SPETTROSCOPIA RAMAN, MICRO SPATIALLY OFFSET RAMAN SPECTROSCOPY, NON-INVASIVE SURFACE AND SUBSURFACE ANALYSIS

Spettroscopia Raman Lab

Il laboratorio di spettroscopia Raman è specializzato sullo sviluppo di metodi innovativi non-invasivi Raman e sulla loro applicazione ai beni di interesse storico-artistico. La peculiarità del gruppo di lavoro consiste nell’indirizzare la ricerca verso la continua ottimizzazione delle metodologie convenzionali, soprattutto non-invasive, per rispondere alle criticità che emergono dall’esperienza sul campo, sia che si tratti di realtà museali che di cantiere. In collaborazione con il Central Laser Facility del Rutherford Appleton Laboratory (RAL-STFC, UK), il laboratorio di spettroscopia Raman del CNR ISPC ha sviluppato recentemente una nuova tecnica Raman, micro-Spatially Offset Raman Spectroscopy (micro-SORS), per lo studio non-invasivo delle porzioni più interne dei materiali stratificati, come stratigrafie pittoriche; la tecnica è stata recentemente riconosciuta dalla Coblentz Society, un’organizzazione non-profit fondata con lo scopo di favorire la comprensione e l’applicazione della spettroscopia vibrazionale, che ha conferito il premio Craver Award alla dott.ssa Claudia Conti, ricercatrice della sede milanese dell’ISPC, per aver contribuito in modo significativo allo sviluppo della spettroscopia analitica vibrazionale (Vai alla notizia).

Oltre alla strumentazione micro-SORS, il laboratorio di spettroscopia Raman è dotato di strumentazione Raman convenzionale, sia da banco (micro-Raman dispersivo Senterra, Bruker) per le indagini non-distruttive di campioni, che portatile (spettometro Xantus-2™, Rigaku) per le campagne analitiche non-invasive in-situ. Grazie alla sua elevata selettività chimica, data dalla capacità di identificare la composizione molecolare di composti organici ed inorganici, e alla sua elevata risoluzione laterale (pochi µm con strumenti micro-Raman da banco e poche decine di µm con strumentazione portatile), la spettroscopia Raman è fondamentale per la caratterizzazione della tecnica esecutiva, dello stato di conservazione dell’opera e della sua storia conservativa.

Il laboratorio di spettroscopia Raman si inserisce all’interno di una rete di laboratori CNR ISPC attraverso la quale è possibile realizzare protocolli multi-analitici integrati. Le competenze e le strumentazioni del laboratorio di spettroscopia Raman sono parte integrante della piattaforma MOLAB dell’infrastruttura europea ERIHS, European Research Infrastructure of Heritage Science.

Staff Spettroscopia Raman Lab

Staff Spettroscopia Raman Lab

Alessandra Botteon

Staff Spettroscopia Raman Lab

Chiara Colombo

Staff Spettroscopia Raman Lab

Claudia Conti

Staff Spettroscopia Raman Lab

Marco Realini

Alessandra Botteon

Alessandra Botteon is a researcher at the Institute of Heritage Science (ISPC) of the National Research Council of Italy (CNR). Since 2013 her research is focused on the development of non-invasive and Raman based methods for the study of Cultural Heritage materials.
Milan

Chiara Colombo

Material characterization, study of the decay and conservative problems of natural stone materials, mortars, plasters, wall paintings, cold polychrome ceramic materials, pigments and binders used for of polychrome finishings; Design and execution of diagnostic plans; Conservative inorganic treatments on carbonate matrix.
Milan

Claudia Conti

My skills are mainly focused on developing non-destructive and non-invasive Raman Spectroscopy methods, with the major task of obtaining compositional information about art objects surfaces and their inner portions, thus reconstructing painting layers sequence, decay diffusion and conservation treatments distribution within porous matrices.
Milan

Marco Realini

Conservation of surfaces and planned maintenance. Inorganic treatments for architectural surfaces. Development of instrumentation and methodologies for diagnostics and monitoring of surfaces and their state of conservation.
Milan

Research Associates

Pavel Matousek, Rutherford Appleton Laboratory STFC, UK.

Projects and Research activities

  • Non-invasive micro-scale depth resolved imaging and sensing of materials in cultural heritage. International Exchanges 2020 Cost Share, progetto finanziato dalla Royal Society (UK), (IEC\R2\202126) in collaborazione con School of Science and Technology of Nottingham Trent University.
  • Development of a portable micro-SORS device for in-situ probing of cultural heritage subsurface. Progetto in collaborazione con Department of Chemistry, University of Cincinnati (US) e il Central Laser Facility of the Rutherford Appleton Laboratory (UK).
  • Sub-Surface Molecular Analysis and Imaging in Turbid Media Using Time-Gated Raman Spectral Multiplexing combined with micro-SORS. Progetto in collaborazione con School of Physics and Astronomy, University of Nottingham (UK).
  • Micro-layered diffusive materials: non destructive investigation of subsurface by advanced spectroscopic methods. Progetto in collaborazione con il Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano.
  • Investigation of materials and techniques of The Peruzzi Altarpiece, Giotto di Bondone. Progetto in collaborazione con North Carolina Museum of Art (US).
  • Caratterizzazione materica di opere “Achromes” di Piero Manzoni. Progetto in collaborazione con la Fondazione Manzoni, Milano.
  • Studio di polveri presenti sulla superficie del Cenacolo di Leonardo da Vinci. Progetto in collaborazione con il Museo del Cenacolo Vinciano, Milano.
  • Indagine non invasiva in-situ tramite micro-SORS portatile della stratigrafia pittorica del dipinto S.  Francesco e Bona Bevilacqua Trivulzio (o Antonia Pallavicini) e S. Antonio da Padova e Giulia Trivulzio (or Lucia Bevilacqua) di Marco D’Oggiono. Progetto in collaborazione con la Pinacoteca di Brera di Milano e i laboratori scientifici della Fondazione Centro Conservazione e Restauro dei Beni Culturali La Venaria Reale di Torino.
  • Studio non invasivo della superficie policroma dell’Autoritratto di Francesco Hayez. Progetto in collaborazione con la Pinacoteca di Brera di Milano.
  • Studio dei materiali presenti nel Corredo funebre della Tomba di Kha e Merit. Progetto in collaborazione con il Museo Egizio di Torino.

Main collaborations

Universities

  • Ghent University (BE), Department of Archaeology
  • Nottingham University (UK), School of Physics and Astronomy
  • Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”
  • Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia
  • Università di Bologna, Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”
  • University of Cincinnati (US), Department of Chemistry
  • Università di Parma, Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra

Fondazioni

  • Fondazione Centro Conservazione e Restauro dei Beni Culturali La Venaria Reale, Torino

Enti di ricerca

  • Rutherford Appleton Laboratory (RAL-STFC), Central Laser Facility (UK)
  • Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Department of Chemistry, Republic of Korea

Museums

  • Museo Egizio di Torino
  • Museo del Cenacolo Vinciano
  • Musei del Castello Sforzesco di Milano

Main publications

D. Bersani, C. Conti, P. Matousek, F. Pozzi, P. Vandenabeele, Methodological Evolutions of Raman Spectroscopy in Art and Archaeology, “Analytical Methods”, 8, 48, 2016, 8395-8409.

A. Botteon, C. Colombo, M. Realini, C. Castiglioni, A. Piccirillo, P. Matousek, C. Conti, Non‐invasive and in situ investigation of layers sequence in panel paintings by portable micro‐spatially offset Raman spectroscopy, “Journal of Raman Spectroscopy”, 51, 10, 2020, 2016-2021. 

A. Botteon, J. Yiming, S. Prati, G. Sciutto, M. Realini, C. Colombo, C. Castiglioni, P. Matousek, C. Conti, Non-invasive characterisation of molecular diffusion of agent into turbid matrix using micro-SORS, “Talanta”, 218, 2020, 121078.

C. Conti, A. Botteon, M. Bertasa, C. Colombo, M. Realini, D. Sali, Portable Sequentially Shifted Excitation Raman spectroscopy as an innovative tool for in situ chemical interrogation of painted surfaces, “Analyst”, 141, 2016, 4599-4607.

C. Conti, A. Botteon, C. Colombo, D. Pinna, M. Realini, P. Matousek, Advances in Raman spectroscopy for the non-destructive subsurface analysis of artworks: Micro-SORS, “Journal of Cultural Heritage”, 43, 2020, 319-328.

C. Conti, C. Colombo, D. Dellasega, M. Matteini, M. Realini, G. Zerbi, Ammonium oxalate treatment: evaluation by µ-Raman mapping of the penetration depth in different plasters, “Journal of Cultural Heritage”, 12, 4, 2011, 372-379. 

C. Conti, C. Colombo, M. Realini, P. Matousek, Subsurface analysis of painted sculptures and plasters using micrometre-scale spatially offset Raman spectroscopy (Micro-SORS), “Journal of Raman Spectroscopy”, 46, 5, 2015, 476-482.

C. Conti, C. Colombo, M. Realini, G. Zerbi, P. Matousek, Subsurface Raman Analysis of Thin Painted Layers, “Applied Spectroscopy”, 68, 6, 2014, 686-691.

C. Conti, M. Realini, C. Colombo, K. Sowoidnich, N.K. Afseth, M. Bertasa, A. Botteon, P. Matousek, Noninvasive Analysis of Thin Turbid Layers Using Microscale Spatially Offset Raman Spectroscopy, “Analytical Chemistry”, 87, 11, 2015, 5810-5815. 

C. Corden, P. Matousek, C. Conti, I. Notingher, Sub-Surface Molecular Analysis and Imaging in Turbid Media Using Time-Gated Raman Spectral Multiplexing, “Applied Spectroscopy”, 75, 2, 2021, 156-167.