Metodi analitici avanzati per lo studio di sistemi microscopici multistrato: il caso degli strumenti musicali

Abstract

La stratigrafia di strumenti musicali storici a corda è un sistema complesso ed eterogeneo composto da strati multipli di vernice applicati al legno precedentemente trattato. L’intero sistema stratigrafico è rappresentativo della tecnica di costruzione utilizzata dagli antichi maestri liutai. Nel corso dei secoli, tuttavia, esso ha subìto alterazioni nello spessore e nella composizione come conseguenza dell’utilizzo degli strumenti da parte di musicisti e degli interventi di restauro. Inoltre, la necessità di preservare il valore e l’integrità di queste preziose opere d’arte rende molto rara la possibilità di effettuare prelievi di materiale ai fini analitici. Nel progetto di tesi sono stati preliminarmente valutati i limiti e le potenzialità di diverse tecniche spettroscopiche e di imaging ottico nello studio stratigrafico di provini di laboratorio. Le spettroscopie FTIR in riflessione, Raman, XRF e la tomografia a coerenza ottica sono state applicate mediante strumentazione portatile. Questa metodologia totalmente non invasiva è stata supportata da analisi con il SEM-EDX e lo spettrometro FTIR in modalità ATR su sezioni lucide. Inoltre, gli effetti cromatici e chimici della progressiva esposizione dei provini a radiazione solare artificiale sono stati investigati in modo non invasivo. Successivamente, sono stati applicati diversi approcci multi-analitici non invasivi su strumenti musicali storici combinando le tecniche più performanti, tra quelle investigate nella fase sperimentale, con altra strumentazione avanzata non distruttiva (NMR-MOUSE, micro-TAC con luce di sincrotrone) e micro-distruttiva (LIBS) per la caratterizzazione stratigrafica. Infine, la disponibilità di un numero esiguo di campioni micrometrici provenienti da strumenti antichi di pregio ha rappresentato una straordinaria opportunità per eseguire analisi invasive mediante tecniche avanzate quale la micro-spettroscopia FTIR in riflessione con luce di sincrotrone. L’utilizzo di metodi analitici complementari per ottenere alti livelli di informazione da strutture microscopiche stratificate ha avuto come fine ultimo quello di rivelare materiali e tecnologie impiegate dagli antichi maestri liutai e dai restauratori ed esperti durante successivi interventi. L’importanza di questa applicazione è inoltre correlata alla conservazione preventiva di oggetti che, essendo suonati nei secoli e talvolta ancora oggi, sono andati incontro a diverse tipologie di degrado e usura.

The stratigraphy of historical bowed string musical instruments is a complex and heterogeneous system composed of multiple varnish layers coated on previously treated wood. The entire coating system, collectively called wood finish, is representative of the instrument makers’ working techniques. However, the extended use of the instruments by the musicians as well as the restoration interventions over the centuries could have altered it in terms of layer thickness and composition. Moreover, sampling is rarely feasible because of the need to preserve the value and the integrity of these precious artefacts. In this thesis, we first evaluated potential and limits of a suite of non-invasive spectroscopic and optical imaging techniques in the study of wood finish systems of laboratory mock-ups. Reflection FTIR spectroscopy, XRF, Raman spectroscopy and OCT were applied to the mock-ups by means of portable instrumentation. This non-invasive methodology was supported by SEM-EDX and ATR micro-FTIR analyses. Moreover, the effects of the progressive artificial solar exposure were non-invasively assessed from chemical and chromatic points of view. Then, we explored novel multi-analytical approaches on historical musical instruments by combining the most efficient techniques considered in the experimental study with other advanced non-invasive instrumentation, both non-destructive (NMR-MOUSE, synchrotron radiation micro-CT) and micro-destructive (LIBS), for the characterization of their stratigraphy. Finally, the availability of micrometric samples collected on esteemed instruments represented an extraordinary opportunity to perform analyses by the use of advanced invasive techniques such as the synchrotron radiation FTIR microspectroscopy in reflection geometry. This study involved multiple complementary techniques to obtain high-level information from microscopic layered structures with the final aim of disclosing materials and technologies employed by old violin makers, as well as by restorers and experts in later interventions. Its importance is also related to the preventive conservation of objects that, being played over time and often still nowadays, have undergone different kinds of degradation and wear.