Lezione 15

Lezione 15
metodi di analisi termici
legati alla separazione di fase
Separazione di fase
Fasi della materia: solido, liquido, gas
SOLIDO
Scioglimento
solidificazione
LIQUIDO
evaporazione
condensazione
GAS
Ogni materiale ha una temperatura di transizione
diversa per evaporazione o sublimazione
Scaldando progressivamente un materiale composito le
sue diverse componenti passano progressivamente alla
fase gassosa (+ volatile) che abbandona il campione
modificandeone il peso.
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Analisi termiche
È un gruppo di tecniche nelle quali una o più proprietà di un campione di materiale
vengono studiate durante un incremento controllato di temperatura.
SOLIDO
AMORFO
SOLIDO
CRISTALLINO
Trasformazioni fisiche
Fusione
Ebollizione
Sublimazione
COMPOSTI
ORGANICI
Reazioni chimiche
Ossidazioni
Degradazioni composti organici
Variazioni di peso
Perdita di peso
Reazioni endotermiche
=> assorbimento di calore
Reazioni esoenergetiche
=> liberazione di calore
Ciclo dell’acqua
Evaporazione della molecola di acqua legata a differenti forme con il
composto
umidità (acqua libera), acqua di cristallizzazione, acqua di costruzione.
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• TGA (analisi termogravimetrica) misura del cambio di
peso di un campione al crescere della temperatura.
Determinazione del contenuto di acqua e di sostanze
volatili. (fino a 1000-1250°C con step di 10°C/minuto)
• DTA (analisi termica differenziale) misura delle
variazioni di temperatura in un campione rispetto a
uno standard di riferimento all’aumentare della
temperatura. Rivela la presenza di reazioni o
esoenergetiche o endoenergetiche all’interno del
campione e quindi il tipo di sostanze presenti. (fino a
1350°C con step di 10-20°C/minuto)
• DSC (calorimetria a scansione differenziale) misura
della temperatura e del calore associato con le
transizioni di fase in materiali in dipendenza del
tempo e della temperatura.
TGA
Analisi TGA del carbonato di calcio: intorno agli 850 gradi si
osserva una perdita di peso del 44% dovuta alla rimozione della
CO2 nella formazione di CaO
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DTA
(analisi termica differenziale)
Analisi DTA di un vetro: i due picchi identificano due
temperature di cristallizzazione, la fascia viola identifica
invece la zona di transizione di fase in cui non vi è
variazione di ∆T all’aumentare della temperatura esterna.
DSC
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Applicazioni ai beni culturali
Analisi distruttiva ma campioni di pochi mg
Caratterizzazione di materiali
Ceramiche: composizione chimica e mineralogica
Ceramiche (temperatura di cottura)
Materiali pittorici (organici)
Oli siccativi recenti (<100 anni) polimerizzazione non completa
Cambio di peso
Variazione
totale di peso
durante il
riscaldamento
Intervallo durante il quale si manifesta la maggiore
variazione di peso (>0 o <0)
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Esempi di differenti comportamenti
di materiali ceramici moderni
Evaporazione
dell’acqua
libera a 105 °C
Forte reazione
esoenergetica
(scioglimento
di un cristallo)
Reperti ceramici dell’età del
bronzo in due villaggi lituani
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Aumento di peso
Processo ossidativo del rame
Cottura a bassa temperatura
Cottura ad alta temperatura
testimoniata dalla stabilità di
peso ad alte temperature
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SAGGI CHIMICI MICROANALITICI
(SPOT TEST)
SPOT TEST
• polveri, scaglie, sezioni, liquidi
• quantità << 1 mg
• reazioni chimiche dirette (con reagenti) o indirette (per
riscaldamento), con sviluppo di gas, formazione di
precipitati, formazione di composti colorati =>
individuazione qualitativa materiali organici e
inorganici, tra cui prodotti di degrado
• eventuale associazione a microscopia ottica
• analisi distruttiva del campione/punto di misura (ma
sezioni lucide possono essere rilucidate se l’attacco è
solo superficiale)
• documentazione fotografica dei risultati, dove possibile
• possibilità di analisi in situ (kit portatili)
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es. di SPOT TEST: TEST ISTOCHIMICO
• Spot
test
su
sezione
stratigrafica di un dipinto
(amido
black)
per
l’identificazione
di
colle
animali. La colorazione blu
indica la presenza di colla nella
sola preparazione pittorica.
• Spot test sulla stessa
sezione spot test con Oil
Red) per l’identificazione
del legante pittorico. La
colorazione rossa indica la
presenza di olio di lino nel
solo strato pittorico.
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