Cos'è la spettrometria di massa?

In laboratorio, Luca Perlini, fisico all'Università di Verona, ci introduce allo spettrometro, e a come si usa questo strumento sulle opere d’arte. 

Per capire meglio le funzioni dello spettrometro  il fisico per un esempio: per sminuzzare le verdure, e trasformare un rustico minestrone in una raffinata vellutata usiamo un mixer. Se sappiamo quali verdure ci sono nel minestrone, possiamo facilmente immaginare quale sarà il sapore e l’aspetto finale della vellutata. Ma esiste un modo per fare il percorso inverso?
Esiste un elettrodomestico che “ritrasformi” una vellutata in un minestrone, consentendoci di sapere quali e quante verdure lo compongono? In effetti, no: l’unica cosa che possiamo fare, è assaggiare la vellutata, e provare ad ipotizzare, in modo approssimativo, almeno i tipi di verdure che la compongono.

La luce, o radiazione elettromagnetica, ha una natura alquanto variegata: ogni raggio luminoso è in realtà molto simile ad una delicata vellutata, composta non da verdure, ma da onde di diverse lunghezze d’onda. Benché i nostri occhi percepiscano, magari, il raggio di luce come formato da un solo colore (ad esempio, la luce gialla di una lampadina), esso può essere in realtà formato da tanti “colori” sovrapposti, o addirittura da raggi di radiazione a cui il nostro occhio non è sensibile, come la radiazione ultravioletta e quella infrarossa. In molte applicazioni è fondamentale capire esattamente da quali lunghezze d’onda la luce è composta. Come per il caso del minestrone, non è semplice: una bella vellutata arancione potrebbe ragionevolmente contenere zucca e carote, ma come sapere se non contenga, in qualche quantità, anche patate, cipolla o cavolfiore? 

Inoltre, per quanto riguarda la luce, ci interessa sapere non soltanto quali lunghezze d’onda la compongano (quali verdure) ma anche quante verdure di ogni tipo (in quali quantità)! L’estrazione di questo tipo di informazione, ovvero la scomposizione della luce nelle sue componenti diverse, prende il nome di spettrometria (= analisi dello spettro, parola con cui Newton indicò l’insieme di colori che compongono la luce, appunto). Fortunatamente, nel caso della radiazione elettromagnetica esistono degli strumenti che svolgono egregiamente questo compito: gli spettrometri. Essi basano il proprio funzionamento sul fatto che la luce ha un comportamento ondulatorio.

Ciò implica, tra le altre cose, che quando essa passa attraverso ostacoli con forma particolare (i cosiddetti reticoli di diffrazione), ogni componente di particolare lunghezza d’onda viene deviata di un angolo specifico. Analizzando quindi di quanto un componente viene deviato nel superare tale reticolo, si può risalire al valore della sua lunghezza d’onda, e all’intensità di tale componente.

Questa procedura è assai sfruttata nell’ambito dei beni culturali: in tal caso, si è soliti analizzare non tanto la luce proveniente da una lampadina, quanto quella riflessa dalla superficie di un dipinto (il suo spettro di riflettanza). Riconoscere da quante e quali lunghezze d’onda è composta la luce riflessa da un certo pigmento consente di identificare in modo univoco tale pigmento, anche dal punto di vista del materiale di cui è composto. Così, pigmenti con colori apparentemente simili possono essere distinti e identificati, il che è assai utile per fare considerazioni legate alla datazione, alla composizione, all’attribuzione e all’autenticità di un’opera, oltre che studi di carattere artistico.