Applications des méthodes d`analyse par faisceau d`ions à l`art et l
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Applications des méthodes d`analyse par faisceau d`ions à l`art et l
PIXE externo para análises em objetos de arte e arqueologia Márcia Almeida Rizzutto Instituto de Física/USP – Departamento de Física Nuclear WORKSHOP SOBRE MÉTODOS ATÔMICO-NUCLEARES PARA ANÁLISE NÃO DESTRUTIVA EM ARTE, ARQUEOLOGIA E CONSERVAÇÃO 6 de Junho de 2005 Instituto de Física - Universidade de São Paulo 1 ARTE E CIÊNCIA ou Como a Física pode ajudar no estudo da Arte 2 Roteiro Introdução Grupo de Física Aplicada com Aceleradores – São Paulo – Facilidades – Feixe Externo Trabalhos Realizados – Museu de Arqueologia e Etnologia MAE-USP – Pintura de Cavalete – Artefato pré-INCA Laboratório Louvre Conclusão 3 Objetos de Arte •Quase sempre amostras únicos •Geralmente possuem histórias de vários séculos Mas quando os olhamos fazemos perguntas com o objetivo de elucidar alguns pontos sobre a experiência humana durante os séculos Perguntas como: Quando e onde o objeto foi feito? Quando uma determinada civilização começou a fazer o bronze, a utilizar o ouro, a utilizar um particular pigmento? Quando devolveram determinadas técnicas de fabricação? 4 Metodos de análise Análise estrutural e molecular Difração de X-ray Cromatografia Espectrometria de infra-vermelho Técnicas de datação Termoluminescência AMS C-14 Técnicas de análise elementar Fluorescência de X-ray Espectrometria de emissão atômica ICP-AES Técnica de análise com feixes iônicos (PIXE,PIGE,RBS) 5 Interação de feixe de íons com a matéria - MeV elétrons secundários luz amostra elétrons secundários Feixe incidente íons espalhados Feixe transmitido (MeV/u.m.a.) íons retro-espalhados (RBS) raios X (PIXE) núcleos de recuo (ERDA) raios γ (PIGE) Manfredo Harri Tabacniks 6 Feixe Iônico aplicado na análise de materiais de herança cultural Arqueometria (Ciência Arqueológica) Identificação de Materiais PIXE na análise de elementos majoritários Proveniência de Materiais (fontes dos tipos de materiais básicos e rotas de comércio) PIXE na análise de elementos traço Técnicas artisticas ou fabricação Ciência da Conservação Estabelecer o estado de conservação dos objetos do museu Conservação Preventiva Monitoramento de ambiente do museu PIXE na análise de objetos da coleção 7 Feixe Externo: vantagens de arranjo Experimental • • • • • Medidas em natura sem preparação das amostras Objetos de grandes tamanhos e formas complexas Fácil manuseio e movimento dos objetos Efeitos térmicos reduzidos – sem danos Possibilidade de mili feixe (feixe <0.5 mm) 8 Grupo de Física Aplicada com Aceleradores Instituto de Física USP estudantes Dr. Nemitala Added (coord.) Dr. Márcia de Almeida Rizutto »Adriana O. Delgado - IC »Adriana Rocha Lima - IC Dr. Manfredo Harri Tabacniks »Alessandro Alves da Silva – Dr Dr. Marcel DL Barbosa ( tec ) »Elidio Augusto Sanna - IC »Fernando H.M. Medeiros - Dr. »Flor F. Sotello - Dr »Jessica F. Curado - Ms »Jim Aburaya - Ms »Marco Antonio P. Carmignotto – IC »Pedro H. Ottoni Viviani de Campos - IC »Priscila R. dos Santos - IC »Suene Bernardes dos Santos - Ms »Viviane Silva Poli - Ms 9 Laboratórios no IFUSP Pelletron • Acelerado eletrostático Pelletron, tandem, Vmax = 8 MV com stripper de carbono; • PIXE-PIGE em arranjo com feixe externo, prótons de 8-12MeV • Detectores: Si(Li) e HPGe • Medidas ERDA (feixes de Cl) LAMFI •Acelerador Pelletron, tandem, Vmax = 1.7 MV com stripper gasoso de N2 •Prótons de 2.4 MeV pode ser utilizado para •PIXE em vácuo •PIXE feixe externo •Particulas alfas para análise com RBS 10 Facilidades - LAFN Laboratório Aberto de Física Nuclear Câmara de vácuo Multiuso de 1m, para HI-RBS e HI-E∆E-ERDA. Arranjo de Feixe Externo para medidas PIXE-PIGE. Janela de saída folha de 0.5mm Al. Amostras analisadas em ar 11 Identificação Processo de confecção Procedência / Autenticação Moedas espanholas 1870 1890 Espectros PIXE para moedas de prata, demonstrando a diferença na composição de elementos traços (Fe e Pb). PIXE em material de Carbonato de Calcio Espectro PIXE obtido para uma concha coletada do sambaqui de Santa Marta (SC) obtido com feixe externo de prótons E=12MeV 13 LAMFI Laboratório de Análise de Materiais por Feixes Iônicos PIXE Particle Induced X-Ray Emission RBS Rutherford Backscattering Spectrometry 14 Feixe Externo - LAMFI vácuo 50/25 µm folha de Kapton atm amostra feixe janela det 2.4 MeV 0.9/1.5 MeV 1H Arranjo experimental do novo sistema de feixe externo (LAMFI). 15 Caracterização de produtos de corrosão por PIXE, de estatuetas metálicas da coleção africana MAE/USP Fotos de quatro tipos de produtos de corrosão na Peça A (Lupa estereoscópica, MAE-USP) Laboratório de Conservação e Restauro, Museu de Arqueologia e Etnologia (MAE/USP) Silvia Cunha Lima (MAE/USP) 16 Caracterização de produtos de corrosão, em estatuetas metálicas da coleção africana, por PIXE S As estatuetas são dois “Edans” masculinos da Sociedade Secreta Ogboni, do grupo étnico Ilobu-Iorubá, Nigéria, África, do século XX. Cu Ar Zn Ca Si Fe Ni 17 “Edan” masculino S Cu-Kα Ar Cu-Kβ Zn Si Pb Ca Fe Zn-Kβ Concentrações calculadas (%) para os elementos visíveis em PIXE Sample Si S Cl K Fe Ni Cu Zn Pb Statuette B forehead 0.14 4.22 0.27 0.06 0.23 0.09 20.3 2.57 69.5 Statuette B back 0.17 2.47 0.57 0.27 0.49 0.18 37.8 3.66 51.7 Statuette B buttocks 0.11 0.81 0.46 0.32 0.73 0.56 74.8 9.63 11.6 18 Peitoral metálico Cl Peitoral apresenta a uma figura antropomorfa sentada num trono, é da cultura Chimu, Peru, que ocupou a costa norte de 1000 a 1470 d.C. Cu-Kα Ar Si Cu-Kβ Ca Fe As 19 Pingente Antromomorfo, cultura Tairona, Colômbia Au-M S Ar Cu-Kα Cu-Kβ Au-L Concentrações calculadas (%) para os elementos visíveis em PIXE Sample Si Statuette C front 0.06 Statuette C black part 0.20 S 4.17 Fe Ni Cu Zn Au 0.20 0.04 0.20 39.0 0.33 58.2 0.24 0.11 0.17 40.0 1.61 44.5 Cl K 0.20 2.84 20 Análise de um Pintura datada do início do séc. XX Trabalho com Prof. Paulo Pascholati (IF-USP) 21 Medidas feitas em colorações diferentes medida 32mm da borda 12 R020568H 11 R020569H 1. Parte descascada sem tinta (565) 2. Tons de marrom (558,562,563) 3. Tons de azul (569,568,570) 4. Morro com tom de verde (567,564) Análise de PIXE externo não deixou visíveis danos (marcas) no quadro 10 R020570H 9 R020567H 8 R020564H 7 R020562H 6 R020561H 5 R020563H 4 R029559 3-R020558H 2 R020565H – descascado sem tinta 1-R020566H Medidas feitas a 5-6 mm da borda 22 569 azul claro Tons de azul 558 azul escuro 563 azul morro Pb-M Ar Pb-Lα Ca Fe-Kα Ti Zn-Kα Pb-Lβ Fe-Kβ 23 558 marrom claro 562 interm. Tons de marrom 563 escuro Pb-M Ar Fe-Kα Ca Zn-Kα Fe-Kβ Cu-Kα Ti Cr Pb-Lα Pb-Lβ Zn-Kβ 24 565 S/ tinta 562 marrom 570 azul Pb-M Zn-Kα Ar Fe-Kα S Ca Pb-Lα Zn-Kβ Si Ba Fe-Kβ Pb-Lβ Cu 25 Explorando um artefato arqueológico pré-Inca – SIPÁN Manfredo H. Tabacniks e Erich Saettone Ricardo M. O. Galvão José F. D. Chubaci Walter Alva (Museu Brüning, Peru) A cultura Mochica • Viveu no Vale Mocha, junto aos Andes, norte do Peru, 1 AC e 7 DC. • Sociedade com grande desenvolvimento tecnológico, artístico e uma complexa organização. • Inovaram na tecnologia e metalurgia, com extensivo uso de cobre para ornamentos, armas e ferramentas. • Desenvolveram uma sofisticada técnica para douração do cobre por uma camada de ouro extremamente fina e homogênea. 1987 - descoberta da Tumba Real de Sipán (Sipán = Templo da Lua) 26 Câmara funerária 27 peça para análise Chocalhos 28 Análise PIXE da mancha dourada Análise PIXE da matriz negra 29 Espectro RBS da mancha dourada e sua simulação teórica feixe de H+, 2,4 MeV (alcance ~20 µm) Au Cu Ag 30 Composição relativa da “mancha dourada” relative concentration 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 gold silver copper 0.3 0.2 0.1 0.0 0 depth (µm) 1 2 3 31 o o o o o o o o o o Difracción de Rayos-X (Muestra N° 7) 8000 o 7000 Intensidad (u.a.) 6000 5000 4000 o o 3000 2000 o o o o o oo o o oo o oo o oo o oo o o o oo o o o o o o o o o o o o o o o o o o Cu2O Au Ag2O Ag SiO2 FeO CaO2 Cu9S8 Cu39S28 Cu46Cl24(OH)68.(H2O)4 o o o o 1000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2θ° 32 Dra. Márcia de A. Fantini, Laboratório de Cristalografia, IFUSP Laboratório Louvre Research laboratory of the museums of France (LRMF) Diagnósticos, pequenos estudos em trabalhos artísticos aquisição (autenticação), restauração, exibição Pesquisa –Arqueometria –Ciência da conservação –Conservação preventiva Louvre Estudos de Procedência usando análise PIXE de elementos traço Conteúdo de elementos traço usado como impressão digital em arqueologia Comparação com materiais geologicos Análise de dados estatisticamente Campos de Aplicação – Pedras – Pedras preciosas – Cerâmicas Louvre Research laboratory of the museums of France (LRMF) Estatueta de Ishtar e Colar de Rubi Al K 1e5 Proveniência da estatueta e dos rubis high energy X-ray detector spectrum OK Ti K V K Cr K Fe K low energy X-ray detector spectrum 10000 Ga K counts 1000 100 10 1 0 5 10 15 20 25 X-ray energy (keV) M M B Chromium (ppm) 10000 B B B A A B B M B BBB A B BB B BBBB BB B B M A B B B B BB B B B B M M B BBB BBB BBBB M MM B B B B B T B B A B B B B B B BBB M BB B BBBBBB B BB B B B I A BB B B BB B A B B B B B B B B T B I CC A I BB B B BBBV B B B BB TIC B V B BB BB B B BBB B B B M BB A BBVBB B B B B BB B BB BBB B MMM B B BB B B I K B A B B B I B B T B T B B B B B T A K B IB M M B B B B BB BB B BB K I TTB BI T T M BB B S T T B BB BBB I TT T A B BB S MM K B B BB B T B K S B T A B A X B B B T X XX B MM X X B X II S S X VV B B S S S B B S V S B VV S V B SSSS B S SS S SSS S B V S S S SS S SS SS S V S SS S V VSS S S V S S S SS S S S S S SS S S S S S S S B BBB 1000 B group I Burma Vietnam A group III Thailand Cambodia Kenya Madagascar India S S 100 S Statuette of Ishtar S group II Afghanistan SriLanka Vietnam B Louvre 10 10 100 1000 Iron(ppm) 10000 Conclusão O uso dos aceleradores com técnicas nucleares analíticas para análises de materias no campo de Artes é muito útil principalmente devido as características não destrutivas destas técnicas. O uso de feixe externo permite a análise de diferentes tipos de obras de arte. A combinação das técnicas PIXE-PIGE-RBS são frequentementes utilizadas. A identificação de elementos traços Processo de confecção Procedência / Autenticação Colaboração com diferentes grupos de pesquisa. •Otimizações do arranjo experimental •Competências específicas em cada área •Compatibilizar a linguagem Obrigado !!!! 38
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