Spettroscopia Molecolare

Fonte: IL MOBILE conservazione e Restauro di Cristina Ordonez, Leticia Ordonez,Maria Del Mar Rotaeche Casa Editrice: Nardini Editore 
Spettroscopia Molecolare 

La Spettroscopia IR viene utilizzata da decenni nei laboratori e nell’industria per analisi chimiche. Nuova è la sua applicazione per l”accertamento dell’età di oggetti in legno, come mobili, dipinti su tavola, sculture, travi, strumenti musicali Questa nuova tecnica di datazione del legno si basa sui seguenti fattori: Ogni sostanza organica è composta da molecole i cui legami chimici, a causa della loro energia vibrazionale, assorbono la radiazione infrarossa emessa dallo strumento (lo spettrofotometro) a specifici valori di lunghezza d onda. Questi assorbimenti danno luogo ad uno spettro. Inserendo nello strumento una piccolissima quantità di polvere di legno di un albero appena tagliato, esso registra l’assorbimento delle singole molecole o gruppi di molecole e sullo schermo del computer appare la curva dello spettro del legno che è funzione della sua composizione chimica complessiva. Questa curva è paragonabile all’impronta digitale di uno specifico tipo di legno e permette di ottenere dati chiaramente interpretabili senza dover ricorrere a complicate analisi chimiche.

Quando il legno dell’oggetto invecchia, un sottile strato esterno si decompone rapidamente a causa della luce, dell’ossigeno e di altri fattori, mentre la massa del legno interno, da cui viene prelevato il campione da misurare, degrada molto più lentamente e costantemente a causa di precisi processi chimici e dell’azione di microrganismi. Questo decadimento e la formazione di nuovi legami trasformano lo spettro originario in continuazione e indipendentemente da fattori esterni. La datazione assoluta si ottiene confrontando l’impronta in esame con quella di altri campioni dello stesso tipo di legno di sicura datazione. Gli spostamenti delle frequenze di specifiche molecole non influenzate da temperatura e umidità durante i secoli vengono scelti per la datazione del legno.Un confronto dello spettro dello strato esterno con quello dell’interno della massa lignea consente inoltre di riconoscere l’uso di legno vecchio per la realizzazione di falsi.Il largo impiego del metodo spettroscopico riduce i costi delle analisi in modo tale da rendere conveniente la datazione anche nel caso di oggetti di poco valore. 


Con il metodo spettroscopico la zona o il paese di crescita dell’albero non influenza la misura di datazione: con la concessione di licenze per la datazione spettroscopica della Fondazione Matthaes in altri paesi, si è potuto affermare che gli stessi legni delle varie specie hanno lo stesso processo d invecchiamento in tutti i continenti, esclusi i paesi a clima tropicale, dove crescono e decadono più rapidamente (Africa Equatoriale, Asia Sudorientale, ecc. ) e le regioni con lunghi periodi con temperature sotto il punto di congelamento (Canada, Finlandia ecc.).Per legni di origine sopraccitata vengono utilizzate specifiche tabelle. Il primo passo per la misurazione è il riconoscimento del tipo di legno (o della sua famiglia di appartenenza) e successivamente la sua datazione. La maggior parte dei legni comunemente usati nella produzione di oggetti artistici può essere ben datata.

La spettroscopia è particolarmente adatta alla determinazione dell’autenticità perché offre assieme alla datazione anche l’individuazione del tipo di legno con due letture diverse:

la lettura SPETTROSCOPICA: La misurazione indica le frequenze dell’assorbimento delle molecole  presenti nel legno. Lo spostamento delle frequenze nel tempo di molecole scelte, permette la datazione del legno.

la lettura SPETTROGRAFICA: Lo spettro appare come un disegno composto da picchi e valli. L’ analisi di questi picchi e valli permette di riconoscere i diversi tipi di legni e di fare valutazioni approssimative anche sull’età del legno. L’ insieme della misurazione spettroscopica e dell’analisi grafica della curva aumenta la certezza della datazione. Vantaggi rispetto ad altri metodi di datazione di oggetti in legno 

1.  Solo l’ analisi spettroscopica può riconoscere l’utilizzo di legno già vecchio per falsi recenti. 

2.  La misurazione spettroscopica dà risultati certi anche nel periodo dal 1650 ad oggi, che costituisce una lacuna per il metodo 14C. La spettroscopia inoltre misura, a differenza degli altri metodi di datazione, il decadimento del legno in modo identico per tutta l’ampiezza del tronco. 

3.  La misurazione è indipendente dal clima del luogo di crescita dell’albero e dell’ambiente di conservazione dell’oggetto. Le eccezioni sono ben note. 

4.  L analisi spettroscopica riconosce la maggior parte dei tipi di legno comunemente impiegati, fattore importante per il restauro e la valutazione di importanti oggetti d arte. 

5.  La datazione non viene alterata da processi di invecchiamento artificiale del legno. 

6.  Il metodo di datazione copre l’intero periodo a cui risale la maggior parte degli oggetti presenti sul mercato antiquario. 

7.  Una datazione attendibile dà al proprietario di un oggetto la consapevolezza precisa su cosa possiede. 

Limitazioni intrinseche del metodo spettroscopico

La maggior parte dei legni comunemente usati nell’arte e nell’antiquariato può essere ben  datata ad eccezione di alcune essenze raramente utilizzate ed altre caratterizzate da composizioni chimiche particolarmente complesse. Il campo di applicazione è attualmente ideale per età comprese tra i 20 e i 800 anni. Il margine d errore della datazione, (funzione della purezza ed integrità del campione, del tipo di legno, e della sua età),che è mediamente di ± 10 anni, aumenta con l’età del campione e può raggiungere dopo i 800 anni di età un errore anche di ± 50 anni. Questo margine diventa minore con il  perfezionamento degli strumenti, del metodo e della disponibilità di oggetti precisamente datati. La composizione chimica del legno viene modificata dal tarlo che consuma soprattutto alcune molecole specifiche. La preliminare osservazione microscopica e l’analisi spettroscopica stessa permettono di riconoscere la polvere lignea proveniente da legno tarlato; a seconda del grado di tarlatura la datazione può essere effettuata con un più ampio margine di errore o richiede un altro campione.Legni di oggetti esposti a prolungati periodi di congelamento, come le travi di ruderi in montagna, che rallentano i processi chimici d invecchiamento, danno risultati che devono essere corretti secondo i dati disponibili.Legni di provenienza tropicale o equatoriale che si trovano da molti anni in Europa o in altre zone con clima mite, danno risultati spettroscopici di un età minore e debbono essere corretti secondo le tabelle elaborate.Il metodo misura l’età del legno dall’abbattimento del tronco e vanno quindi tenuti presenti i tempi di stagionatura, come per ogni datazione, soprattutto nei casi in cui si richiedeva un legno particolarmente stagionato.  

Approfondimento del Metodo

Fonte: Liberamente tratto da www.museoartescienza.com


Un pezzo di legno intagliato, segato, o dipinto non diventa certo un opera d arte con l’ accertamento di un età più o meno elevata ma lo sarà solo mediante il giudizio di un esperto e serio storico dell’ arte. D altronde però, un oggetto definito “arte” mediante un expertise si trasforma in un pezzo di legno lavorato, se viene dimostrato che la datazione fatta dall’esperto era sbagliata.
Pertanto , un oggetto d’ arte è autentico oggi, e lo sarà nel futuro, solo se lo stile, la tecnica e l’ artista – quando noto – coincidono con l’ età dell’oggetto. Questi requisiti sono inscindibili.

Le copie e quindi i falsi, esistono da quando esiste l’arte ed il loro numero è cresciuto enormemente negli ultimi secoli a causa dell’aumento della domanda e della continua diminuzione di oggetti antichi autentici. Questa situazione è stata anche agevolata dal fatto che, finora, per oggetti prodotti negli ultimi secoli si poteva contare, nella maggior parte dei casi, su metodi di datazione non certi o solo approssimativi.

L’ età obbiettiva e caratteristica di un oggetto,  può essere stabilita esclusivamente con metodi e ricerche scientifici. Uno di questi metodi è la datazione spettroscopica che è stata sviluppata dal laboratorio del Museo d Arte e Scienza di Milano (già Museo del Collezionista d’ Arte)  affinché collezionisti, restauratori, gallerie e musei possano basarsi su giudizi oggettivi a garanzia degli oggetti d arte in loro possesso.

A lunga scadenza sia i compratori che i venditori trarranno certamente benefici da una maggiore trasparenza nel mercato dell’arte.
Il progresso tecnico ed il desiderio d avere informazioni oggettive a garanzia degli oggetti d arte sono ormai inarrestabili.

Datazione Spettroscopica

La datazione spettroscopica si basa sulle variazioni chimiche di specifiche molecole del legno dopo l’abbattimento dell’albero.
Il metodo funziona e viene confermato ogni giorno da decine di nuove misurazioni eseguite nel laboratorio del museo milanese da due fisici e un chimico specializzati in arte.
Tra i committenti si trovano alcuni dei più famosi musei del mondo.

Malgrado ciò la datazione spettroscopica ha molti avversari. Citiamo un esempio: il periodico tedesco “Restauro” ha pubblicato nel 1998, dopo il perfezionamento della datazione spettroscopica, un articolo che sembra sia scritto con lo scopo di bloccare il nuovo metodo: sette pagine ripetevano fatti ben noti sulla chimica del legno, ma non inerenti alla datazione spettroscopica per affermare, senza effettuare prove, che il metodo spettroscopico non può funzionare e che, quindi, l’unico metodo di datazione che funziona consiste nel contare gli anelli di crescita dell’albero (dendrocronologia). L articolo, firmato da collaboratori dell’Istituto di Dendrocronologia di Amburgo, viene usato ancora oggi da commercianti e istituti ostili alla Spettroscopia.

Descrizione del metodo, aggiornamento agosto 2001

(Brevetto Italiano N. 01266808 – G.Matthaes)

La Spettroscopia IR viene utilizzata da decenni nei laboratori e nell’industria per analisi chimiche. Nuova è la sua applicazione per l’ accertamento dell’età di oggetti in legno, come mobili, dipinti su tavola, sculture, travi, strumenti musicali, nonché oggetti d arte africana e buddista.

Questa nuova tecnica di datazione del legno si basa sui seguenti fattori:
Ogni sostanza organica è composta da molecole i cui legami chimici, a causa della loro energia vibrazionale, assorbono la radiazione infrarossa emessa dallo strumento (lo spettrofotometro) a specifici valori di lunghezza d onda.

Questi assorbimenti danno luogo ad uno spettro.

Inserendo nello strumento una piccolissima quantità di polvere di legno di un albero appena tagliato, esso registra l’assorbimento delle singole molecole o gruppi di molecole e sullo schermo del computer appare la curva dello spettro del legno che è funzione della sua composizione chimica complessiva.
Questa curva è paragonabile all’impronta digitale di uno specifico tipo di legno e permette di ottenere dati chiaramente interpretabili senza dover ricorrere a complicate analisi chimiche.

Quando il legno dell’oggetto invecchia, un sottile strato esterno si decompone rapidamente a causa della luce, dell’ossigeno e di altri fattori, mentre la massa del legno interno, da cui viene prelevato il campione da misurare, degrada molto più lentamente e costantemente a causa di precisi processi chimici e dell’azione di microrganismi.

Spettrografia molecolare
    Pioppo 20 anniPioppo 480 anni

Questo decadimento e la formazione di nuovi legami trasformano lo spettro originario in continuazione e indipendentemente da fattori esterni.
La datazione assoluta si ottiene confrontando l’impronta in esame con quella di altri campioni dello stesso tipo di legno di sicura datazione.
Gli spostamenti delle frequenze di specifiche molecole non influenzate da temperatura e umidità durante i secoli vengono scelti per la datazione del legno.
Un confronto dello spettro dello strato esterno con quello dell’interno della massa lignea consente inoltre di riconoscere l’ uso di legno vecchio per la realizzazione di falsi.

Il largo impiego del metodo spettroscopico riduce i costi delle analisi in modo tale da rendere conveniente la datazione anche nel caso di oggetti di poco valore.

Con il metodo spettroscopico la zona o il paese di crescita dell’albero non influenza la misura di datazione: con la concessione di licenze per la datazione spettroscopica della Fondazione Matthaes in altri paesi, si è potuto affermare che gli stessi legni delle varie specie hanno lo stesso processo d invecchiamento in tutti i continenti, esclusi i paesi a clima tropicale, dove crescono e decadono più rapidamente (Africa Equatoriale, Asia Sudorientale, ecc. ) e le regioni con lunghi periodi con temperature sotto il punto di congelamento (Canada, Finlandia ecc.).
Per legni di origine sopraccitata vengono utilizzate specifiche tabelle.

Il primo passo per la misurazione è il riconoscimento del tipo di legno (o della sua famiglia di appartenenza) e successivamente la sua datazione. La maggior parte dei legni comunemente usati nella produzione di oggetti artistici può essere ben datata.

Lista delle tipologie lignee databili

La spettroscopia è particolarmente adatta alla determinazione dell’autenticità perché offre assieme alla datazione anche l’individuazione del tipo di legno con due letture diverse:

la lettura SPETTROSCOPICA:

La misurazione indica le frequenze dell’assorbimento delle molecole presenti nel legno. Lo spostamento delle frequenze nel tempo di molecole scelte, permette la datazione del legno.  

la lettura SPETTROGRAFICA:

Lo spettro appare come un disegno composto da picchi e valli. L’ analisi di questi picchi e valli permette di riconoscere i diversi tipi di legni e di fare valutazioni approssimative anche sull’età del legno.

L’ insieme della misurazione spettroscopica e dell’analisi grafica della curva aumenta la certezza della datazione.

Vantaggi rispetto ad altri metodi di datazione di oggetti in legno

  1. Solo l’ analisi spettroscopica può riconoscere l’utilizzo di legno già vecchio per falsi recenti. 
  2. La misurazione spettroscopica dà risultati certi anche nel periodo dal 1650 ad oggi, che costituisce una lacuna per il metodo 14C. La spettroscopia inoltre misura, a differenza degli altri metodi di datazione, il decadimento del legno in modo identico per tutta l’ampiezza del tronco. 
  3. La misurazione è indipendente dal clima del luogo di crescita dell’albero e dell’ambiente di conservazione dell’oggetto. Le eccezioni sono ben note. 
  4. L analisi spettroscopica riconosce la maggior parte dei tipi di legno comunemente impiegati, fattore importante per il restauro e la valutazione di importanti oggetti d arte. 
  5. La datazione non viene alterata da processi di invecchiamento artificiale del legno. 
  6. Il metodo di datazione copre l’intero periodo a cui risale la maggior parte degli oggetti presenti sul mercato antiquario. 
  7. Una datazione attendibile dà al proprietario di un oggetto la consapevolezza precisa su cosa possiede.

     

Limitazioni intrinseche del metodo spettroscopico


La maggior parte dei legni comunemente usati nell’arte e nell’antiquariato può essere ben datata ad eccezione di alcune essenze raramente utilizzate ed altre caratterizzate da composizioni chimiche particolarmente complesse.
Il campo di applicazione è attualmente ideale per età comprese tra i 20 e i 800 anni.
Il margine d errore della datazione, (funzione della purezza ed integrità del campione, del tipo di legno, e della sua età),che è mediamente di ± 10 anni, aumenta con l’età del campione e può raggiungere dopo i 800 anni di età un errore anche di ± 50 anni. Questo margine diventa minore con il perfezionamento degli strumenti, del metodo e della disponibilità di oggetti precisamente datati.
La composizione chimica del legno viene modificata dal tarlo che consuma soprattutto alcune molecole specifiche. La preliminare osservazione microscopica e l’analisi spettroscopica stessa permettono di riconoscere la polvere lignea proveniente da legno tarlato; a seconda del grado di tarlatura la datazione può essere effettuata con un più ampio margine di errore o richiede un altro campione.
Legni di oggetti esposti a prolungati periodi di congelamento, come le travi di ruderi in montagna, che rallentano i processi chimici d invecchiamento, danno risultati che devono essere corretti secondo i dati disponibili.
Legni di provenienza tropicale o equatoriale che si trovano da molti anni in Europa o in altre zone con clima mite, danno risultati spettroscopici di un età minore e debbono essere corretti secondo le tabelle elaborate.
Il metodo misura l’età del legno dall’abbattimento del tronco e vanno quindi tenuti presenti i tempi di stagionatura, come per ogni datazione, soprattutto nei casi in cui si richiedeva un legno particolarmente stagionato.

Il campo di applicabilità della datazione del legno mediante la Spettroscopia.
Un confronto con il metodo del radiocarbonio 14C:

Età presunta Precisione dei metodi Anni Spettroscopia IR 14C (radiocarbonio)


Età presuntaPrecisione dei metodi
AnniSpettroscopia IR14C (radiocarbonio)

0 – 50
50 – 350
350 – 800
800 – 1000
>1000

Buona
Buona per legni noti
Buona per legni noti
Buona con > tolleranza
Sufficiente o scarsa

Significativa, ma non certa *
Inapplicabile con certezza
Buona
Buona
Buona
* La bomba atomica ha aumentato in modo significativo la formazione dell’isotopo 14C.

Istruzioni per il prelievo di un campione di legno da datare 

spettroscopia mollecolare

Per eseguire la datazione è necessario un prelievo di pochi milligrammi di polvere di legno: 15 – 20 mg, prelevati con una fine punta a forma di fresa del diametro di 2.5 mm o meno (vedi disegno) e che produce un forellino delle dimensioni di un foro del tarlo. Anche se quindi questa tecnica non può essere definita “non invasiva” essa necessita comunque di una quantità di campione veramente contenuta. La polvere lignea può essere raccolta in un pezzetto di carta bianca piegata e spedita per posta direttamente al laboratorio.

Ampia bibliografia internazionale esistente:
Le Scienze (Ed. italiana di “Scientific American”, luglio 1998, 7 pagg), Pour la Science (Ed. francese di “Scientific American”, luglio1999, 6 pagg.), Newton (Italia, giugno 2000, 7 pagg.), Weltkunst'(Germania, 1996, 5 articoli), Restauro e Antiquariato (Istituto Geografico De Agostini, 1995, 20 fascicoli) ecc.

Altri campi di applicazione della Spettroscopia IR nell’indagine dell’autenticità di oggetti d arte: esami su patine, colle, leganti, pigmenti, avorio, ambra, materie plastiche, incrostazioni di ceramiche da scavo e prodotti di corrosione di bronzi antichi.

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