RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Biotecnologie microbiche per la pulitura di manufatti lapidei di elevato pregio storico artistico: valutazione dell’efficacia e confronto con metodi di pulitura tradizionali

Università di riferimento

Politecnico di MILANO - FISICA - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Daniela Comelli

Descrizione

Lo scopo principale della ricerca condotta dall’unità costituita presso il Politecnico di Milano è l’utilizzo di tecniche di spettroscopia per immagini volte a valutare l’efficacia della pulitura microbica su manufatti lapidei.
In particolare, la spettroscopia di fluorescenza permetterà di valutare la distribuzione dei materiali organici (leganti, trattamenti conservativi e contaminanti) e inorganici (substrato lapideo e prodotti di neoformazione) presenti sulle superfici in studio.
Le immagini di fluorescenza, spettrali e temporali, permetteranno infatti di mettere in evidenza regioni con caratteristiche chimico-fisiche differenti. I risultati di queste misure verranno integrati con analisi di laboratorio su micro-campioni prelevati in punti di interesse. La caratterizzazione chimico-fisico fornita da tali metodi analitici potrà poi essere facilmente estesa alle ampie superifici dell’opera d’arte in esame, grazie alla capacità di imaging delle tecniche di fluorescenza.
Successivamente, durante i test di pulitura effettuati sia con tecnologie microbiche sia con tecniche tradizionali, la spettroscopia di fluorescenza permetterà di monitorare nel tempo l’efficacia nella rimozione di nitrati, solfati e di eventuali sostanze organiche. Allo stesso modo, la spettroscopia di riflettanza per immagini fornirà informazioni sulle variazioni cromatiche subite dal manufatto durante la pulitura.

Il programma di ricerca si articolerà in 3 attività, come di seguito descritto:
Attività 1 (approssimativamente 6 mesi)
Durante la prima fase della ricerca, l'Unità costituita presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano terminerà la messa a punto dei sistemi di spettroscopia per immagini di cui dispone, al fine di un loro semplice utilizzo in situ su superficie artistiche anche di ampie dimensioni.

In particolare, per quanto riguarda i due sistemi di fluorescenza, verrà progettato e realizzato un sistema ottico basato su lenti in quarzo in grado di proiettare in maniera uniforme la radiazione UV di eccitazione su un’area di interesse delle dimensioni di alcune decine di centimetri.
Per quanto concerne il sistema di spettroscopia di riflettanza si valuterà l’acquisto di una nuova sorgente di illuminazione. Attualmente, infatti, vengono usate due comuni lampade alogene, che presentano una bassa efficienza nella regione spettrale tra 400 e 500 nm. Una soluzione migliore consiste nella scelta di una lampada allo Xenon stabilizzata in potenza, caratterizzata da uno spettro di emissione uniforme nel visibile.
Per i tre sistemi per immagine, si valuterà infine l’acquisto di sistemi di sistemi di movimentazione trasversali con precisione millimetrica, che permettano di traslare in maniera continua lungo due assi il sistema di acquisizione per immagini. In questo modo, sarà possibile effettuare misure successive di aree adiacenti della superficie dell’opera d’arte fino alla sua mappatura completa.

Attività 2 (approssimativamente 6 mesi)
In collaborazione con l’unità di Agraria di Milano e con la consulenza dell'Istituto ICVBC-CNR, verranno realizzati alcuni campioni di prova, volti a simulare la situazione reale di una superficie lapidea caratterizzata dalla presenza di fenomeni di solfatazione e nitratazione. In particolare, si focalizzerà l’attenzione su due tipologie di campioni:
- campioni di pittura murale, costituiti da intonaco con stesure pittoriche e fenomeni di solfatazione e nitratazione
- campioni di materiale lapideo naturale aventi in superficie fenomeni di solfatazione e nitratazione.

I campioni verranno studiati dal punto di vista chimico fisico utilizzando le tecniche di spettroscopia per immagini integrate con misure di laboratorio. In questa fase, l’unità utilizzerà l’importante consulenza fornita dai ricercatori dell'Istituto CNR-ICVBC, per la preparazione dei campioni e per la caratterizzazione degli stessi mediante microscopia ottica, microscopia elettronica corredata con microsonda X e spettroscopia micro-FTIR. In questo modo sarà possibile valutare l’efficacia della spettroscopia di fluorescenza e riflettanza come sensore di solfati e nitrati.

Successivamente sugli stessi campioni verranno effettuati prove di pulitura, sia con le tecniche microbiche messe a punto dall’Unità di Ricerca di Agraria, sia con tecniche più tradizionali effettuate dai ricercatori dell'Istituto ICVBC-CNR. In particolare, con riferimento alle tecniche di pulitura tradizionali verrà presa in considerazione la pulitura chimica a base di miscele di agenti per la rimozione di specifici composti salini, secondo le metodiche messe a punto negli Istituti del Ministero dei Beni Culturali.
Durante le prove di pulitura, l’Unità di Ricerca presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico utilizzerà le tecniche di spettroscopia di fluorescenza e riflettanza per immagini per monitorare l’efficacia della pulitura. In particolare, sarà obiettivo dei ricercatori dell’Unità determinare quali parametri di fluorescenza e riflettanza risultano essere più significativi per valutare la rimozione di solfati e nitrati. In questo modo sarà possibile determinare uno o più indici, presumibilmente frutto della combinazione di più parametri di fluorescenza e riflettanza, che permettano di definire il livello di pulitura.

Attività 3 (approssimativamente 1 anno)
Durante l'ultima e più importante fase del progetto, le esperienze acquisite verranno verificate su più casi di studio. In collaborazione con l’altra Unità e con i consulenti dell’ICVBC-CNR, verranno quindi selezionati possibili siti di interesse in cui le superfici artistiche appaiono caratterizzate da fenomeni di degrado dovuti alla formazione di solfati e nitrati. In analogia a quanto fatto in laboratorio saranno eseguiti test di pulitura su due tipologie di superfici reali, una pittura murale e una superficie lapidea scolpita.
Le tecniche di spettroscopia per immagini permetteranno di identificare le aree caratterizzate dalla presenza di fenomeni di solfatazione e nitratazione e l’eventuale presenza di altri contaminanti, con particolare riferimento ai composti organici. I parametri di fluorescenza e riflettanza misurati prima della pulitura costituiscono il riferimento per la valutazione dell’efficacia del trattamento.
Durante le prove di pulitura, l’Unità di Ricerca presso il Dipartimento di Fisica valuterà l’efficacia della pulitura attraverso gli indici complessivi ottenuti durante le prove sui campioni realizzati in laboratorio. L’Unità si avvarrà ancora della consulenza dell’Istituto ICVBC-CNR per l’individuazione dei livelli corretti di pulitura nei casi reali, sia da un punto di vista dell’aspetto visivo della superficie, sia mediante eventuali misure analitiche su microcampioni prelevati da punti di interesse.