Metodi di analisi per i beni culturali

A.A. 2019/2020
9
Crediti massimi
72
Ore totali
SSD
FIS/07
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Fornire una ampia panoramica delle principali indagini fisiche sui beni culturali con particolare riguardo alle datazioni, alle tecniche non distruttive di analisi elementari e alle spettroscopie ottiche alla colorimetria e alle tecniche di imaging.
Risultati apprendimento attesi
Conoscenza delle principali tecniche di analisi fisiche impiegate su dipinti, manufatti archeologici e monumenti. Capacità di individuare percorsi diagnostici appropriati allo specifico manufatto in studio tenendo conto delle condizioni di conservazione e delle necessità analitiche.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
annuale
Programma
Introduzione alle tecniche di studio per i beni culturali: tecniche elementari, molecolari e strutturali. Metodi scientifici applicati a questioni di studio e autenticazione di opere pittoriche e manufatti archeologici. Analisi non invasive e non distruttive.
Datazioni, principi di base. Dendrocronologia. Introduzione ai metodi di datazione basati sui radionuclidi naturali.
Elementi di struttura della materia. Tavola periodica degli elementi peso e numero atomico. Isotopi stabili ed instabili, radionuclidi. Radioattività alfa, beta e gamma. Serie radioattive primordiali. Leggi del decadimento radioattivo, Attività, vita media e tempo di dimezzamento. Equilibrio secolare.
Il metodo del disequilibrio Uranio/Torio.
Il metodo del radiocarbonio. Pozzi e sorgenti. Variazioni naturali e antropiche di concentrazione del C14, frazionamento isotopico ed effetto Suess.
Età convenzionale Before Present ed età calibrata. Errore di misura ed incertezza sulla data del calendario. Esempi di datazioni in epoca storica: uso della curva di calibrazione.
Elementi di statistica e analisi dei dati. Influenza della deviazione standard sull'incertezza di calendario. Simulazioni con applicazione OXCAL
Metodi di misura del C14. Misure con AMS (spettroscopia di massa) e misure con contatori di radioattività. Limiti nelle datazioni con il metodo del radiocarbonio.
Rapporto Potassio/Argon. Età della terra.
Metodi basati sugli isotopi del piombo, il Pb210 e i rapporti isotopici.
Termoluminescenza. Dosimetri e trappole nei materiali. Esposizione e dose. Dose assorbita, dose annuale e geologica, glow curve. Casi di contraffazione di materiali ceramici.
Luce e materia. Livelli energetici in spettroscopia atomica. Spettri discreti, legge di Balmer. Spettri atomici al variare del numero atomico.
Modelli atomici, l'atomo di Bohr. Energie di legame negli atomi. Numeri quantici n ed l e orbitali atomici. Shell atomiche e regole di transizione. Tecniche analitiche elementari. Spettroscopie di assorbimento ed emissione atomica in banda ottica e in banda X.
Lo spettro delle radiazioni elettromagnetiche. Energia, frequenza e lunghezza d'onda. Energie rotovibrazionali. Energie di legame negli atomi e nelle molecole. Fenomeni associati al comportamento ondulatorio della radiazione, interferenza e diffrazione. Conversione elettronvolt-joule. L'effetto fotoelettrico.
XRF, PIXE. Principi di funzionamento e tecniche di impiego, esempi applicativi in ambito archeometrico, studio di pigmenti pittorici.
La diffrazione di raggi X la tecnica XRD. Analisi elementari associate alla microscopia a scansione di elettroni (SEM).
Fenomeni associati alla teoria corpuscolare della radiazione. RBS, Rutherford backscattering
Riflettanza, assorbanza e trasmittanza. Assorbanza ottica e assorbanza di una soluzione, legge di Lambert e Beer. Spettroscopia UV-VISibile -NIR. Sfera integratrice. Reticolo di diffrazione. Somma di spettri in riflettanza e assorbanza.
LIBS teoria, esempi applicativi. Luce e materia, sorgenti primarie e secondarie. Aspetti macroscopici legati all'assorbanza e alla riflettanza dei materiali. Riflessione speculare e diffusa. Emissione di luce dalla materia. Metodi di riconoscimento e classificazione dei pigmenti. Superfici dipinte e tecniche pittoriche. Analisi ottiche dei dipinti in falso colore (IRFC). Esempi di casi applicativi.
I leganti pittorici. Composizione chimica dei pigmenti. Pigmenti minerali e organici, coloranti naturali e artificiali. Catalogazione e impiego storico di pigmenti pittorici. Analisi in fluorescenza UV. Esempio di analisi integrate per la caratterizzazione di pigmenti.
Elementi di ottica. Leggi della riflessione, rifrazione, indice di rifrazione. Dispersione, aberrazione cromatica. Potere risolutivo di un sistema ottico.
Colorimetria. Colore fisico e colore psicofisico, colori primari. Basi chimico-fisiche del colore. Contrasto simultaneo e colori complementari. Sintesi additiva e sintesi sottrattiva di colori, sistemi RGB e CYMK.
Cenni ai sistemi di misura del colore. Fisiologia della visione, fenomenologia dell'apparenza del colore. Diagramma di cromaticità, lunghezza d'onda dominante, cenni ai sistemi di coordinate colorimetriche più in uso: RGB, XYZ, CIELab. Proprietà matematiche del diagramma di cromaticità. Illuminanti e sorgenti. A B e C, D65 e simili F2, F7, F11, temperatura di colore. Metamerismo.
Definizione di distanza di colore delta E nello spazio CIELab. Gli osservatori standard in colorimetria. Cenni sull'apparenza del colore. Hering e la teoria delle opponenze cromatiche.
Tecniche di indagine per immagini. Radiografia, principi di base radioopacità e radiotrasparenza. Legge di assorbimento dei raggi X nella materia.in dipendenza dal numero atomico e dallo spessore.
Radiografia, casi applicativi di diagnostica su tavole e tele. Autoradiografia, gammagrafia.
Tecniche di indagine per immagini. Riflettografia infrarossa: principi fisici dello scattering nella propagazione della luce visibile e infrarossa in pellicole pittoriche, trasparenza dei materiali pittorici in funzione della lunghezza d'onda. Limiti della tecnica. Ambiti di applicazione, cenni sull'evoluzione storica della tecnica, esempi di applicazioni.
Termografia: principi di funzionamento, legge di Stefan Boltzmann, legge di Wien distribuzione spettrale dell'energia. Emissività spettrale. Principi di funzionamento dei sistemi di ripresa termografici. Indagini sull'edilizia storica. Distacchi degli intonaci e studio di tessiture murarie.
Diagnostica dell'umidità Studi di microclima per la conservazione di ambienti museali. Umidità specifica, umidità relativa, temperatura di rugiada.
Prerequisiti
Fisica generale
Chimica generale
Metodi didattici
Modalità di erogazione: lezioni frontali.
Materiale di riferimento
- Misurare l'arte volume 1, tecniche di analisi scientifiche per i BC. N. Ludwig e L. Bonizzoni, YCP, 2019, www.youcanprint.it
- Misurare l'arte volume 2, datazioni e tecniche di imaging. N. Ludwig, YCP, 2015, www.youcanprint.it
- Elements of Physical Chemistry. P. Atkins and J. de Paula, 5th Edition, Oxford University Press
- Science-based Dating in Archaeology. M. J. Aitken, Longman London.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Modalità di esame: scritto e orale, due prove in itinere sostitutive della prova scritta finale.
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 9
Lezioni: 72 ore
Docente/i
Ricevimento:
martedi ore 14-18;
via celoria 16