Identificazione del blu di lapislazzuli in strati pittorici con misure PIGE

1. 50% 20% 10% 5%2% 1% 0.5% 0% Misure PIGE I gamma del Na sono rivelati nel nostro set-up fino all’1% di lapislazzuli, anche in presenza dell’Upilex di maggior spessore. Resa normalizzata del gamma di 441 keV del Na ottenuto da differenti percentuali di miscela lapislazzuli - bianco di piombo e per diversi spessori di rivestimento superficiale Spettri gamma da due provini contenenti differenti quantità di lapislazzuli misto a bianco di piombo. Identificazione del blu di lapislazzuli in strati pittorici con misure PIGE N. Grassi, A. Migliori, P.A. Mandò, H. Calvo del Castillo Dipartimento di Fisica e I.N.F.N., Firenze Come è noto, il lapiszlazzuli è una pietra usata fin dal Medioevo per produrre un pigmento blu; il minerale più abbondante presente è la lazurite (3Na2O3Al2O36SiO22Na2S). Il pigmento ottenuto era considerato molto prezioso, da usarsi soltanto per opere di gran pregio. Per rivelare la sua presenza in pitture su carta, quali le miniature, da anni è stato ampiamente dimostrato che la tecnica PIXE (Particle-Induced X ray Emission) è particolarmente efficiente, fornendo in tempi rapidissimi (dell’ordine del minuto) una risposta chiara e quantitativa, senza necessità di prelievi e senza arrecare alcun danno. La possibilità di identificare il lapislazzuli con PIXE in dipinti a olio su tela o tavola, invece, specialmente quando il pigmento è schiarito mescolandolo al bianco di piombo 2PbCO3Pb(OH)2, come spesso avviene, è limitata da diversi fattori: • forte assorbimento dei raggi X di bassa energia degli elementi leggeri nella vernice protettiva e nello stesso strato pittorico • sovrapposizione delle righe M del Pb con le K dello S • Al e Si potrebbero derivare da molti altri pigmenti, aggiunti per modificare la tonalità cromatica Misure PIGE (Particle-Induced Gamma ray Emission) per identificare il lapislazzuli rivelando i raggi g da 441 keV del Na emessi a seguito della reazione (p,p’g) Misure su provini appositamente preparati Abbiamo effettuato misure simultanee PIXE e PIGE su provini contenenti lapislazzuli mescolato a bianco di piombo. L’effetto della vernice è stato simulato coprendo lo strato di pittura con fogli polimerici di differente spessore (Upilex di 7.5 e 15 m). Le misure sono state effettuate al Van de Graaff da 3 MV (KN3000) dell’INFN di Firenze, usando un fascio di protoni estratto in atmosfera: Provini preparati in collaborazione con l’Opificio delle Pietre Dure di Firenze, contenenti differenti percentuali di lapislazzuli mescolato con bianco di Pb Una prima applicazione: analisi della “Madonna dei fusi” di Leonardo da Vinci • Energia dei protoni sul bersaglio: 2.7 MeV • Corrente di fascio: da alcune decine al centinaio di pA • Dimensione del fascio: 1 mm di diametro • Due rivelatori Si(Li) usati simultaneamente per la rivelazione X • Per i gamma, rivelatore planare di Ge iperpuro (spessore 23 mm, risoluzione energetica a 122 keV: 700 eV FWHM) posto a circa 135° dalla direzione del fascio, angolo solido coperto: circa 0.5 sr Grazie alla disponibilità del proprietario e per iniziativa della Artakt di M. Wallace e M. Kemp e dell’Opificio delle Pietre Dure di Firenze, abbiamo avuto l’opportunità unica di esaminare la Madonna dei fusi (1501, versione ex-Redford). Questo capolavoro è stato scelto per uno studio pilota di una più ampia indagine a venire sulle opere di Leonardo, che cercherà di scoprire con analisi scientifiche i “segreti” delle sue tecniche pittoriche e di disegno. In queste prime misure si è posta particolare attenzione alla caratterizzazione dei pigmenti blu. Gli strati pittorici erano protetti da una vernice trasparente che non era consentito rimuovere. Questo fatto, insieme alla presenza di grosse quantità di bianco di piombo nella miscela del colore, rendeva la rivelazione con PIXE degli elementi leggeri praticamente impossibile. • Misure PIXE • Senza “vernice” • Il limite di sensibilità per il Na corrisponde a una quantità di lapislazzuli di circa il 5% • Con Upilex 7.5 m • i raggi X del Na si riescono appena a rivelare anche nel provino al 50% di lapislazzuli • Con Upilex 15 m • i raggi X del Na sono assorbiti completamente anche alle percentuali di lapislazzuli più alte Nell’analisi PIXEdelle aree blu si sono trovati due tipi di miscele: Aree restaurate Grosse quantità di Zn and Co: indicano la presenza di bianco di zinco e blu di cobalto (pigmenti usati soltanto dall’inizio del XIX secolo) Aree originali Grossa quantità di Pb, chiaramente associabile a bianco di piombo. Nessun elemento che si possa attribuire a un pigmento blu (come potrebbe essere il Cu per l’azzurrite) Spettri di energie X ottenuti da due differenti provini di lapislazzuli mescolato a bianco di piombo L’uso di lapislazzuli per queste zone si può solo arguire indirettamente Misure PIGE ci hanno invece permesso di evidenziare positivamente la presenza di lapislazzuli, grazie alla rivelazione dei gamma di 441 keV del Na. La “Madonna dei fusi” durante le nostre misure PIXE-PIGE Spettri PIGE relativi ai due diversi blu