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Aplicação de métodos físicos e
químicos ao estudo e caracterização
de objetos de arte e arqueológicos
CURSO DE
CARACTERIZAÇÃO DE
BENS CULTURAIS
03 a 14 de outubro de 2011
Instituto de Física Universidade de São Paulo
MEC/Ministério Ciência/IPHAN/MTE
Programa/Projeto realizado com o apoio do
MEC/SESu.
Curso do programa de extensão universitária
PROEXT2009
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Métodos Analíticos
Quanto ao tipo
• Destrutivos (análise de fragmentos)
• Não destrutivos
• Preserva a amostra - pode ser re-analisada
• Preserva a amostra e o objeto
• Micro-destrutivos (dano invisível a olho nu, micrométrico)
• Corte estratigráfico
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Quanto às amostras
• Múltiplos e diferentes materiais (pedras, rochas, tecido, couro,
madeira, papel, ossos (marfim), pergaminhos, vidro...)
• Estrutura tridimensional complexa (ligas metálicas, jóias, adereços,
armas..)
• Coberta com uma ou várias camadas de pigmentos (pinturas,
estátuas de madeira, manuscritos..) e eventualmente uma camada
protetora (verniz).
• Superfície deteriorada (corrosão, oxidação, etc..)
Métodos Analíticos
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Metodologias Propostas
ETAPA 1 : Exame Visual
ETAPA 2 : Análises não destrutivas
ETAPA 3 : Análises Microscópicas
semi-destrutivas
Imagens com luz visível,
IR,UV, radiografia
Exames com microscópio
ótico
Análises “in situ” portáteis
XRF, Raman,
Difração de raio X
Exames no laboratório
PIXE, PIGE, RBS,IOL
Amostras de pontos
estratégicos
Exames com SEM-EDS, TEM,
IR, FTIR, cromatografia
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Sondas Analíticasluz, IR, UV
raios-X
raios-g
elétrons
neutrons
íons
www.cs.ucl.ac.uk
Kidney podocyte
www.lbl.gov/lifesciences/labs/auer_lab.html
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Sondas analíticas e detecção do sinalluz, IR, UV
raios-X
raios-g
elétrons
neutrons
íons
Edans Masculino, Sociedade Secreta Ogboni, Nigéria, África, século XX. Acervo MAE-USP
D E
T E
C T
O R
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Raios-X, elétrons e íons...
raios-X
elétrons
íons
Edans Masculino, Sociedade Secreta Ogboni, Nigéria, África, século XX. Acervo MAE-USP
D E
T E
C T
O R
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Radiação Eletromagnética
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Espectro eletromagnético visível
No diagrama abaixo vemos que apenas uma pequena faixa entre
380 nm e 780 nm do espectro solar recebida pela superfície da terra
é visível aos olhos.
Cada elemento tem suas próprias características de transições que dependem dos
números quânticos da orbita e da carga Z (número de eletrons e prótons) do
elemento. Estas transições podem ser analisadas através da espectroscopia para
determinar sua concentração elementar.
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Etapa 1
ETAPA 1 : Exame Visual
Imagens com luz visível,
IR,UV, radiografia
Exames com microscópio
ótico
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Luz visível:
iluminação de topo x rasante)
Van Gogh.
Jean-Claude Dran, Centre de recherche et de restauration des Musées, 2001
• Visível (400 - 780 nm):
Fotografia para documentação.
Iluminação de topo ou rasante (para realçar detalhes)
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Medidas de Reflectografia com
Infravermelho (IR)
• Infravermelho próximo 380nm – 1000nm de comprimento de onda
2
1
Pintura óleo sobre tela, “Desembarque e Combate”, artista desconhecido do começo do século XIX
Acervo da Pinacoteca do Estado de São Paulo (RM0139)E. Kajiya
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Detalhe 1: mais superficial
mostra detalhes dos desenhos
Detalhe 2: imagem mais profunda mostrando o
desenho inicial detalhado feito pelo artista, a
figura final é diferente
E. Kajiya
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Luz (fluorescência UV)
Cena do Calvário. Provável Van Dick. Coleção particular.
M. Rizzo (Mrizzo Restaurações)
Remoção do vernizLimpeza seletiva
Restauração de dobra com CaCO3
• UV (320 - 400 nm) Fluorescência UV.
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Raios-X (radiografia)
Radiografia (IF-USP)
exibe o conteúdo interno
peça encontrada, pela marinha, no
fundo do mar com uma massa de
argila ao redor
R. S. Guimarães – Marinha –
MAE/USP
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Raios-X (acelerador)
Bruxelas, 30 julho de 2008 - Uma equipe de pesquisadores da Holanda e da Bélgica
reconstruiu com exatidão sem precedentes uma pintura oculta sob a obra "Patch of
Grass" (1887), do holandês Vincent Van Gogh, por meio do uso de uma nova técnica
que emprega raios X aplicados com um acelerador de partículas
(revista o globo)
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Etapa 1
ETAPA 2 : Análises não destrutivas
Análises “in situ” portáteis
XRF, Raman,
Difração de raio X
Exames no laboratório
PIXE, PIGE, RBS,IOL
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Entendimento do Universo
FísicoMatéria :
Radiação eletromagnética
Elementos Átomos
Prótons, neutrons
e elétrons
Quarks, partículas
elementares
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ANÁLISE DOS ÁTOMOS
Para usar os métodos de espectroscopia atômica precisamos
excitar os átomos do material que queremos analisar. E o
decaimento do material para o estado fundamental resulta na
emissão de fótons com energias características que podem ser
observados por diferente métodos espectroscópicos
EXCITAR COMO???Com radiação
ou
Com partículas
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Propósitos das Técnicas de
Análise de Materiais
Análise de diferentes materiais: Pedras (mármores)
Cerâmicas
Vidros
Obsidianas
Texturas
Pigmentos
Metais
Pinturas
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Identificar características como: Concentrações dos minerais
Elementos traços
Elementos principais
Isótopos
Dureza
Composição estrutural
Profundidade dos elementos
Metalurgia
Componentes metálicos
Ligas
Propósitos das Técnicas de
Análise de Materiais
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XRF – FLUORESCENCIA DE RAIOS-XFluorescência de raios-X é baseada na excitação do material por
uma fonte de raios-X e conseqüente emissão de raios-X do
material
Elétron ejetado
Energia incidente
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Espectrômetro XRF
portátil
www.metorex.com
Espectrômetro XRF
portátil
www.bruker.com
Sistemas portáteis de Raios-X
“home-made”
UEL –
Prof. C. Appoloni
“home-made”
USP – Poli
Prof. C. A. Neiva “home-made”
COPPE -UFRJ
Cristiane Calza
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Processo de restauração do
David de Michelangelo
Accademia – Firenze - Italia
Tubo de raios-X
Antes da limpeza (S~2% )
Depois da limpeza (S<0,4%)
Energia (keV)
Con
tagen
s
Detector de raios-X
tipo Si PIN
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Medidas acopladas
XRF + outras técnicas
A primeira pesquisa feita no Brasil (C.
Appoloni) foi em 1993. Estudo de uma
seleção de fragmentos de cerâmica tupi-
guarani arqueológica da coleção do Museu
Histórico da UEL
EDXRF (fluorescência de raios X por
dispersão em energia), GT (transmissão de
raios gama) e RBS (retroespalhamento
Rutherford - no Pelletron)
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Prof. Carlos Appoloni (UEL)
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Prof. Carlos Appoloni (UEL)
![Page 28: Aplicação de métodos físicos e químicos ao estudo e ...sites.poli.usp.br/p/augusto.neiva/apresentacoes/rizzutto_aula1b.pdf · Edans Masculino, Sociedade Secreta Ogboni, Nigéria,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051104/5a712e897f8b9aa7538ca3b3/html5/thumbnails/28.jpg)
Excitação com Partículas
...investigar os
materiais.
Fe
Si
B
Ni
Pb
H
Aceleradores Com muita energia
LAMFI – LABORATÓRIO DE ANALISE DE
MATERIAIS POR FEIXES IÔNICOS
IF - USP1992 LAMFI instalação do acelerador e início do trabalhos de análise de materiais com feixes iônicos
2000 GFAA – Grupo de Física Aplicada com Aceleradores
2003 Construção do arranjo experimental de feixe externo:
•
• Materiais Biológicos: dentes, ossos, sedimentos, água
de rio, Flúor em água
• Bens Culturais (estatuetas metálicas, pinturas)
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LAMFI – Laboratório de Análise de
Materiais por feixe iônicos
LOUVRE-FRANÇA•Acelerador Pelletron,
•Linha de feixe externo
Semelhante ao acelerador do Louvre - Paris
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Excitação com Partículas
...investigar os
materiais.
Fe
Si
B
Ni
Pb
H
Aceleradores Com muita energia
LAMFI – LABORATÓRIO DE ANALISE DE
MATERIAIS POR FEIXES IÔNICOS
IF - USP
PIXE em vácuo
Câmara RBS
Feixe externo
Acelerador Pelletron 1.7 MV
Fonte de íons RF Alphatross e SNICSLAMFI - USP Laboratório para Análise
de Materiais por Feixes Iônicos
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feixe
vácuo atmamostra
detjanela
8 mm folha de Kapton
2.4 MeV ~2.2 MeV1H
Feixe Externo - LAMFIArranjo experimental do sistema de feixe
externo (LAMFI).
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Vantagens de uso do arranjo
experimental de feixe externo:
Medidas imediatas ---> sem preparação
Objetos de diferentes tamanhos e forma complexas
Fácil de manusear e mover os objetos
Sem problemas de carga em isolantes -> não necessita deresfriamento
Redução dos efeitos térmicos ---> sem danos (ar)
Sem problemas de ressecamento da amostra
Possibilidade de medidas de pequenos pontos = 1 mm
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Manfredo Harri Tabacniks
amostra
Interação de feixe de íons com a matéria - MeV
Feixe
incidente(MeV/u.m.a.)
Feixe
transmitido
raios g
(PIGE)raios X
(PIXE)
luz
núcleos de recuo
(ERDA)
íons
espalhados
íons retro- espalhados
(RBS)
elétrons secundários
elétrons
secundários
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Método PIXE(Particle Induced X-ray Emission)
Não Destrutivo
Superficial:
25,5 mm em Bronze (prótons c/ 2,4MeV)
100 mm em Celulose (prótons c/ 2MeV)
Alta Sensibilidade: ppm
Rápido: 10-20 min
Identificar e quantificar elementos com Z>10
Alta resolução para elementos vizinhos
Preciso: erro ~ 5%
X ray
H+
0
K
L
M
KaKb