Materiali da Museo Sotto la Lente: la Spettrometria di Massa Rivela i Segreti (e i Pericoli!)

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di un argomento che mi sta particolarmente a cuore e che, credetemi, è più affascinante di quanto sembri a prima vista: come scegliamo i materiali giusti per costruire teche, supporti e allestimenti nei nostri amati musei. Sembra una questione banale? Tutt’altro! La salute a lungo termine delle opere d’arte dipende moltissimo da queste scelte.

Il Problema Nascosto nelle Vetrine

Vedete, ogni materiale, che sia legno, plastica, colla o tessuto, può emettere nel tempo dei composti organici volatili (i famigerati VOC) o semi-volatili (SVOC). Queste emissioni, invisibili e spesso inodori, possono interagire con le opere d’arte, causando danni come corrosione, alterazioni cromatiche o addirittura il degrado strutturale. Immaginate la scena: un capolavoro esposto in una teca elegantissima, ma che lentamente si rovina a causa dei materiali usati per costruirla. Un incubo per chiunque lavori nella conservazione!

Spesso, le schede tecniche dei prodotti sono vaghe o incomplete sulla composizione chimica. E così, per decenni, noi professionisti dei musei ci siamo affidati a test empirici, come l’analisi del pH, la ricerca di zolfo e cloro, o test di corrosione accelerata.

Il Test di Oddy: Un Alleato con Qualche Limite

Tra questi, il test di Oddy è sicuramente il più conosciuto e utilizzato. In pratica, si espongono tre campioncini metallici (argento, rame e piombo) ai vapori emessi dal materiale da testare, in un ambiente chiuso, per 28 giorni a 60°C e 100% di umidità relativa. Un vero e proprio “stress test”! Alla fine, si osserva il grado di corrosione dei metalli e si classifica il materiale come “permanente” (P), “temporaneo” (T) o “non idoneo” (U).

Nonostante le sue numerose revisioni e migliorie, il test di Oddy ha dei limiti che noi addetti ai lavori conosciamo bene:

• Durata: Un mese intero, più il tempo per preparare i campioni, fotografarli e interpretare i risultati. Un’eternità quando si hanno scadenze strette!
• Reattività limitata: Si concentra su argento, rame e piombo. Ma che dire di carta, vernici, plastiche e altri materiali artistici?
• Condizioni estreme: 60°C e 100% di umidità non riflettono esattamente le condizioni controllate di un museo.
• Soggettività: L’interpretazione della corrosione è visiva e dipende molto dall’esperienza dell’operatore. Questo introduce variabilità.
• Mancanza di standardizzazione: Esistono oltre 40 versioni del test! Questo rende difficile confrontare i risultati tra laboratori diversi.

Certo, il test di Oddy ha dimostrato la sua utilità in molti casi, prevenendo danni. Ma ci sono state anche situazioni, come quella dell’adesivo Terostat-9220, in cui un materiale che aveva superato il test ha poi causato problemi seri (efflorescenze cristalline sugli oggetti) perché emetteva un composto, il TMP-ol, non corrosivo per i metalli del test ma reattivo con altri elementi nelle teche. Questo ci spinge a cercare alternative più rapide, oggettive e dettagliate.

La Spettrometria di Massa: Una Finestra sulla Chimica Invisibile

Ed è qui che entra in gioco la mia passione: la spettrometria di massa (MS)! Questa tecnica analitica, spesso accoppiata alla gascromatografia (GC), ci permette di identificare qualitativamente i VOC e gli SVOC emessi dai materiali da costruzione museale. Immaginate di poter “annusare” chimicamente un materiale e sapere esattamente cosa sta rilasciando nell’ambiente. Fantastico, no?

I vantaggi sono notevoli: analisi molto più veloci e una valutazione chimicamente informata dei rischi. Mentre il test di Oddy non identifica i singoli inquinanti, la MS ci fornisce un profilo dettagliato dei composti emessi. Confrontando questi dati con i risultati del test di Oddy sugli stessi materiali, possiamo capire meglio quali sostanze sono davvero pericolose e, magari, scovare quei materiali che passano il test di Oddy ma che potrebbero comunque nuocere alle collezioni.

Recentemente, abbiamo condotto uno studio comparativo (pubblicato su Nature, per chi volesse approfondire!) su dieci materiali, valutando tre diversi approcci di spettrometria di massa disponibili presso istituzioni prestigiose come il Rijksmuseum, il Metropolitan Museum of Art e lo Smithsonian’s Museum Conservation Institute.

Le Nostre Indagini: Tre Approcci a Confronto

Abbiamo messo alla prova queste metodologie:

• HS-SPME-trap-enrichment-GC-MS: Una tecnica innovativa che utilizza una microestrazione in fase solida (SPME) in spazio di testa, con un passaggio di arricchimento su una trappola criogenica. Questo migliora la sensibilità, specialmente per composti volatili corrosivi presenti in basse concentrazioni, come l’acido acetico. Abbiamo ottimizzato questo metodo proprio per massimizzare la risposta dell’acido acetico, noto per la sua capacità di corrodere il piombo e, in misura minore, il rame.
• DTD-GC-MS (Direct Thermal Desorption): Qui, i campioni vengono riscaldati direttamente e i volatili rilasciati vengono trasferiti su una colonna GC-MS. Questo approccio offre un profilo chimico più ampio, perché non c’è il rischio di “competizione” tra le molecole per i siti attivi della fibra SPME. Nel nostro studio, ha spesso rilevato un numero maggiore di composti, anche grazie a temperature di desorbimento più elevate (180°C contro gli 80°C della SPME).
• DART-HRMS (Direct Analysis in Real Time – High Resolution Mass Spectrometry): Una tecnica super rapida che analizza il campione quasi “in diretta”, senza preparazione complessa, e fornisce masse accurate, utilissima per confermare la presenza di additivi specifici.

Cosa Abbiamo Scoperto: Correlazioni e Sorprese

I risultati sono stati illuminanti! Ad esempio, l’arricchimento nella tecnica HS-SPME ha permesso di rilevare l’acido acetico in materiali dove la singola estrazione SPME non lo vedeva. Confrontando HS-SPME-trap-enrichment e DTD, abbiamo notato che il DTD identificava l’acido acetico in più materiali, ma entrambi i metodi mostravano picchi molto più alti per questo acido nei materiali a base di legno (betulla e MDF), che infatti avevano causato una severa corrosione del piombo nel test di Oddy (classificati “U”).

Questo suggerisce una potenziale correlazione: alti livelli di acido acetico rilevati dalla GC-MS potrebbero indicare un’alta probabilità di corrosione del piombo. Tuttavia, la semplice presenza di acido acetico non basta a condannare un materiale. Altri materiali con picchi di acido acetico molto più bassi hanno corroso meno il piombo (classificati “P” o “T”). Serviranno altri test per definire soglie precise.

Ma non c’è solo l’acido acetico! Entrambe le tecniche GC-MS hanno scovato altri “cattivi noti”:

• Ftalati (plastificanti): Trovati in molti materiali, incluso uno (un sigillante) che aveva superato il test di Oddy. Gli ftalati possono migrare e “rammollire” altri oggetti, compromettendone l’integrità. Un rischio che il test di Oddy da solo non avrebbe evidenziato!
• Acidi carbossilici: Oltre all’acetico, come l’acido lattico nel filamento di PLA (che infatti ha corroso rame e piombo) o l’acido formico nei legni (sensibilissimo per rame e piombo).
• Composti solforati: Una gomma nera, classificata “U” per argento e rame, ha mostrato emissioni di composti dello zolfo con tutte e tre le tecniche MS. Lo zolfo è usato nella vulcanizzazione della gomma e può spiegare l’annerimento dell’argento.
• Glicoli e ritardanti di fiamma fosfati (come il TCPP): Potenzialmente reattivi o dannosi per altri materiali.

La DART-HRMS si è rivelata eccellente per confermare rapidamente l’identità di composti specifici, mentre le tecniche GC-MS sono più adatte come strumento di screening generale.

Non Solo Vantaggi: Le Sfide della Spettrometria di Massa

Certo, la spettrometria di massa è molto più veloce del test di Oddy (parliamo di ore contro settimane!). Tuttavia, l’interpretazione dei dati richiede un livello di competenza più elevato. Non basta vedere un picco in un cromatogramma; bisogna capire cosa significa quel composto per la conservazione delle opere d’arte, basandosi sulla letteratura esistente e sull'”intuito chimico” dell’analista. Inoltre, queste tecniche MS, così come il test di Oddy, non possono prevedere reazioni indesiderate causate da prodotti di degradazione a lungo termine dei materiali.

Una delle sfide più grandi è creare un database completo che elenchi i composti chimici indesiderati e le concentrazioni alle quali diventano dannosi per le diverse tipologie di opere. Standardizzare i metodi MS per queste analisi è un altro passo cruciale.

Verso un Futuro Più Sicuro per le Nostre Collezioni

In conclusione, le tecniche basate sulla spettrometria di massa rappresentano un enorme passo avanti per valutare i materiali da utilizzare in ambito museale. Offrono analisi rapide e informazioni chimiche dettagliate che possono integrare, e in alcuni casi forse un giorno sostituire, i test tradizionali come l’Oddy test.

Il nostro studio ha dimostrato il potenziale di HS-SPME-trap-enrichment, DTD-GC-MS e DART-HRMS. Sebbene la correlazione con i risultati del test di Oddy non sia ancora perfetta e richieda ulteriori affinamenti, è chiaro che la MS può diventare uno strumento di screening preziosissimo. Ci aiuta a prendere decisioni più consapevoli, a scegliere materiali più inerti e, in definitiva, a proteggere meglio il nostro insostituibile patrimonio culturale.

La strada è ancora lunga, ma la direzione è quella giusta. E io sono entusiasta di far parte di questa piccola rivoluzione scientifica al servizio dell’arte!

Fonte: Springer Nature