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
Studio restauri
precedenti
Scelta di nuovi
materiali per il
restauro
Conservazione
Controllo degli
interventi
conservativi
Messa a punto
delle condizioni
di conservazione
Metodi di
indagine
Microanalisi
chimica,
cromatografia
Microscopie
Analisi termica
Ultrasuoni
Tecniche basate
sull’interazione della
radiazione
elettromagnetica con la
materia:
SPETTROSCOPIE
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 acustica; è una
distribuzione periodica
della densità dell’aria
Onda creata su una corda:
l’altezza della corda dal
suolo ha una distribuzione
periodica
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
Una carica
elettrica
positiva
linee di forza
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
linee di forza
S
N
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.
Campo elettrico
(E)
B
Campo magnetico
(B)
E
Onde elettromagnetiche
B
Onda
polarizzata
E
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.
Il massimo dell’emissione del sole corrisponde al
massimo della percezione visiva umana
=555 nm
I
nm =
nanometro, è 1
miliardesimo di
metro
=555 nm
Lunghezza d’onda
Curva fotopica
Emissione del sole
Sensibilità dell’occhio umano
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…
Vediamo solo i raggi che
colpiscono la retina.
Possono provenire
direttamente da una
sorgente luminosa, o da
una riflessione.
Ora vedo una
luce!
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
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
attraversa vetro e acqua senza
cambiare direzione: effetto di
trasparenza.
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.
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
Raggio
incidente
riflessione
diffusa
riflessione
speculare
diffusione o emissione
(fluorescenza)
assorbimento
riflessione
interna
luce
trasmessa
