SPETTROSCOPIA L.I.B.S. APPLICATA AI BENI CULTURALI

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L’esperienza condotta all’interno del laboratorio di Spettroscopia Laser dell’Istituto per i Processi Chimico-Fisici del CNR ha avuto come obiettivo l’utilizzo della tecnica spettroscopica L.I.B.S. (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) per l’analisi qualitativa e quantitativa di campioni di leghe metalliche di interesse nel campo dei Beni Culturali. La metodologia LIBS è una tecnica di spettroscopia laser già testata e utilizzata da tempo nell'analisi di campioni di interesse industriale e che, per le sue peculiarità, ben si presta ad essere utilizzata per misure in un settore delicato come quello dei Beni Culturali. Si tratta, infatti, di una tecnica veloce (sono necessari solamente pochi secondi per l’acquisizione di uno spettro), non invasiva e minimamente distruttiva (il cratere prodotto dal fascio laser è dell’ordine di pochi micron, e del tutto invisibile ad occhio nudo). Inoltre, la tecnica LIBS permette analisi non solo qualitative, ma anche quantitative della composizione del campione in esame. In particolare in questo secondo caso la principale difficoltà da superare è il cosiddetto effetto-matrice, ossia un effetto di interferenza dovuto alla forte dipendenza degli spettri da variazioni anche piccole della composizione chimica della matrice in cui si trovano gli elementi di interesse per l'analisi. L'approccio classico per superare questo problema consiste nel ricorrere all'utilizzo di curve di calibrazione e standard di riferimento. Con questo metodo si deducono i valori delle concentrazioni dei singoli elementi comparando le intensità di riga di un campione incognito con quelle di un campione certificato. Utilizzando i valori ottenuti con i campioni di riferimento di cui sono note le composizioni elementari è possibile determinare una curva di calibrazione (lineare nei casi più favorevoli) che collega le specifiche intensità di riga e la concentrazione corrispondente. Comparando le intensità di riga misurate in un campione incognito, la corrispondente concentrazione elementare pu&ograve essere ricavata direttamente da questa curva. E’ evidente in questo caso che la determinazione delle curve di calibrazione appropriate è critica, e che ogni variazione delle proprietà chimiche e fisiche del campione, rispetto agli standard utilizzati, pu&ograve rendere impossibile una accurata determinazione della composizione del campione stesso. Nei laboratori dell’I.P.C.F-C.N.R. di Pisa è stato ideato e testato un metodo di analisi alternativo chiamato ‘calibration-free LIBS" (CF-LIBS). Il metodo si basa sull’assunzione che il plasma sia localmente in equilibrio termodinamico (LTE), e che sia rispettata la condizione di ablazione stechiometrica. Mentre la prima ipotesi è verificabile solo a posteriori, è noto in letteratura che la seconda è soddisfatta quando la fluenza del laser usato per l'ablazione supera il valore di 1010 watt/cm2; condizione che viene raggiunta tranquillamente in laboratorio nelle tipiche condizioni sperimentali. Applicando le equazioni fondametali del LTE, la determinazione della concentrazione degli elementi del campione pu&ograve essere ottenuta misurando l