, spesso condotte proprio sulle sezioni lucide. (Claudia Maura; M.I.D.A. Roma)