UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FERRARA
Dipartimento di Fisica - Laboratorio di archeometria
Metodologie fisiche per lo studio
del colore di dipinti antichi
Pellicori Virginia
28 aprile 2010
Archeometria
L'archeometria (misura ciò ch'è antico), si occupa dello studio
scientifico con analisi di laboratorio dei materiali di cui i beni
di interesse storico, archeologico, artistico e architettonico
sono costituiti e dei contesti naturali in cui tali beni si sono
ritrovati nel tempo.
Le tecniche di indagine utilizzate sono le più molteplici da
quelle ormai consolidate a quelle più innovative, tra le quali le
tecniche non invasive e trasportabili per indagini in situ, le
tecniche volte alla datazione e all’identificazione di
falsificazioni e le tecniche di monitoraggio dell’ambiente, sia
in interni che in esterno, in cui le opere sono conservate;
Laboratorio di Archeometria
Fluorescenza UV
Fotografia in luce radente
Riflettografia IR
Radiografia differenziale
in assorbimento K (Larix)
Radiografia X digitale (Larix)
Spettroscopia per immagini
Spettroscopia in riflettanza
diffusa (vis-RS) o
Spettrofotometria
Fluorescenza UV
Si utilizza una fonte di luce
ultravioletta, che induce
fluorescenza
È utile per analizzare lo strato
più superficiale dell’opera
(vernice)
• vernici più antiche:
fluorescenze intense
• restauri successivi: si
evidenziano come zone scure
Fotografia in luce radente
La luce radente mette
in evidenza
le deformazioni del
supporto e le asperità e i
sollevamenti nella
superficie pittorica.
Riflettografia IR
La riflettografia
infrarossa permette di
osservare gli strati
pittorici più profondi e
spesso anche il
disegno preparatorio.
Presso i nostri
laboratori è stato
realizzato uno scanner
IR che permette una
scansione ad alta
risoluzione dell’intera
opera direttamente in
formato digitale.
Radiografia differenziale in assorbimento K
Questa nuova tecnica sfrutta la grande variazione del coefficiente di
assorbimento di un elemento in corrispondenza dell'energia del Kedge. (Laboratorio Larix)
La sottrazione di due
radiografie fornisce la
mappa della
distribuzione di
quell'elemento sull’
intera superficie pittorica.
Nell’esempio riportato:
mappa pittorica dello
Zinco, presente nel
Bianco di Zinco.
Radiografia X digitale
La radiografia X permette di osservare contemporaneamente sia lo
strato pittorico (crettature, cadute di colore e restauri) che il
supporto del dipinto (fori di tarlo, stuccature).
Presso il laboratorio Larix
è stato realizzato uno
scanner RX che permette
la scansione completa di
un dipinto di grandi
dimensioni direttamente
su rivelatore digitale, ad
alta risoluzione e con
elevata profondità di
digitalizzazione.
Onde elettromagnetiche
Si tratta di un fenomeno ondulatorio dovuto alla
simultanea propagazione nello spazio della
perturbazione di un campo elettrico e di un campo
magnetico oscillanti, perpendicolari fra di loro.
Le onde elettromagnetiche possono propagarsi nella
materia e anche nel vuoto.
Lunghezza d’onda
La lunghezza d’onda (λ): è la distanza minima fra due punti
di un’onda che si comportano identicamente.
Generalmente si esprime in nanometri:
1 nm = 10-9 m
lunghezza d’onda
Spettro elettromagnetico
L'insieme delle radiazioni elettromagnetiche, classificate in base
alla loro frequenza, costituisce lo spettro elettromagnetico.
Υ
RX
Radiazioni ionizzanti
UV
Vis
λ
Energia
IR
Microonde
Onde
radio
Radiazioni non ionizzanti
Spettro Visibile
Interazione radiazione-materia
Assorbimento
Trasmissione
Riflessione
riflessione speculare: avviene in
una unica direzione
riflessione diffusa: avviene in varie
direzioni.
Riflettanza: porzione di luce incidente che una data sostanza è
in grado di riflettere.
grandezza adimensionale
espressa in percentuale (0-100%)
Interazione radiazione-materia
Assorbimento
Trasmissione
Riflessione
La riflettanza diffusa, o di volume: parte di radiazione che è
penetrata all’interno del campione e che viene successivamente
riflessa dopo essere stata parzialmente rifratta e trasmessa dalle
particelle nello strato.
In seguito agli assorbimenti
selettivi subiti
essa dà indicazioni
composizionali sul materiale
Interazione radiazione-materia
Assorbimento
Trasmissione
Riflessione
Lo spettro di riflettanza:
riporta la quantità di
radiazione riflessa dal
campione analizzato in
funzione della lunghezza
d’onda.
Lo spettro di riflettanza
è caratteristico per ogni
sostanza
Spettro di riflettanza di un pigmento blu
(Lapislazzuli artificiale).
Interazione radiazione-materia
Assorbimento
Trasmissione
Riflessione
La trasmittanza è la frazione di luce
incidente ad una data λ che attraversa un
campione.
T = I1 / I0
dove I0 è l’intensità della luce incidente e
I1 è l’intensità della luce che emerge dal
campione attraversato.
Generalmente la trasmittanza si esprime come valore percentuale:
T = (I1 / I0) * 100
Interazione radiazione-materia
Assorbimento
Trasmissione
L’assorbimento è la
quantità di luce incidente
ad una data lunghezza
d’onda che viene assorbita
dal campione.
Riflessione
Interazione tra radiazione e.m. e materiali pittorici
• Vernice
• Strato Pittorico:
pigmento e legante
•Disegno preparatorio
• Strato preparatorio:
gesso e colla
• Supporto: legno o tela
UV Vis
IR
RX
Pigmenti
Pigmenti
ottenuti polverizzando finemente sostanze colorate solide,
uniti ad un “medium” liquido trasparente, il quale,
essiccando, assicura l’adesione del pigmento al supporto
(carta, tela, legno, ecc.).
Legante
una emulsione di acqua e tuorlo d’uovo: pittura a
tempera
un olio siccativo (di lino, papavero, ecc.): pittura ad olio
Entrambi influenzano le proprietà del materiale colorante
finale.
Pigmenti
Nella pittura a tempera: essiccazione avviene per evaporazione
si elimina gran parte del legante
i colori schiariscono
S. Botticelli, Nascita di Venere, 1483-85. Tempera su tela, Uffizi, Firenze.
Pigmenti
Nella pittura ad olio:
il legante non evapora:
tende a combinarsi con
l’ossigeno dell’aria
non si verificano sensibili
variazioni nei toni
Caravaggio, Bacco, 1596-97.
Olio su tela, Uffizi, Firenze.
Studio tecnico scientifico di un’opera d’arte
1) Diagnostica per immagini (Fluorescenza UV, Luce
radente, Riflettografia IR, Spettroscopia per immagini,
ecc.)
Scelta dei punti da campionare
2) Indagine per punti (Colorimetria, Spettrofotometria)
Indagini spettroscopiche:
A seconda delle lunghezze d’onda usate per irradiare
la superficie si ottengono informazioni differenti
Spettrofotometro a sfera integratrice
Risoluzione: 10 nm
Campo spettrale:
360-740 nm
Misure per punti
a campionatura
A contatto con la
superficie del campione
Spettrofotometro Konica-Minolta
Pigmenti blu
Azzurrite + Bianco di Piombo - Cu3(CO3)2(OH)2
Blu di Prussia + Bianco di Piombo - KFeIII[FeII(CN)6]
Blu di cobalto + Nero d’avorio - CoAl2O
Blu di Prussia + Nero d’avorio
Pigmenti rossi
Vermiglione + Nero d’avorio (HgS)
Ocra rossa + Bianco di Pb (α-Fe2O3)
Pigmenti verdi
Verde ossido di cromo opaco+Bianco di Pb (Cr2O3)
Verde ossido di cromo idrato+Bianco di Pb (Cr2O3*2H2O)
Misure colorimetriche
Colorimetria:
disciplina che si occupa di standardizzare la misurazione
del colore attraverso lo studio dei modelli di colore.
Colore: caratteristica fisiologica, soggettiva dell’occhio umano
necessità di trovare una o più grandezze che potessero renderlo
misurabile in modo standardizzato, per poterlo classificare e riprodurre
organismi internazionali come la Commission
Internationale de l'Eclairage (CIE)
creazione di scale e spazi colorimetrici entro i quali sia possibile eseguire
misurazioni che prescindano dalla soggettività e che permettano di
eseguire dei calcoli su delle grandezze definite
Attributi del colore
L’occhio umano è in grado di percepire solo tre
attributi della luce:
Tinta (Hue)
Saturazione (Saturation)
Luminosità (Brightness)
Il colore è la risultante di questi tre attributi.
Tinta
La tinta esprime il colore dell’oggetto considerato.
La tinta corrisponde ad un’opportuna lunghezza
d’onda dello spettro detta lunghezza d’onda
dominante.
Saturazione
La Saturazione o Purezza permette di definire
quanta concentrazione di pigmento puro
è presente in un colore.
La Saturazione và da valori prossimi allo 0%
(pallidissimi) al 100% (componente cromatica pura).
Luminosità
La Luminosità o Chiarezza permette di definire
quanto un colore emette o riflette luce.
La Luminosità è legata alla curva di sensibilità
dell’occhio umano e corrisponde all’impressione di
un colore che va da molto scuro a molto chiaro.
Misure colorimetriche
Rosso, verde e blu (RGB): colori primari
Sintesi additiva
Questo perché l'occhio possiede
tre tipi di coni (sensori di colore) che sono sensibili a questi tre
colori e che consentono la percezione cromatica.
Misure colorimetriche
Funzioni colorimetriche: curve di sensibilità spettrale, x(λ), y(λ), z(λ),
corrispondenti all'occhio umano, secondo la definizione
dell'Osservatore standard CIE 1931.
Sovrapponendo le tre curve è possibile riprodurre qualunque
sensazione di colore percepita dall’occhio.
Funzioni colorimetriche
Bianco
+L*
Giallo
+b*
Verde
Rosso
+a*
Blu
Nero
CIEL*a*b*
Spazio colorimetrico
CIEL*a*b* definito
dalla CIE nel 1976.
L* : Luminosità
(nero-bianco)
a* : verde - rosso
b* : blu – giallo
Spettroscopia per immagini
misure in riflettanza
acquisizione immagini del dipinto ogni 40
nm (450-910 nm)
non richiede contatto con il dipinto
campionamento per zone
analisi in situ
Lunghezze d’onda dei 16 filtri
interferenziali
Telecamera
Pulnix TM1325
Struttura interna cambia-filtri
340 nm
370 nm
410 nm
450 nm
490 nm
530 nm
570 nm
610 nm
650 nm
690 nm
730 nm
790 nm
850 nm
910 nm
970 nm
1050 nm
Spettroscopia per immagini
Gli standard di riflettanza
sono in totale undici:
- sette grigi (riflettanza
rispettivamente di 2%, 5%,
10%, 20%, 50%, 75%, 99%)
Standard di riflettanza.
- quattro colorati (rosso,
giallo, verde, blu)
Vengono posizionati nell’area
d’inquadratura della
telecamera
Schema apparato strumentale.
Spettroscopia per immagini
Si acquisisce la sequenza multispettrale di immagini dell’oggetto in esame
Da: Lorenzo Stefani,
Istituto di Fisica
Applicata "Nello
Carrara" - Firenze
Si corregge ognuna di tali immagini dalle disuniformità di campo
dovute generalmente a:
- illuminazione non omogenea,
- possibile presenza di polvere sul CCD o sull’obiettivo, ecc.
Spettroscopia per immagini
Bianco topografico: superficie grigia a riflettanza uniforme
- la sua immagine: acquisita a tutte λ considerate in precedenza
uguali condizioni di ripresa
- viene attribuito ad ogni immagine dell’oggetto
- correzione tramite software, utilizzando il seguente algoritmo:
Immagine prima della correzione.
Immagine dopo la correzione.
Spettroscopia per immagini
Si scelgono le aree dell’oggetto di
cui si vuole misurare il valore di
riflettanza.
ROI di misura
9
3
12
11
8
1
2
10
5
7
6
4
Su tutte le immagini vengono
tracciate le regioni di interesse
(ROI), sulle quali effettuare le
misure.
Le tipologie di ROI sono due:
di riferimento: tracciate sui
riferimenti di riflettanza grigi;
Anonimo di Scuola Emiliana del XVII Sec.,
Maddalena Penitente.
ROI di riferimento
Olio su tela.
di misura: tracciate su aree
omogenee della superficie
dell’oggetto.
Spettroscopia per immagini
Viene assegnata ad ogni ROI di riferimento la riflettanza corrispondente
Si realizza l’interpolazione delle ROI di riferimento ad ogni lunghezza
d’onda
Si ottengono gli spettri di riflettanza di tutte le ROI di misura considerate
Da: Lorenzo Stefani,
Istituto di Fisica
Applicata "Nello
Carrara" - Firenze
Applicazioni
Gli studi scientifici contribuiscono alla migliore
comprensione dell'oggetto, favorendone una sua
corretta conservazione.
Riconoscere i pigmenti appartenenti allo strato
superficiale di un dipinto
Analizzare il colore e le sue variazioni
Identificare prodotti di alterazione
Di norma associati ai risultati di analisi chimiche
(XRF, FT-IR, ecc.)
Andrea Mantegna, Madonna dei cherubini
Tecniche analitiche impiegate:
• per il riconoscimento dei
pigmenti:
spettrometria in riflettanza
diffusa
altre tecniche analitiche
• per documentare variazioni
di colore:
colorimetria:
prima, durante e dopo il
restauro, a riverniciatura
avvenuta
Madonna dei cherubini, 1485, Milano, Pinacoteca di Brera.
Da G. Poldi, “Dalla fisica alla pittura. La scienza
incontra un capolavoro di Mantegna”
Andrea Mantegna, Madonna dei cherubini
Azzurro Oltremare:
• strato esterno del manto della
Vergine (quasi senza biacca)
• cielo (con biacca)
• parti grigie delle nubi (con nero di
carbone e Biacca)
Lapislazzuli
(oltremare naturale):
da analisi chimiche
Andrea Mantegna, Madonna dei cherubini
Ridipintura antica (1885), del
restauratore Luigi Cavenaghi, rimossa:
Frammenti in basso sotto cornice:
Lacca di Robbia (punto 100)
veste originale della Vergine:
kermes (punto 2)
Andrea Mantegna, Madonna dei cherubini
Reintegri in tinte azzurre:
nel cielo: blu di cobalto
insieme a zinco
anzichè azzurro oltremare
per caricare il colore di una
nuvola (punto 60),
evidentemente in gran parte
sparito durante la rimozione
della stessa ridipintura che ha
coinvolto l'angelo di profilo,
lì accanto.
Raffaello, Madonna del cardellino, 1506
Durante la pulitura.
A restauro terminato.
Grazie per l’attenzione
