Spettroscopia Raman - Tecnica non invasiva e non distruttiva applicata ai beni culturali

16.12.2013 16:46

La spettroscopia Raman è una tecnica non invasiva e non distruttiva che si basa sull'interazione tra radiazione e materia. Un fascio laser emette una radiazione che interagisce con i moti rotovibrazionali delle molecole provocando la riemissione di luce a lunghezze d'onda diverse da quella incidente. Lo spettro Raman che si ottiene permette l'identificazione della molecola in esame.
 

- Effetto Raman-

Quando una radiazione monocromatica colpisce una sostanza può provocare i seguenti effetti:

  • La maggior parte della radiazione attraversa il campione;
  • Una piccola parte della radiazione viene diffusa elasticamente in tutte le direzioni senza perdita di energia, cioè con la stessa frequenza della radiazione incidente (diffusione elastica o rayleigh); questa diffusione è provocata tra urti elastici fra quanti di molecole;
  • Una parte ancora più piccola viene diffusa anelasticamente - provocata da vibrazioni a frequenze che differiscono per quanti energetici vibrazionali-.

Se l'energia nell'interazione con la molecola viene ceduta si parla di diffusione Raman Stokes, mentre se l'energia viene acquistata si parla di diffusione Raman anti-Stokes.

L'intensità della radiazione diffusa dipende dal contributo dello scattering elastico e dello scattering anelastico.

 

 

Uno spettrometro Raman è composto da:

  • Una sorgente LASER;
  • Un sistema di campionamento per inviare il fascio LASER sul campione e raccogliere il segnale Raman;
  • Un sistema per separare il segnale Raman dalla componente diffusa in modo elastico (cioè dallo Scattering Rayleigh);
  • Un interferometro che sfrutta il fenomeno dell'interferenza;
  • Un sistema di rilevazione.

                 

      Fig.1 Esempio di Spettrometro Raman. 

 

Nella maggior parte dei campioni reali i deboli segnali Raman sono oscurati dalla fluorescenza di fondo. in genere la fluorescenza diminuisce la la lunghezza d'onda passa dal visibile alla zona del vicino IR, cioè se diminuisce l'energia della sorgente di eccitazione. Per questo motivo come sorgenti di eccitazione vengono usati i LASER ad una minore lunghezza d'onda per prevenire il fenomeno della fluorescenza. Inoltre sono incorporati filtri modulabili per trasmettere solo alcune bande Raman selezionate. 

La spettroscopia micro-Raman  è una tecnica fondamentale nella Diagnostica dei Beni Culturali, particolarmente utile nella datazione e autenticazione di manufatti artistici, solo per citare alcuni esempi di applicazione. Questa tecnica spettroscopica combina l’alta sensitività e risoluzione spaziale con la sua assoluta non-invasività e non-distruttività – elemento fondamentale per preservare l'integrità del manufatto artistico in esame – e non risente di interferenze di eventuali materiali che circondano la zona da esaminare. Un’applicazione immediata di questa tecnica nel settore della Diagnostica dei Beni Culturali è lo studio dei pigmenti utilizzati su vari tipi di manufatti storico-artistici (manoscritti, sculture, dipinti, ceramiche). Ogni pigmento ha vibrazioni reticolari diverse e, irradiato con un’opportuna lunghezza d’onda, dà luogo a spettri Raman differenti; ciò dipende dall’origine diversa dei pigmenti: minerale o organica, naturale o di sintesi. Nell’antichità (come si evince, ad esempio, dalla pittura parietale etrusca e romana) i pigmenti usati erano quelli provenienti da giacimenti; di contro, la maggioranza dei pigmenti impiegati oggigiorno è di origine sintetica. I pigmenti di sintesi minerali, creati nel XIX secolo, derivano dalla chimica del carbone, quelli di sintesi organici, creati nel XX secolo, derivano dalla chimica del petrolio.

Con la spettroscopia Raman è altresì possibile distinguere tra pigmenti dello stesso colore, sfruttando le diverse proprietà strutturali dei pigmenti stessi; tale specificità della spettroscopia Raman è quindi di fondamentale importanza per stabilire l’originalità di manufatti artistici. In aggiunta a questo, si consideri che, oggigiorno, la tecnica è impiegata anche nello studio di affreschi, statue policrome, papiri, ceramiche, dipinti su tela, dipinti su legno, francobolli, manoscritti e altre tipologie di opere di elevato valore storico e artistico.

Realizzato da: Stefano Guardia

Redazione : Cultural Diagnostic ©

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