Metodi di analisi per i beni culturali

A.A. 2021/2022
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
Allo stato attuale non è prevista stato di emergenza sanitario nazionale per il periodo di erogazione del corso.
Programma
Metodi scientifici applicati a questioni di studio, conservazione 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
Tavola periodica degli elementi peso e numero atomico, isotopi e isobari. 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.
Elementi di struttura della materia. Comportamenti ondulatori e corpuscolari in fisica, luce e materia. Livelli energetici discreti e spettro continuo di energia.
Lo spettro delle radiazioni elettromagnetiche. Energia, frequenza e lunghezza d'onda. Modelli atomici, dalla legge di Balmer all'atomo di Bohr. Serie spettrali dell'idrogeno, formula per atomi idrogenoidi. Numeri quantici e regole di selezione.
Energie di legame a diverse scale. Corrispondenza fra shell KLMN e orbitali atomici. Calcolo dell'energia di ionizzazione nell'idrogeno. Conversione elettronvolt-joule.
XRF, PIXE. Principi di funzionamento e tecniche di impiego. Esempi applicativi in ambito archeometrico, studio di pigmenti pittorici.
Fenomeni associati al comportamento ondulatorio della radiazione, interferenza e diffrazione. XRD (diffrazione di raggi X). Legge di Bragg. Cenni teorici ed esempi applicativi. Microscopia a scansione di elettroni (SEM). Caratteristiche ed esempi applicatici in ambito delle analisi elementari.
LIBS teoria e aplicazioni
Ion Beam Analysis (IBA), caratteristiche generale, l'esperimento di Rutherford. La tecnica RBS (Rutherford backscattering) teoria ed esempi applicativi.
Tecniche analitiche elementari. Spettroscopie di assorbimento ed emissione atomica in banda ottica e in banda X, tecniche AES, AAS. 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, incandescenza e luminescenza (fluorescenza, catodoluminescenza e fosforescenza). Spettri continui di energia e spettri a righe. Spettri atomici al variare del numero atomico.
Elementi di ottica. 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. Leggi della riflessione, rifrazione, indice di rifrazione. Dispersione. Potere risolutivo di un sistema ottico.
Somma di spettri in riflettanza e assorbanza. Spettro di emissione di corpo nero, temperatura di colore e legge di Wien. 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. Somma di spettri di riflettanza.
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 deltaE nello spazio CIELab. Gli osservatori standard in colorimetria. Cenni sull'apparenza del colore.
I pigmenti pittorici. Superfici dipinte e tecniche pittoriche. I leganti pittorici. Composizione chimica dei pigmenti. Pigmenti minerali e organici, coloranti naturali e artificiali. Catalogazione e impiego storico di pigmenti pittorici.
Metodi di riconoscimento e classificazione dei pigmenti. Analisi ottiche dei dipinti in falso colore (IRFC). Analisi in fluorescenza UV. Esempi di casi applicativi. Esempio di analisi integrate per la caratterizzazione di pigmenti.
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.
Riflettografia infrarossa: Limiti della tecnica. Ambiti di applicazione, cenni sull'evoluzione storica della tecnica, esempi di applicazioni.
Radiografia, principi di base radioopacità e radiotrasparenza. Legge di assorbimento dei raggi X nella materiali. Dipendenza dal numero atomico dall'energia della radiazione e dallo spessore. Set-up di indagine radiografica. Casi applicativi di diagnostica su tavole e tele.
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
Tavola periodica degli elementi, concetti di energia nelle sue diverse forme, temperatura, primo principio della termodinamica.
Uso del S.I.
Funzioni esponenziali e logaritmiche, limiti di funzioni.
Metodi didattici
Lezioni frontali
Materiale di riferimento
- Misurare l'arte, vol.1: tecniche analitiche per lo studio dei beni Culturali. N. Ludwig e L.Bonizzoni, ed. YCP, 2016, www.youcanprint.it
- Misurare l'arte, vol.2: tecniche di datazione e di imaging per lo studio dei Beni Culturali. N.Ludwig, ed.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
Tre prove in itinere durante il primo semestre al termine di parti di programma. Colloquio orale finale .
esame scritto e orale per non frequentanti o chi non avesse superato le prove in itinere.
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