Metodi di campionamento e di analisi

Il campionamento (metodi, numero di campioni, dimensioni del campione, ecc.) e la scelta delle procedure/tecniche analitiche sono considerati passaggi centrali per qualsiasi lavoro scientifico nel campo dei Beni Culturali (Artioli 2010).

Nel caso affrontato in questo lavoro, i primi punti di interesse sono l’arenaria calcarea che compone il substrato della Grotta del Crocifisso e gli strati di malte di calce che, complessivamente, sono stati utilizzati per preparare le pareti alle pitture decorative. Analoga attenzione è stata rivolta anche alla caratterizzazione dei pigmenti utilizzati nelle pareti dipinte, rappresentati essenzialmente da giallo, rosso, verde, marrone e blu. Su questa base, dopo un accurato esame visivo in situ, è stata selezionata con precisione una serie di campioni rappresentativi. letti con grande accuratezza. In particolare, la selezione dei campioni di intonaco è stata induttivamente limitata alla tavola dipinta della Madonna del Latte e del polittico Teoria dei Santi che, a loro volta, sono stati selezionati come settori prioritari per gli interventi di restauro. Un elenco dei campioni studiati, la loro natura, i punti di raccolta e le metodi analitici utilizzati per la loro caratterizzazione è riportato nei Materiali Supplementari (ESM 1). Le indagini di laboratorio di laboratorio sono state condotte presso il DiSTeM (Università di di Palermo), al GEOLAB (Carini, Italia) e al DiBEST (Università della Calabria):

 La microscopia a luce polarizzante (PLM) è stata eseguita su sezioni sottili pulite. Queste ultime sono state osservate prima al microscopio a luce riflessa con un ingrandimento relativamente basso (stratigrafia, mesostruttura) e successivamente a luce diffusa con un microscopio polarizzatore Leica DM-SLP, dotato di fotocamera digitale (laboratorio DiSTeM).

 La diffrazione di polvere di raggi X (XRPD) è stata effettuata con un diffrattometro PANanalytical X’Pert Pro (modello Philips Analytical), dotato di un monocromatore di grafite. Le condizioni di misurazione erano le seguenti: Le condizioni di misura erano le seguenti: radiazione CuKα, potenziale 40 kV, corrente di filamento 40 mA e velocità del goniometro 2°2θ/min (laboratorio DiSTeM).

 La microscopia elettronica a scansione (SEM-EDS) in condizioni di basso vuoto (cioè senza rivestimento di carbonio o oro) è stata eseguita su piccole porzioni dei campioni campioni staccati dalla muratura (superficie di frattura fresca). Le osservazioni e le analisi compositive qualitative sono state effettuate con un SEM/ESEM modello FEI Quanta 200, dotato di un sistema di microanalisi EDAX. Le condizioni operative erano le seguenti: tensione di accelerazione di 20 kV, corrente del fascio di 1,2 nA, distanza di lavoro pari a 10 o 20 mm e tempi di conteggio fino a 100 s (laboratorio GEOLAB).

 Un’indagine non invasiva in situ mediante fluorescenza a raggi X portatile (p-XRF) è stata eseguita con uno spettrometro AMETEK costituito da un tubo a raggi X Mini-X2 dotato di un anodo di Au e di un rivelatore a deriva di silicio allo stato solido SDD con una finestra di Be e una risoluzione tipica di 125 eV. Le misure analitiche sono state eseguite con una tensione di 40 kV e una corrente di 15 μA, una distanza di lavoro di circa 90 mm dal campione e tempi di acquisizione di 150 s (GE). tempi di acquisizione di 150 s (laboratorio GEOLAB).

 L’analisi in spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) è stata eseguita solo sui campioni di pigmento blu scuro con uno spettrofotometro Bruker Tensor 27 dotato di un accessorio per la riflettanza totale attenuata (ATR). Gli spettri infrarossi sono stati registrati in modalità ATR, nell’intervallo 500-4.000 cm -1 , producendo 32 scansioni con una risoluzione di 4 cm -1 ottenute direttamente dalla superficie esterna del campione (laboratorio DiSTeM).

 Le misure di spettroscopia Raman (RS) (eseguite solo sui campioni di pigmento blu scuro) sono state condotte utilizzando un microscopio Raman confocale (NRS 5100-Series Raman, di Jasco) dotato di un laser SHG Nd:YAG (532 nm) e di uno spettrometro a lenti e utilizzando reticoli di diffrazione di 1800 mm -1 (laboratorio DiBEST). Le risoluzioni spettrali erano di 4,18 cm -1 e 1,09 cm -1 / pixel. Gli spettri sono stati registrati in posizioni selezionate con un tempo di integrazione di 30 s e una media di 3 volte a 6,0 mW. Per le misurazioni è stato utilizzato un obiettivo da microscopio 100×. Su ogni campione sono stati analizzati due o tre spot. Gli spettri sono stati raccolti nell’intervallo 500-1800 cm -1 . Gli spettri Raman sono stati esportati in formato ASCII e successivamente analizzati con OriginPro, versione 2021 per la correzione della linea di base (OriginLab Corporation, Northampton, MA, USA).

 L’analisi della porosimetria a intrusione di mercurio (MIP) è stata eseguita sul substrato litico e su campioni di malta rappresentativi (strati di supporto e di intonaco) per determinare la distribuzione delle dimensioni dei pori. A tale scopo è stato utilizzato un porosimetro a mercurio Micromeritics Autopore IV (intervallo di pressione da 25 kPa a 400 MPa, intervallo di porosità 40-0,003 μm) (laboratori DiBEST).

 Le misure dei parametri microclimatici (T e RH) sono state effettuate in tre diversi settori della Grotta del Crocifisso. I sensori sono stati posizionati a un’altezza minima di 50 cm dal suolo e i dati sono stati memorizzati con data logger EBI 300 dotati di sonde di temperatura e umidità TPH 400 (accuratezza ± 0,5°C T e ± 3% RH).