Progetto svolto dall'Unità di Ricerca

Il progetto è volto alla studio e alla conoscenza chimica delle sostanze organiche naturali che in passato sono state impiegate per la preparazione di materiali pittorici e come ingredienti di cosmetici, prodotti farmaceutici e preparati medicali. Lo studio delle sostanze organiche naturali utilizzate nell'artigianato e nell'arte può apportare un contributo notevole alla conoscenza di usi e costumi di civiltà e culture del passato. Spesso infatti l'interesse verso artefatti di interesse storico-artistico e/o archeologico va ben oltre il loro valore estetico ed è essenzialmente rivolto alla loro storia, al contesto storico-culturale-tecnologico nel quale vennero realizzati e alle modalità di impiego. Quindi, un approccio di tipo chimico allo studio dei materiali organici rinvenuti in associazione ad oggetti antichi può completare le informazioni ottenute dai documenti dagli studi storici/archeologici con i dati relativi sia alla composizione e alla identificazione dei materiali, e quelli relativi sia alle trasformazioni avvenute in seguito a manipolazioni tecnologiche che a processi di naturale degrado.
La caratterizzazione di tali materiali e la loro identificazione è resa particolarmente problematica dal fatto che le sostanze originali native sono complesse miscele di numerose specie organiche, spesso molto simili tra di loro. La loro composizione chimica veniva inoltre alterata dall'azione dell'uomo prima e/o durante l'uso. A queste trasformazioni si aggiungono quelle che avvengono durante l'invecchiamento e che sono profondamente influenzate dalle condizioni ambientali in cui l'oggetto viene a trovarsi nel corso dei secoli. Per questo motivo uno degli obiettivi del progetto sarà quello di mettere a punto un protocollo analitico che preveda l'impiego di più tecniche analitiche nello studio di uno stesso campione, in modo da ottenere risultati complementari.
La spettrometria di massa impiegata come tecnica di rivelazione per la cromatografia (GC/MS) e pirolisi gas cromatografia (Py/GC/MS) svolgerà un ruolo di primo piano. Saranno inoltre utilizzate tecniche basate su spettrometria di massa diretta, quali la spettrometria di massa ad esposizione diretta (DE-MS), che hanno tempi di analisi di pochi minuti e non necessitano del pre-trattamento del campione.
Tutte le procedure verranno validate grazie all'impiego di specifici materiali di riferimento. Inoltre, poiché le tecniche analitiche che intendiamo impiegare per lo svolgimento del progetto permettono di raccogliere grandi numeri di dati relativi ad un elevato numero di campioni risulterà particolarmente utile applicare tecniche di statistica multivariata (chemometria), che permettono di raggiungere risultati, che altrimenti sarebbero difficili da ottenere, in modo rapido, efficace e accurato. Tecniche chemometriche (pattern analysis, analisi delle componenti principali) saranno applicate per confrontare in maniera quantitativa campioni per cui sia stata effettuata la misura di più variabili chimiche, al fine di assegnare con certezza identità e/o epoca ad un campione incognito, o integrare le informazioni provenienti da un medesimo campione studiato con più strumenti.
L'interpretazione finale dei risultati permetterà di risalire, sulla base dei dati chimico-fisici-chemiometrici e delle fonti documentarie, ai diversi luoghi di provenienza dei reperti e alla loro tipologia d'uso. Tali informazioni saranno raccolte in un database dedicato.

  Partecipanti all'Unità di Ricerca

Maria Perla COLOMBINI - Professore ordinario
Università di Pisa, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale - perla@dcci.unipi.it

Francesca MODUGNO - Ricercatore
Università di Pisa, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale - frances@dcci.unipi.it

Erika RIBECHINI - Ricercatore
Università di Pisa, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale - erika@dcci.unipi.it

Flora SILVANO - Ricercatore
Università di Pisa, Dipartimento di Scienze Storiche del mondo Antico - silvano@sta.unipi.it

Alessia ANDREOTTI - Tecnico laureato
Università di Pisa, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale - alessia@dcci.unipi.it

Vincenzo PALLESCHI - Primo Ricercatore
Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto per i Processi Chimico-Fisici IPCF, Pisa - vince@ipcf.cnr.it

Gianna GIACHI - Chimico Direttore
Soprintendenza Archeologica della Toscana, Lab. di Restauro, Firenze - gianna.giachi@beniculturali.it
 
Jeannette Jacqueline LUCEJKO - Dottorando
Università di Pisa, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale - jlucejko@gmail.com

Marco ROCCHI - Dottorando
Università di Pisa, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale - forsena@gmail.com

Ilaria DEGANO - Borsista
Università di Pisa, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale - ilariad@dcci.unipi.it

Thibaut DEVIESE - Borsista
Università di Pisa, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale - thibaut.deviese@free.fr

Stefano LEGNAIOLI - Borsista
Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto per i Processi Chimico-Fisici IPCF, Pisa - stefanol@ifam.pi.cnr.it

  Strumentazione

  •  GC/MS, Py-GC/MS, HPLC-UVvis, HPLC-DAD, IC

      Camera di invecchiamento SolarBox

  Alcune Pubblicazioni

A. Andreotti, I.Bonaduce, M. P. Colombini, E. Ribechini
Characterization of natural indigo and shellfish purple by mass spectrometry techniques, Rapid Communication in Mass Spectrometry - 18, 2004, 1213-1220.

M. P. Colombini, F. Modugno, E. Ribechini
The Egyptian mummies in the “Museo di Anatomia” of the University of Pisa: a chemical approach for the characterization of balms, Science and Technology for Cultural Heritage - 2004, 13, 83-87.

M. P. Colombini, G. Giachi, F. Modugno, P. Pallecchi, E. Ribechini
Caratterizzazione delle sostanze contenute in alcuni vasi ceramici in Maria Cristina Guidotti – Lavinia Pesi, La Ceramica da Antinoe nell'Ist. Papirologico «G. Vitelli», Studi e Testi di Papirologia
N.S. 6, Firenze 2004.

M. P. Colombini, G. Giachi, P. Pallecchi, E. Ribechini
Analysis of a putty-like material in The Ma’Agan Mikhael Ship, The Recovery of a 2400-year old Merchantman, final report Volume II, Edited by John Tresman, 2004 by the Israel Exploration Society and the University of Haifa - ISNB 965-221-055-2, 133-137.

M. P. Colombini, G. Giachi, F. Modugno, E. Ribechini
Characterisation of organic residues in pottery vessels of the roman age from Antinoe (Egypt) Microchemical Journal - 79, 2005, 83-90.

M. P. Colombini, F. Modugno, E. Ribechini
Direct exposure electron ionization mass spectrometry and gas chromatography/mass spectrometry techniques to study organic coatings on archaeological amphorae
Journal of Mass Spectrometry, 2005, 40, 675-687.

M. P. Colombini, C. Colombo, F. Modugno, F. Silvano, E. Ribechini, L. Toniolo
Chemical characterization of Egyptian amphorae from Fayum, Geoarchaeological and Bioarchaeological Studies - 2005, 157-160.

M. P. Colombini, F. Modugno, E. Ribechini
Organic mass spectrometry in archaeology: evidence for Brassicaceae seed oil in Egyptian ceramic lamps -  Journal of Mass Spectrometry, 2005, 40, 890-898.

M. P. Colombini, F. Modugno, E. Ribechini
Chemical study of triterpenoid resinous materials in archaeological findings by means of direct exposure electron ionisation mass spectrometry and gas chromatography/mass spectrometry, Rapid Communications in Mass Spectrometry - 2006, 20, 1787-1800.

F. Modugno, E. Ribechini, M. P. Colombini
Aromatic resin characterisation by gas chromatography–mass spectrometry: Raw and archaeological materials - Journal of Chromatography A 1134 (2006) 298-304.

A. Andreotti, I. Bonaduce, M.P. Colombini, G. Gautier, F. Modugno, E. Ribechini
A combined GC-MS analytical procedure for the characterisation of glycerolipid, waxy, resinous and proteinaceous materials in a unique paint micro-sample - Analytical Chemistry 78 (2006) 4490-4500.

Mazza P.A., Martini F., Sala B., Magi M., Colombini M. P., Giachi G., Landucci F., Lemorini C., Modugno F., Ribechini E. - A new Palaeolithic discovery: tar-hafted stone tools in a European Mid-Pleistocene bone bearing bed - Journal of Archaeological Science 33 (2006) 1310-1318.

I. Bonaduce, H. Brecoulakis, M. P. Colombini, A. Lluveras, V. Restivo, E. Ribechini
GC-MS Characterization of plant gums in samples from painted works of art, Journal of Chromatography  - A, 2007, 1175, 275-282.

E. Ribechini, M. P. Colombini
Chemical investigation on the organic resinous material found in a ceramic censer recovered in the ancient city of Sumhuram (Dhofar region, Oman) - Khor Rori Report 3, edito da A. Avanzini (Università di Pisa), L’Erma di Bretschneider editore, 2008.

E. Ribechini, F. Modugno, C. Baraldi, P. Baraldi, M.P. Colombini
An integrated analytical approach for characterizing an organic residue from, an archaeological glass bottle recovered in Pompeii (Naples, Italy) - Talanta 74 (2008), 555-561.

F. Modugno, E. Ribechini, M. Calderisi, G. Giachi, M. P. Colombini
Analysis of lignin from archaeological waterlogged wood by direct exposure mass spectrometry (DE-MS) and PCA evaluation of mass spectral data - Microchemical Journal 88 (2008), 186-193.

E. Ribechini, F. Modugno, R. Evershed, M. P. Colombini
Gas chromatographic and mass spectrometric investigations of organic residues from Roman glass unguentaria - Journal of Chromatography A 1183 (2008), 158-169.

F. Modugno, E. Ribechini, M. P. Colombini,
DE-(chemical ionisation)-mass spectrometry for a fast characterisation of raw and archaeological diterpenoid resinous substances - Microchimica Acta 162 (2008), 405–413.

Ilaria Bonaduce, Catharina Blaensdorf, Patrick Dietemann, Maria Perla Colombini
The binding media of the polychromy of Qin Shihuang’s Terracotta Army - Journal of Cultural Heritage, 9 (2008) 103-108

Laura Rampazzi, Biagio Rizzo; Chiara Colombo; Claudia Conti; Marco Realini; Ugo Bartolucci; Maria Perla Colombini; Andrea Spiriti; Laura Facchin - The stucco decorations from St. Lorenzo in Laino (Como, Italy): the materials and the techniques employed by the "Magistri Comacini" - Anal. Chim. Acta , 630 (2008) 91-100

A. Andreotti, M. P. Colombini, A. D’alessio, F. Frezzato, E. Ribechini
The characterization of red-violet organic dyes in ancient samples, Dyes in History and Archaeology 2008 in press.

M. P. Colombini, I. Degano, E. Ribechini
A multi-analytical approach to determine madder lake in archaeological findings submitted to Dyes in History and Archaeology - 2008 in press.