(function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){ (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o), m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m) })(window,document,'script','https://www.google-analytics.com/analytics.js','ga'); ga('create', 'UA-56174137-1', 'auto'); ga('send', 'pageview');

LIBS and LIF for the characterization of artistic marbles and Renaissance frescos

Luisa Caneve, Francesco Colao, Flavia De Nicola, Cristina Giancristofaro, Franca Persia, Giulia Ricci, Valeria Spizzichino
7th International Conference on Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS 2012), Luxor, 29 September-4 October 2012, 2012
Publication year: 2012

Abstract

EN – A complete characterization of the materials for Cultural Heritage is fundamental to improve conservation and restoration processes in the respect of artworks. The use of not or micro destructive techniques is the main objective in the diagnostic of artworks and for this reason the laser based techniques are very interesting in this field of application. In this work, Carrara marbles, both white and grey, from cave, and fresco laboratory samples have been studied by means of LIF (Laser Induced Fluorescence) and LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy). Fresco samples have been prepared in agreement with Renaissance recipes using natural pigments and original materials both for binders and plaster, with the main goal to produce samples as much as possible comparable to roman real mural paintings by Michelangelo period. LIF technique has been already applied in the cultural heritage field as a diagnostic tool because it is no-invasive and no-destructive, remote and in situ applicable, allowing to obtain information of analytical and qualitative interest on different materials by the study of the emission of fluorescence. In this case, the samples have been measured by the LIF scanning system realized at the ENEA, working at both the excitation wavelengths of 266 nm and 355 nm. LIBS has been performed in air at 1064 nm at high resolution in wide spectral ranges. The obtained results demonstrated that the use of both techniques has proved to be helpful for the complete characterization of the materials analyzed in this work. In fact, the LIBS technique was fundamental because of its peculiarity to detect trace elements, that in the Carrara marbles case, constituted of 99% calcite, are the activators of crystal LIF fluorescence indeed. In the mural painting samples the LIBS technique appears to be complementary to LIF to identify binders and discriminate different pigments. In particular, specific concentration ratios by LIBS can help to understand the processes inducing fluorescence phenomena, with attention to the emission bands in the LIF spectra from pure and mixed pigments.

IT – Una completa caratterizzazione dei materiali nel campo dei Beni Culturali è fondamentale per migliorare i processi di conservazione e di restauro nel rispetto delle opere d’arte. L’uso di tecniche micro o non – distruttive è il principale obiettivo nella diagnostica delle opere d’arte e per tale motivo le tecnologie basate sul laser risultano molto interessanti in questo campo di applicazione. Nel presente lavoro, marmi bianchi e grigi di Carrara e campioni di affresco realizzati in laboratorio sono stati studiati con LIF (Laser Induced Fluorescence) e LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy). I campioni di affresco sono stati preparati in accordo con ricette rinascimentali, usando pigmenti naturali e materiali originali, con lo scopo principale di produrre dei campioni il più possibile comparabili con reali pitture murali del periodo di Michelangelo. La tecnica LIF è stata già applicata nel campo dei Beni Culturali in qualità di strumento diagnostico grazie alla sua non – invasività e non – distruttività, applicabilità remota ed in situ, permettendo di ottenere informazioni di interesse analitico e qualitativo riguardo a materiali differenti attraverso lo studio dell’emissione di fluorescenza. In questo caso, i campioni sono stati misurati con il sistema di scanning LIF realizzato all’ENEA, lavorando ad entrambe le lunghezze d’onda di eccitazione, 266 nm e 255 nm. LIBS è stata eseguita a 1064 nm ad alta risoluzione in ampi range spettrali. I risultati ottenuti hanno dimostrato che l’uso di entrambe le tecniche è stato utile per la completa caratterizzazione dei materiali analizzati in questo lavoro. La tecnica LIBS, infatti, è stata fondamentale per la sua peculiarità di rilevare elementi in tracce che, nel caso dei marmi di Carrara costituiti dal 99% di calcite, sono gli attivatori della fluorescenza LIF dei cristalli. Nei campioni di pittura murale, la tecnica LIBS appare complementare alla LIF al fine di identificare i leganti e discriminare differenti pigmenti. In particolare, specifici rapporti di concentrazione con la LIBS possono aiutare a comprendere i fenomeni di induzione della fluorescenza, con attenzione alle bande di emissione negli spettri LIF di pigmenti puri e in miscela.

Keywords

  • Spectrometry;
  • Conservation Science;
  • Carrara marbles;
  • Renaissance fresco pigments.