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La spettroscopia SERS

La caratterizzazione di un sistema è il primo passo per comprenderne le componenti principali e i processi che lo hanno coinvolto. Questo vale anche nel campo della diagnostica dei beni culturali in cui, per ricostruire la storia di un artefatto, è necessario riconoscerne le tracce su di esso. Ciò sarà infatti fondamentale per scegliere quali saranno le misure migliori da adottare per la sua conservazione. 

L’esposizione prolungata ad agenti atmosferici, i coloranti utilizzati e il deterioramento che ha interessato la superficie possono essere identificati studiando i componenti chimici principali del Bene e rivelandone eventuali anomalie o modifiche rispetto a quanto ci saremmo aspettati in origine. La spettroscopia Raman ci aiuta a raggiungere questo scopo, essendo una tecnica non distruttiva, basata sulle impronte vibrazionali dei gruppi chimici presenti nel campione. Schematizzando, infatti, una molecola è come una molla che oscilla: la sua frequenza di vibrazione cambierà, se gli atomi che la compongono o il legame che li unisce ha subito delle modifiche nel tempo, e con essa lo spettro Raman. 

Oggi parleremo di SERS (Surface Enhanced Raman Scattering), una tecnica basata sullo scattering Raman ma in grado di ottenere segnali più intensi. 

La SERS in pratica. Immagine presa da: https://www.rsc.org/images/TB80_tcm18-250649.pdf

Introdotta per la prima volta negli anni Settanta, la spettroscopia SERS è in grado di ottenere segnali enormemente più grandi (circa 1012 , ovvero 1 bilione di volte più intensi) nel caso di molecole adsorbite su superfici metalliche rugose a livello atomico. Questo può essere ottenute mediante l’impiego di nanoparticelle di metalli come l’oro e l’argento o di leghe come il bronzo, poste sul campione in esame. L’aumento del segnale consente l’identificazione di composti e tracce minori, trovando una soluzione alla bassa sezione d’urto Raman. Allo stesso tempo, l’adsorbimento su superfici metalliche è in grado di ridurre la fluorescenza, risultando una soluzione risolutiva anche per quest’altro svantaggio, spesso presente durante le analisi Raman. Queste caratteristiche hanno reso la SERS una tecnica particolarmente adatta per l’analisi di coloranti organici, sia naturali che sintetici. 

La SERS è stata ampiamente impiegata in diversi laboratori e musei per analizzare una vasta gamma di beni culturali, inclusi tessuti, stampe, dipinti e sculture policrome. Ad esempio, la SERS è stata in grado di documentare il più antico esempio noto finora di un pigmento di robbia, in un frammento di pelle risalente all’Egitto del Medio Regno. 

Tuttavia, per comprendere la principale limitazione di questo metodo sperimentale, è sufficiente osservare che il segnale misurato è dato dalla risposta aggregata di tutti i componenti, quindi sia dal campione che dalla nanoparticella metallica. Inoltre, per complicare le cose, esistono alcune tinture che mostrano una grande affinità con l’adsorbimento dell’argento, rendendone lo studio ancora più arduo. 

Alessandra 

Riferimenti Bibliografici: 
- Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) in cultural heritage , Analytical Methods Committee AMCTB No. 80 
- F. Amato et al., Ag nanoparticles agargel nanocomposites for SERS detection of cultural heritage interest pigments, The European Physical Journal Plus, February 2018

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