News from diagnostic world: datazione della carta attraverso l'uso di MicroNIR e chemiometria

La diagnostica non invasiva (di cui abbiamo parlato qui) comprende molte delle tecniche spettroscopiche più note, fra le quali la Spettroscopia FT-IR; invece, sempre basata sulla radiazione infrarossa, ma meno nota, è la Spettroscopia NIR (vicino infrarosso, 700 – 1400 nm). 

Risoluti et al. hanno sviluppato una procedura rapida e non distruttiva che sfrutta la spettroscopia NIR per caratterizzare e risolvere problemi di datazione della carta. Nel corso degli anni, lo sviluppo tecnologico dei processi di produzione di questo supporto scrittorio ha portato alla modifica della sua composizione chimica: è proprio grazie ad essa che il NIR riesce a fornire una distinzione dei materiali cartacei realizzati in passato. 

I campioni utilizzati nella sperimentazione differivano per epoca di produzione e condizioni conservative. Prima di tutto, è stato fondamentale valutare quanto la degradazione avesse inciso sugli spettri. Sono stati indagati: 

• fogli di libri (riferibili al periodo fra il 1700 e il 1952) conservati in una biblioteca romana privata; 

• fogli di carta (ascrivibili al lasso di tempo fra il 1500 e il 2016) conservati presso la biblioteca della Pontificia Facoltà Teologica dell'Italia Meridionale. 

Sono stati raccolti 22 spettri di riflettanza per ogni foglio (11 per faccia) e 220 spettri per ogni libro (10 pagine a libro). 

Ad un microNIR portatile, del peso di 60 g e operante nel range 900 – 1700 nm, è stata associata l'analisi statistica multivariata (chemiometria) che ha facilitato l'interpretazione dei segnali spettrali. I dati microNIR acquisiti sono stati pretrattati ed elaborati con la Principal Component Analysis (PCA). 

Un primo risultato, molto interessante, è la buona correlazione tra i punti analizzati appartenenti ad uno stesso foglio. Anche se in molti casi la carta è più scura vicino ai bordi e più chiara al centro della pagina, le analisi dei diversi punti hanno prodotto gli stessi risultati, indipendentemente dal colore della carta nel punto analizzato. Non è stata quindi raggiunta alcuna significativa dispersione dei dati, suggerendo una corretta riproducibilità del metodo. 

Per quanto riguarda l’analisi dei libri, la PCA ha evidenziato la separazione dei campioni in gruppi distinti (figura 1).

Figura 1 - Grafico degli scores ottenuto da PCA di carte prodotte prima e dopo il 1850. Immagine tratta da Risoluti et al. (2018) Towards innovation in paper dating: a MicroNIR analytical platform and chemometrics. Analyst 143, pagina 3. (Royal Society of Chemistry. All right reserved).

La diversa posizione dei campioni in figura indica che la carta è chiaramente separata in base alla PC1, suggerendo differenze significative nella composizione chimica. L’anno 1850 non è casuale: inizialmente, la materia prima di partenza era costituita da stracci di cotone, mentre in seguito venne rimpiazzata dal legno. 

L’analisi degli spettri ottenuti dai fogli ha dato risultati analoghi. Indagando gli esemplari per i quali era disponibile un numero significativo e rappresentativo di campioni indipendenti (carta del XX secolo), la PCA ha permesso di differenziare correttamente i documenti anche in base al singolo anno.

Tutti questi risultati confermano che l'utilizzo di un MicroNIR, associato a Chemiometria, può essere utilizzato per risolvere problemi di datazione, anche quando la carta viene conservata in condizioni diverse. Inoltre, i risultati sono indipendenti dal tipo di manufatto indagato (libri o fogli).

L’articolo completo, edito dalla Royal Society of Chemistry e visionabile al seguente link, presenta una discussione molto esauriente dei risultati, nonché ulteriori diagrammi di PCA. Per questo motivo, vi consiglio la lettura dell’articolo completo.

Emanuele 

Bibliografia 

Risoluti R., Materazzi S., Tau F., Russo A., Romolo F.S. (2018) Towards innovation in paper dating: a MicroNIR analytical platform and chemometrics. Analyst 143:4394-4399. doi: 10.1039/C8AN00871J