Studio non invasivo del degrado dei pigmenti inorganici con tecniche avanzate di imaging a raggi X
PI: Francesco Paolo Romano
Gruppo di Ricerca: Ravan Eva Luna, Andolina Rosario, Botticelli Michela, Caliri Claudia, Romano Francesco Paolo (CNR-ISPC, Catania)
Descrizione
L’alterazione chimica dei pigmenti utilizzati dagli artisti può derivare da diversi processi di degrado, che si manifestano attraverso cambiamenti visibili quali modificazioni cromatiche o variazioni di natura meccanica e strutturale. Tali fenomeni sono fortemente influenzati da fattori ambientali, in grado di indurre trasformazioni sia chimiche sia fisiche nei pigmenti e nei leganti, compromettendo l’integrità estetica e materiale delle opere.
Nell’ambito dello SPOKE 5 del progetto CHANGES, è stato sviluppato una nuova metodologia analitica non invasiva basata sull’impiego combinato di tecniche di imaging a raggi X mobili sviluppate presso l’XRAYLab dell’ISPC-CNR di Catania. Il protocollo analitico integra tecniche di imaging di fluorescenza a raggi X su scala macroscopica e microscopica (MA-XRF e micro-XRF), analisi tridimensionali con risoluzione in profondità mediante micro-XRF confocale (CXRF) e diffrazione di polveri a raggi X su scala macroscopica (MA-XRPD) per l’identificazione delle fasi cristalline.
L’applicazione sinergica di queste tecniche è stata validata sia attraverso esperimenti controllati di invecchiamento artificiale condotti su mock-up pittorici, sia mediante l’analisi di capolavori originali nell’ambito della piattaforma MOLAB dell’infrastruttura di ricerca europea E-RIHS. Questa metodologia integrata ha consentito di identificare e mappare spazialmente diversi fenomeni di degrado che interessano alcuni dei pigmenti inorganici più diffusi nella storia dell’arte antica.
Tra i risultati più rilevanti emerge l’individuazione di un processo di degrado poco documentato che coinvolge i pigmenti a base di solfuri di arsenico, ampiamente utilizzati nei manufatti egizi per i toni del giallo (orpimento) e dell’arancione (realgar). In particolare, durante una campagna MOLAB svolta presso il Museo Egizio di Torino, è stata osservata un’insolita distribuzione dello zolfo nelle aree pigmentate del Libro dei Morti di Kha, un papiro lungo circa 14 metri e straordinariamente ben conservato. In letteratura, i pigmenti a base di arsenico sono generalmente ritenuti soggetti a trasformazione in arsenolite, solfati e composti organo-solforati. Tuttavia, sul manufatto è stato osservato un diverso percorso di alterazione, successivamente riprodotto in laboratorio e studiato al fine di individuare i fattori ambientali responsabili di questo fenomeno inusuale e finora non documentato.
In particolare, è stato possibile caratterizzare per la prima volta, mediante tecniche mobili non invasive, la formazione di zolfo elementare nella forma S₈. L’analisi ha inoltre evidenziato come condizioni di pH alcalino e la quantità di ossigeno presente possano aver svolto un ruolo determinante nella precipitazione di S₈.
Fig. 1A Mappe XRF della distribuzione spaziale di arsenico (As) e zolfo (S) acquisite sul Libro dei Morti di Kha.
In Figura 1A sono riportati i risultati MA-XRF ottenuti dalla scansione del papiro, con le mappe di distribuzione spaziale di arsenico (As) e zolfo (S), dalle quali emerge chiaramente la perdita di correlazione spaziale tra i due elementi.
Fig. 1B Mappe XRF della distribuzione spaziale dello zolfo ottenute su provini pittorici sottoposti a invecchiamento artificiale in laboratorio, confrontate con la mappa ad alta risoluzione acquisita su un dettaglio del papiro; la distribuzione dello zolfo risulta coerente nei due casi.
In Figura 1B è riportata la mappa di distribuzione dello zolfo acquisita su un mock-up pittorico invecchiato artificialmente (orpimento e gomma arabica), che mostra una distribuzione dello zolfo molto simile a quella osservata sul manufatto originale, come evidenziato dalla mappa ad alta risoluzione acquisita sul dettaglio del cappello di Osiride nella vignetta di apertura del papiro
Questi risultati forniscono nuove informazioni sui percorsi di degradazione dei pigmenti a base di solfuri di arsenico e sottolineano la necessità di ulteriori studi per comprendere appieno le implicazioni della formazione di zolfo elementare nei manufatti pittorici.
