Attività 2.9 Un sistema per analisi multitecnica per la diagnostica non distruttiva dei beni culturali

Numerose sono le tecniche di caratterizzazione chimico-fisica che trovano applicazione nel campo
della diagnostica non distruttiva di materiali di interesse nel campo dei beni culturali. Tra queste
tecniche, quelle più diffusamente utilizzate, soprattutto grazie alla non loro distruttività, sono
certamente la fluorescenza da raggi X (X-Ray Fluorescence), la tecnica PIXE (Particle Induced XRay
Emission) e la spettroscopia Raman (Szökefalvi-Nagy et alii, 2004; Nathan Craig et alii, 2007;
S. Bichlmeier et alii, 2002; Pella et alii, 1997; Butalag et alii, 2005, Butalag et alii 2008). Tali
tecniche hanno potenzialità e caratteristiche applicative significativamente differenti le une dalla
altre in termini di risoluzione spaziale, sensibilità analitica, possibilità di ottenere informazioni sul
legame chimico e portabilità della strumentazione (Carmona et alii, 2010).
Le tecniche PIXE e XRF sono entrambe tecniche di analisi composizionale basate sulla rivelazione
della radiazione X caratteristica emessa da un materiale quando questo è sottoposto
all’irraggiamento con raggi X (tecnica XRF) o con particelle cariche di alta energia (tecnica PIXE).
Entrambe queste tecniche consentono, quindi, la determinazione quantitativa degli elementi presenti
nel campione. Le due tecniche hanno caratteristiche complementari in termini di sensibilità per i
diversi elementi, in conseguenza della diversa dipendenza delle sezioni d’urto di ionizzazione dal
numero atomico dell’elemento rivelato (Malmqvist, 1986). Tale dipendenza risulta, infatti,
decrescente in funzione del numero atomico per la tecnica PIXE e crescente per la tecnica XRF
(Pappalardo et alii, 2004). In conseguenza di ciò la tecnica PIXE risulta particolarmente adatta per
la rivelazione di elementi leggeri mentre la tecnica XRF per quelli pesanti. L’applicazione
simultanea di queste due tecniche consente, pertanto, di ottenere elevate sensibilità per un ampio
range di elementi. Nonostante ciò, tuttavia, l’applicazione combinata di queste due tecniche risulta
limitata, in genere, a set-up di laboratorio poiché la tecnica PIXE richiede l’utilizzo di acceleratori
di particelle per la produzione e l’accelerazione dei fasci sonda di particelle ad energie dell’ordine
del MeV da utilizzare come sonda di eccitazione. Nel presente progetto si propone la realizzazione
di un sistema in cui il fascio sonda di particelle di alta energia necessari per le misure PIXE è
generato tramite una sorgente radioattiva di particelle alfa, mentre il fascio di raggi X per le misure
XRF viene prodotto tramite un sistema compatto di generazione, in modo tale che i due sistemi
siano integrabili in una strumentazione portatile.
Sebbene, tuttavia, l’approccio integrato XRF-PIXE consenta di estendere le potenzialità analitiche
delle due tecniche in rapporto alla sensibilità strumentale, rimane tuttavia il limite intrinseco dei due
metodi di non fornire informazioni dirette circa il legame chimico dei composti presenti nel
campione. Nel presente progetto si propone di superare tale limitazione integrando, nello stesso
strumento, un sistema per analisi Raman che consentono, invece, di ottenere informazioni sui
legami chimici, le fasi e la struttura cristallina del materiale in esame (Smith, 2004; Calligaro et alii
2002).
L’integrazione delle tre tecniche (PIXE, XRF e RAMAN) consentirà, pertanto, la progettazione e
realizzazione di un prototipo di strumentazione in grado di fornire, in situ, informazioni
composizionali complete sulla composizione elementare e sui composti chimici presenti nel
campione in esame.

Tipologia Attività: Ricerca e Innovazione

Partner Responsabile: UNISAL

Risultato: report/moduli

Sede: Lecce, Brindisi