Instituto de Física Universidade de São Paulo

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01 de setembro de 2020

DISCIPLINA DE PÓS-GRADUAÇÃO INTERUNIDADES EM MUSEOLOGIA

Instituto de Física

Universidade de São Paulo

Profa. Dra. Márcia A. Rizzutto

rizzutto@if.usp.br

FÍSICA APLICADA AO ESTUDO DE

OBJETOS DO PATRIMÔNIO

CULTURAL: MÉTODOS E TÉCNICAS

AULA 3

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Programa

Capítulo 2: Técnicas de Imageamento – Uso da Radiação

–Imagens Radiografia –Tomografia –Neutrongrafia

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3

A radiografia fundamenta-se nas diferenças de comportamento dos materiais ao serem atravessados pela radiação X. O grau de opacidade aos raios X depende da massa específica do material atravessado e da sua natureza química.

• Os raios-x que atravessam uma material impressionam a “chapa” e a enegrecem, os que são absorvidos deixam de contribuir para o tal enegrecimento, criando-se uma imagem definida por claros e escuros de diferentes tons

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Radiografia

Laboratório de Dosimetria (IFUSP)

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5

Transmissão de raios-X

50 kV – 15 mA – 5 min _{120 kV – 10 mA – 5 min}

Radiografia

peça encontrada, pela marinha, no

fundo do mar com uma massa de argila ao redor

R. S. Guimarães – Marinha – MAE/USP

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6 Escultura policromada,

encolada, estrutura de madeira e ferro- coleção

particular

Radiografia

Foto

: E.

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Radiografia de uma pintura do Picasso

Jean-Claude Dran, Centre de recherche et de restauration des

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O equipamento de radiografia portátil, adquirido com apoio da FAPESP em 2019, é um - HPX-DR da Carestream Industrex –

é utilizado para radiografar os objetos do patrimônio cultural (visando obter informações da estrutura interna do objeto – esculturas ou vasos) ou pinturas de cavalete que permite detalhar as camadas não visíveis nas técnicas de imageamento.

Sistema de Radiografia Portátil

Mini-tubo raios-X Amptek

Características

4 ou10 W potencia de saída

10 até 50 kV ou 35 até 70 kV - 5 até 200 µA Ag, Rh, Au, ou W alvo

Controle por porta USB

Pinturas: 50kV e 80 µA

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Centre de Restauració de Béns Mobles de Catalunya CRBMC .

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‘Portrait of a woman with a book’: a ‘newly discovered

fantasy figure’ by Fragonard at the National Gallery of

Art, Washington

Associação de técnicas

by YURIKO JACKALL, JOHN K. DELANEY and MICHAEL SWICKLIK

Young girl reading, by Jean-Honoré

Fragonard. c.1769. Canvas, 81.1by 64.8 cm. (National Gallery of Art,

Washington,).

Portrait of M. de La Bretèche, by Jean-Honoré

Fragonard. c.1769. Canvas, 80 by 65 cm. (Musée du Louvre, Paris).

X-radiograph of Young girl

reading obtained using

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‘Portrait of a woman with a book’: a ‘newly discovered

fantasy figure’ by Fragonard at the National Gallery of

Art, Washington

Associação de técnicas

by YURIKO JACKALL, JOHN K. DELANEY and MICHAEL SWICKLIK

Young girl reading, by Jean-Honoré

Fragonard. c.1769. Canvas, 81.1by 64.8 cm. (National Gallery of Art,

Washington,).

Portrait of M. de La Bretèche, by Jean-Honoré

Fragonard. c.1769. Canvas, 80 by 65 cm. (Musée du Louvre, Paris).

False-colour infra-red reflectogram (1000, 1300,

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Sobreposição de detalhes da radiografia e imagem com falsa cor mostrando que os narizes, queixos e testas nas duas imagens se alinham, demonstrando que o rosto "masculino" da radiografia e o rosto "feminino" da imagem de falsa cor são a mesma.

Simulação hipotética da figura na pintura

subjacente “Young girl reading “, aqui designado “Portrait of a woman with a book”, desenvolvido a partir de informações obtidas através das técnicas de imagem descritas neste estudo. Imagem de Becca Goodman e Denis Doorly

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Associação de técnicas

Multi-band technical imaging in the research of the execution of paintings. The case study of the portrait of Carlos IV, by

Francisco de Goya

Miquel Angel Herrero-Cortell, Marta Raïch, Paola Artoni, Isidro Puig

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Raios-X (radiografia - tomografia)

tubo de raios-X objeto projeção radiografias em vários ângulos algoritmo de reconstrução reconstrução volumétrica

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Tomografia

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Antikythera. Calendário astronômico em bronze. Grécia 100AC, recuperado

de um barco grego naufragado. Nature 444, 534-538, 2006.

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Tomografia

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Monumento do Ipiranga e os

trabalhos arqueológicos

Dissertação de Mestrado: Valdirene Ambiel

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• Tomografia D. Leopoldina

Faculdade de Medicine da USP -Profs . Dr. Paulo H. Saldiva, Prof. Dr. Carlos Pasqualucci, Prof. Dr. Edson

Amaro Jr.

Primeiros

imperadores

do Brasil!

Márcia A. Rizzutto – V.C. Ambiel - vambiel@gmail.com J. F. Curado, P.H.O.V. Campos, E.A.M. Kajiya,

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Faculdade de Medicine USP -Profs . Dr. Paulo H. Saldiva, Dr. Carlos Pasqualucci, Prof. Dr. Edson Amaro Jr.

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Faculdade de Medicine USP - Profs . Dr. Paulo H. Saldiva, Prof. Dr. Carlos Pasqualucci, Prof. Dr. Edson Amaro Jr.

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• A Atenuação de raios X pela matéria é maior quanto maior a massa (Z) do material, evidenciando as estruturas

internas de maior densidade do objeto.

• A neutrongrafia vai evidenciar as regiões de menor densidade dentro de um material mais denso, pois os neutrons penetram facilmente em materias com Z alto, mas

são fortemente atenuados por materiais hidrogenados.

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Do átomo para o núcleo

Os processos nucleares estão presentes em nossa vida todos os momentos. Nestes processos são geradas radiações devido

a processos de modificações dos prótons e nêutrons, por emissão de partículas ou por de-excitação nuclear

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Radiografia

Neutrongrafia

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Neutrongrafia

–

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Programa

_{• Capítulo 3: Microscopia}

– Microscopia ótica - Princípios Básicos

– Microscopia eletrônica de varredura – MEV – Aplicações nas análises de objetos

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Microscopia ótica

 Utilizados nos mais diversos ramos da ciência, os microscópios ópticos permitem a observação de objetos

minúsculos, ampliando sua imagem em até 1000 vezes.

 Com funcionamento simples, a ampliação é feita por meio de um conjunto de lentes – de vidro ou de cristal – e uma fonte de luz.

 Para formar a imagem aumentada da amostra, os microscópios contam com uma lente objetiva e uma ocular, colocadas nas extremidades diametralmente opostas de um tubo – o canhão – composto, por sua vez, de duas partes que podem ser estendidas ou encurtadas.

 O movimento de extensão e encurtamento do tubo é responsável pela aproximação ou afastamento do conjunto objetiva-ocular.

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Microscopia ótica

no IF

Microscópio Óptico BX-51 (50x a 5000x)

Aumentos de até 5000x.

Modos de transmissão e reflexão Filtros de densidade neutra (6% e 25%)

Campo claro, campo escuro e Nomarski (contraste de interferência diferencial DIC)

Luz polarizada

Objetivas 5x, 10x, 20x, 50x, 100x, 250x

Cambiador de 4 posições 1; 1,2x ; 1,6x e 2x (aumento resultante é multiplicação deste fator pelo aumento da objetiva)

Software de aquisição e processamento de imagens Image Pro: permite medição de estruturas e análise estatística de grãos, criação de imagens

tridimensionais através de combinação de diversos planos focais.

Microscópio Óptico BX-51 da Olympus

Laboratório de Filmes Finos

http://fap.if.usp.br/~lff/mo.html

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A caracterização por microscopia é feita principalmente usando

as técnicas de MET (Microscopia Eletrônica de Transmissão ou

TEM), SEM (Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV),

Na Microscopia de Transmissão (TEM), é usado um feixe de elétrons que interage com a amostra e a intensidade do feixe, após ultrapassar a amostra, é analisada. A análise se faz com o auxílio de uma série de lentes que amplificam a imagem. O contraste é feito pelo computador.

A técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM ou MEV) é outra técnica de microscopia com elétrons que usa um feixe de alta energia para buscar características sobre o relevo da superfície, sua composição e condutividade. Os sinais analisados no MEV são elétrons emitidos, raios-X característicos, luz, corrente e elétrons transmitidos.

Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET ou TEM) Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV ou SEM)

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A diferença entre a SEM e a MET é a capacidade da MET de investigar átomos individuais por ter seu comprimento de onda menor (maior energia) enquanto a SEM, apesar de não ter resolução para átomos, tem maior habilidade de tomar imagens de superfícies de maior área e de amostras mais volumosas e não apenas pequenos filmes, como a MET.

retirado de

http://www.metalmat.ufrj.br/e scolanano/Caract_catalisado res_Carlos_AndrePerez.pdf

DIFERENÇA

Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET ou TEM) Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV ou SEM)

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Diferença entre Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura (MEV)

Um microscópio eletrônico de varredura (MEV) utiliza um feixe de elétrons no lugar de fótons utilizados em um microscópio óptico

convencional, o que permite solucionar o problema de resolução relacionado com a fonte de luz branca.

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Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV ou SEM)

O microscópio de varredura (SEM)

 permite explorar a superfície da amostra repetidamente com um feixe de elétrons muito colimado, com diâmetro ~1 mm.

 As ligeiras variações da topografia de uma superfície produzem variações de intensidade do feixe de elétrons secundários e que foram expulsos da superfície da amostra.

 A amplificação que pode-se obter está limitada ao diâmetro do feixe de elétrons e é bem maior que a que se pode obter com o microscópio ótico.  Possui a vantagem de visualização de uma imagem (tridimensional).

 A profundidade de campo do equipamento permite que uma superfície

irregular pode ser submetida a análise o que não acontece com o

microscópio ótico que necessita de superfícies planas e polidas.  Também é uma técnica que preserva a amostra.

 Se o sistema possuir um sistema de EDX acoplado é possível rapidamente

obter a análise dos elementos químicos presente na área da amostra analisada.

 A identificação elementar se dá pela determinação dos fótons característicos emitidos da amostra.

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ACNEIVA. Curso CABENS, outubro 2011

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Imagem ótica, MEV e

difratograma de tecido

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Microscopia Digital

48 Imagens do microscópio digital

Dino-Lite das amostras da obra Sagrada Família (à direita) e Passo XIII (acima) Mestrado – Natasha F. Aguero – IFUSP

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Microscopia Ótica

49 Imagens do microscópio ótico

Leica da estratigrafia das

amostras da obra Sagrada Família (à direita) e Passo XIII (acima)

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MEV-Mapeamento elementar por EDS

50 Mapeamento elementar da amostra azul

QSE06 (Sagrada Família)

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MEV-Mapeamento elementar por EDS

51 Mapeamento elementar da amostra azul

AXIII (Passo XIII)

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MEV-Mapeamento elementar por EDS

52 Mapeamento elementar da amostra marrom-avermelhada

MXIII (Passo XIII)

Mestrado – Natasha F. Aguero – IFUSP 2017

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Sistematização

53 Obra Sagrada Família Obra Passo XIII

Mestrado – Natasha F. Aguero – IFUSP 2017

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O primeiro imperador e suas esposas

Dissertação de mestrado: Valdirene Ambiel – MAE - USP

Textil – Tunica da D. Leopoldina – PIXE, XRF, IR,

Microscopia MEV Monumento Ipiranga Foto : E. M. Ka jiya

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Microscopia MEV - Túnica

O primeiro imperador e suas esposas

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Microscopia –

ótica+XRF - Túnica

500 1000 1500 2000 Channel 0 20 40 60 80 100 120 Y ie ld (# /u C /k eV /m sr ) 1 /2 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 Energy (MeV) 130725af Ar Ag Ca Ag Cu Cl C o n t a g e n s Energia (MeV) Canais Ar Fe Au Au Pb Pb Ca