La fluorescenza a raggi X portatile (pXRF) è oggi una delle tecniche più utilizzate per l'analisi non invasiva dei beni culturali. La possibilità di ottenere rapidamente informazioni sulla composizione elementare di dipinti, reperti archeologici, manufatti metallici, materiali lapidei e opere policrome ha reso questi strumenti indispensabili nelle attività di documentazione, diagnostica e conservazione. La loro crescente diffusione, tuttavia, ha alimentato anche convinzioni semplicistiche: che la pXRF possa "identificare qualsiasi materiale", sostituire le analisi di laboratorio o fornire risultati immediati senza particolari competenze interpretative.
Questo articolo, prendendo spunto da una recente review pubblicata su npj Heritage Science, analizza il ruolo reale della pXRF nell'Heritage Science, illustrandone principi, potenzialità, limiti e prospettive. Più che descrivere una singola tecnologia, propone una riflessione sul passaggio verso approcci diagnostici multimodali e integrati.
Perché la pXRF è diventata uno strumento indispensabile
Negli ultimi vent'anni la diagnostica dei beni culturali si è progressivamente spostata dalle sole analisi di laboratorio verso indagini eseguibili direttamente sull'opera. La pXRF si è diffusa rapidamente perché è compatta, utilizzabile nei musei, nei cantieri e negli scavi e permette di ottenere in tempi brevi informazioni qualitative o semi-quantitative sulla composizione elementare.
Il fascio di raggi X eccita gli atomi del materiale, che emettono radiazioni fluorescenti con energie caratteristiche. Lo spettro consente di riconoscere gli elementi presenti e, in determinate condizioni, di stimarne la concentrazione. Le applicazioni comprendono pigmenti, leghe metalliche, ceramiche, vetri, materiali lapidei, prodotti di degrado e interventi di restauro.
Rivelatori SDD, elettronica più efficiente e software evoluti hanno migliorato sensibilità e velocità. Questa accessibilità ha però favorito l'idea che la pXRF sia uno strumento automatico. In realtà, i dati devono essere interpretati considerando matrice, stratigrafia, geometria di misura, profondità di penetrazione e possibili interferenze. La qualità del risultato dipende quindi tanto dalla strumentazione quanto dalle competenze dell'operatore.
Limiti e falsi miti della pXRF
La pXRF identifica il materiale. In realtà rileva gli elementi chimici, non identifica automaticamente pigmenti, leghe o composti. La presenza di mercurio può suggerire il cinabro, mentre rame, cobalto o piombo possono orientare verso determinate famiglie di pigmenti; lo stesso elemento, tuttavia, può provenire da materiali differenti, strati preparatori, restauri o contaminazioni. Molti leganti, resine, vernici, coloranti e pigmenti organici non sono direttamente caratterizzabili e richiedono tecniche molecolari come Raman, FTIR o spettroscopia di riflettanza.
Il risultato è immediato e oggettivo. L'acquisizione può durare pochi secondi, ma lo spettro è influenzato dalla matrice, dalla sovrapposizione dei picchi, dalla distanza e inclinazione dello strumento, dalla rugosità, dallo spessore degli strati e dai parametri impostati. È quindi necessario documentare il protocollo e verificare la ripetibilità delle misure.
La pXRF vede soltanto la superficie. I raggi X possono penetrare negli strati sottostanti con profondità variabile. Lo spettro può contenere simultaneamente segnali provenienti dalla superficie, dagli strati pittorici, dalla preparazione o dal supporto, senza indicare automaticamente la loro provenienza stratigrafica.
La quantificazione è sempre affidabile. Le migliori condizioni quantitative si ottengono con campioni omogenei, matrici note e materiali di riferimento adeguati. I beni culturali sono invece spesso eterogenei, stratificati, degradati e irregolari: in molti casi, risultati qualitativi o semi-quantitativi sono più solidi delle concentrazioni assolute calcolate automaticamente.
La pXRF sostituisce il laboratorio. Lo strumento è particolarmente efficace per riconoscere gli elementi principali, confrontare aree differenti, individuare anomalie o materiali anacronistici e selezionare i punti da approfondire. Non è però sufficiente, da solo, per identificare molte fasi mineralogiche, composti organici o strutture molecolari.
Il problema dell'autenticazione
La review pubblicata su npj Heritage Science dedica particolare attenzione all'autenticazione di dipinti e manufatti metallici. La presenza di un elemento associato a materiali moderni può fornire un possibile terminus post quem, ma non prova automaticamente una falsificazione: il segnale potrebbe derivare da un restauro, una ridipintura, una preparazione successiva o una contaminazione. Allo stesso modo, l'assenza di elementi anacronistici non dimostra l'autenticità.
La pXRF assume valore probatorio soltanto all'interno di un percorso che consideri stratigrafia, tecniche esecutive, storia conservativa e documentazione storico-artistica. Il rischio non deriva dallo strumento, ma dalla sovrainterpretazione dei risultati. La review completa è disponibile su npj Heritage Science.
L'evoluzione più significativa consiste nell'integrazione con tecniche complementari. La pXRF indica quali elementi sono presenti; Raman e FTIR possono riconoscere i composti; FORS e imaging iperspettrale estendono l'osservazione a superfici più ampie; MA-XRF costruisce mappe di distribuzione elementare; microscopia, radiografia e analisi di laboratorio contribuiscono alla lettura della stratigrafia.
Non si tratta di accumulare analisi, ma di costruire una sequenza coerente: osservazione e documentazione, screening pXRF, individuazione delle aree significative, applicazione di tecniche molecolari o di imaging ed eventuale microcampionamento mirato. In questo quadro la pXRF orienta le fasi successive e permette di ridurre campioni, tempi e impatto sull'opera.
L'affidabilità, però, dipende dalla qualità del protocollo. Prima dell'acquisizione occorre definire il quesito: riconoscere una lega, confrontare pigmenti, individuare restauri, verificare provenienze o selezionare aree da approfondire. Il protocollo dovrebbe documentare strumento, tensione e corrente del tubo, filtri, durata, distanza, dimensione dello spot e condizioni ambientali. Sono inoltre utili fotografie dei punti, misure replicate e materiali di riferimento compatibili con la matrice.
Nel caso delle opere policrome, la scelta dei punti dovrebbe derivare dall'osservazione e dalla documentazione multispettrale. Per metalli, ceramiche e materiali lapidei occorre valutare eterogeneità, patine, corrosione e incrostazioni. Una misura di pochi millimetri non può essere considerata automaticamente rappresentativa dell'intero manufatto.
Anche la sicurezza radiologica fa parte del protocollo. La pXRF utilizza radiazioni ionizzanti e deve essere impiegata da operatori formati, impedendo esposizioni accidentali. Il Getty Conservation Institute ha dedicato all'argomento il manuale Handheld XRF in Cultural Heritage.
Ricerca e laboratori in Italia
La crescita della pXRF è legata ai laboratori che sperimentano protocolli integrati, sviluppano strumentazione e formano nuove figure professionali. Tra le realtà italiane pertinenti:
- il Laboratorio Diagnostico per i Beni Culturali dell'Università di Bologna, nel Campus di Ravenna, utilizza sistemi portatili EDS-XRF insieme a Raman, riflettanza visibile, colorimetria e altre tecniche in situ;
- il LANDA della Sapienza Università di Roma opera nella caratterizzazione fisica dei materiali e nella conservazione attraverso metodologie non distruttive applicabili direttamente sui manufatti;
- il Centro di Servizi per le strumentazioni scientifiche dell'Università Ca' Foscari Venezia dispone di sistemi XRF per analisi puntuali e scansioni di macro-aree, affiancati da tecniche spettroscopiche e di imaging;
- lo XRAYLab del CNR–ISPC sviluppa strumentazione e metodologie a raggi X per la caratterizzazione non invasiva di materiali archeologici e storico-artistici, utilizzabili nei musei e nei siti.
Queste attività mostrano come il valore scientifico non dipenda dalla disponibilità del singolo apparecchio, ma dalla capacità di collegare acquisizione, interpretazione, ricerca storica e conservazione.
Osservatorio Archeomatica: strumenti e produttori
Il mercato propone soluzioni differenti per sensibilità agli elementi leggeri, dimensione dello spot, possibilità di operare senza contatto, software, calibrazioni e documentazione. Tra i produttori attivi figurano Bruker con TRACER 5, Thermo Fisher Scientific con Niton XL5 Plus, Evident con Vanta, Hitachi High-Tech con X-MET8000 e SciAps con X-Series.
La presenza di strumenti nati per applicazioni industriali non implica che ogni configurazione sia adatta ai beni culturali. Nella scelta devono essere valutati controllo dei parametri, accesso agli spettri grezzi, calibrazioni personalizzabili, documentazione del punto analizzato, impiego su superfici irregolari e assistenza applicativa specifica.
Spazio produttori e centri applicativi
Archeomatica invita produttori, distributori, laboratori e istituti di ricerca a presentare configurazioni sviluppate per i beni culturali, protocolli verificabili e casi di studio comparativi. Particolare interesse sarà riservato alle soluzioni che documentino prestazioni su materiali stratificati, elementi leggeri, superfici irregolari e integrazione con Raman, FTIR, imaging iperspettrale o MA-XRF. L'obiettivo è costruire un osservatorio tecnico basato su applicazioni documentate e non soltanto sulle specifiche commerciali.
Conclusioni
La pXRF ha modificato profondamente la diagnostica dei beni culturali, rendendo disponibili analisi elementari rapide direttamente sull'opera. La sua efficacia non coincide però con la semplicità d'uso: uno spettro non identifica automaticamente un materiale, una concentrazione fornita dal software non è necessariamente rappresentativa e la presenza di un elemento non può essere separata dalla storia conservativa e dalla stratigrafia.
Utilizzata con protocolli documentati, competenze interdisciplinari e tecniche complementari, la pXRF rimane uno degli strumenti più efficaci dell'Heritage Science contemporanea. Il futuro non dipenderà soltanto da spettrometri più sensibili e leggeri, ma dalla capacità di produrre dati confrontabili, condividere procedure e integrare le informazioni elementari in diagnosi scientificamente motivate.
Fonte scientifica principale
Marco Nicola, Luca Matullo, Alessandro Marello, Chiara Mastrippolito et al., Portable XRF for paintings and metals authentication: a critical guide to some practical limitations and multi-technique integrations, npj Heritage Science, 14, 256 (2026).
