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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO
Facoltà di Scienze M. F. N.
Corso di Laurea in Chimica dell’Ambiente e dei Beni Culturali
Tesi di Laurea
“CARATTERIZZAZIONE ED INVECCHIAMENTO DI
LEGANTI PITTORICI A BASE DI GOMME VEGETALI”
Relatore: Prof. Oscar Chiantore
Correlatore: Dott.ssa Dominique Scalarone
Controrelatore: Dott.ssa Margherita Barbero
Candidato: Silvia Caruso
Anno Accademico 2005/2006

1.INTRODUZIONE .............................................................................3
2.PARTE GENERALE.........................................................................5
2.1 CARATTERISTICHE DELLE GOMME VEGETALI ........................... 5
2.1.1 Introduzione................................................................................................. 5
2.1.2 Le gomme vegetali ...................................................................................... 6
2.1.3 Composizione chimica delle gomme vegetali............................................. 7
2.1.4 Gomma arabica.......................................................................................... 13
2.1.5 Gomma adragante...................................................................................... 15
2.2 APPLICAZIONI DELLE GOMME VEGETALI NEL CAMPO DEI
BENI CULTURALI ............................................................................................ 17
2.2.1 Introduzione............................................................................................... 17
2.2.2 La tempera................................................................................................. 18
2.2.3 L’acquerello............................................................................................... 18
2.2.4 Il pastello ................................................................................................... 19
2.2.5 Le miniature............................................................................................... 19
2.2.6 L’inchiostro ............................................................................................... 20
2.2.7 L’oro musivo ............................................................................................. 21
2.3 STUDI PRECEDENTI SULLE GOMME VEGETALI ......................... 22
2.4 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................ 26
3.PARTE SPERIMENTALE .............................................................28
3.1 INTRODUZIONE....................................................................................... 28
3.1.1 Progetto...................................................................................................... 28
3.1.2 I materiali................................................................................................... 29
3.2 CAMERA DI FOTOOSSIDAZIONE....................................................... 31
3.2.1 Preparazione del campione........................................................................ 32
3.3 SPETTROSCOPIA FTIR .......................................................................... 34
3.3.1 Preparazione del campione........................................................................ 34
3.4 GASCROMATOGRAFIA - SPETTROMETRIA DI MASSA .............. 35
3.4.1 Preparazione del campione........................................................................ 36
3.5 PIROLISI - GASCROMATOGRAFIA - SPETTROMETRIA DI
MASSA ................................................................................................................. 37
3.5.1 Preparazione del campione........................................................................ 38
3.6 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................ 39
1

4.RISULTATI E DISCUSSIONE......................................................40
4.1 SPETTROSCOPIA FTIR .......................................................................... 40
4.1.1 Caratterizzazione delle gomme vegetali.................................................... 40
4.1.2 Invecchiamento delle gomme vegetali ...................................................... 43
4.2 GASCROMATOGRAFIA - SPETTROMETRIA DI MASSA .............. 51
4.2.1 Introduzione............................................................................................... 51
4.2.2 Analisi degli standard dei monosaccaridi mediante sililazione................. 52
4.2.3 Analisi degli standard dei monosaccaridi mediante metanolisi e
sililazione............................................................................................................... 59
4.2.4 Analisi delle gomme vegetali mediante metanolisi e sililazione............... 69
4.2.5 Analisi delle gomme vegetali invecchiate mediante metanolisi e
sililazione............................................................................................................... 74
4.3 PIROLISI - GASCROMATOGRAFIA - SPETTROMETRIA DI
MASSA ................................................................................................................. 78
4.3.1 Introduzione............................................................................................... 78
4.3.2 I risultati..................................................................................................... 80
4.4 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................ 84
5.CONCLUSIONI ..............................................................................86
APPENDICE I……………………………………………………….………….90
APPENDICE II………………………………………………………………….98
2

1 INTRODUZIONE
Il crescente interesse verso il patrimonio artistico e la sua tutela ha dato un fortissimo
impulso allo sviluppo della chimica dei beni culturali. Tra le varie problematiche,
particolarmente interessante è quella della caratterizzazione del materiale pittorico.
L’identificazione dei composti di natura organica utilizzati in ambito pittorico è un
aspetto importante e complesso. Le difficoltà nascono dalla natura e dalla
molteplicità dei materiali utilizzati, molto spesso anche sottoforma di miscele di più
componenti sia organiche sia inorganiche.
Le gomme vegetali trovano applicazione in campo artistico come leganti per la
stesura di policromie. Con il termine legante s’intende una sostanza avente proprietà
di adesione tra le particelle del pigmento ed un supporto quale carta, pergamena,
legno o tela.
Le gomme vegetali sono materiali amorfi essudati di alcune piante, che in acqua si
sciolgono o generano soluzioni colloidali viscose. Strutturalmente le gomme vegetali
sono polisaccaridi molto complessi ad elevato peso molecolare, costituiti da una
grande varietà di pentosi ed esosi e dai loro derivati acidi (acidi uronici). Le più usate
nel campo delle tecniche pittoriche sono state la gomma arabica (prodotta da varie
specie di Acacia, provenienti soprattutto dal Senegal), la gomma adragante (ottenuta
dall’Astragalus, leguminosa dell’Asia Minore) e la gomma di ciliegio (nome
generico dato all’essudato di diversi alberi da frutta).
In particolare, in questo lavoro di tesi, sono stati studiati due differenti campioni di
gomma arabica (uno sottoforma di polvere e un prodotto commerciale contenente la
gomma sciolta in acqua) e un campione di gomma adragante allo stato solido.
Oggetto di questo progetto è stato lo sviluppo di una metodologia adatta per il
riconoscimento di gomme vegetali usate come leganti pittorici e lo studio dei
processi di invecchiamento avanzato.
Si sono voluti confrontare differenti tipi di invecchiamento artificiale: il primo
simula l’esposizione diretta alla luce del sole, mentre il secondo simula condizioni da
interno, cioè un’esposizione alla luce solare filtrata dal vetro di una finestra.
3

La caratterizzazione ed il successivo invecchiamento di questi leganti naturali è stato
effettuato tramite spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) e
gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS).
Inoltre si è cercato di mettere a punto un metodo di analisi in pirolisi (Py-GC/MS),
ricorrendo ad una sililazione on-line utilizzando come agente derivatizzante
esametildisilazano (HMDS).
4

2 PARTE GENERALE
2.1 CARATTERISTICHE DELLE GOMME VEGETALI
2.1.1 Introduzione
Le gomme vegetali sono dei materiali amorfi, essudati di alcune specie di piante a
foglie larghe e caduche (latifoglie), chimicamente appartenenti alla classe dei
polisaccaridi, di struttura piuttosto complessa, essenzialmente costituita da una
sequenza di monomeri di zuccheri semplici, alcuni contenenti un gruppo carbossilico
(acidi uronici) salificato con calcio, magnesio o potassio [1].
La principale differenza dagli altri essudati delle piante è data dalla solubilità in
acqua e insolubilità nei solventi organici, compresi gli alcoli. Tale caratteristica
costituisce appunto un criterio distintivo tra le gomme e le resine naturali, come ad
esempio la colofonia e la trementina ( insolubili in acqua e solubili nei solventi
organici), che sono, invece, ricavate dalle conifere (sempreverdi e a foglie
aghiformi). Non vanno confuse, inoltre, con gli elastomeri, nel linguaggio comune
designati con il nome di “gomme”, che sono materiali elastici, di origine naturale
(derivati del caucciù) o artificiale.
Le gomme vegetali si presentano come sostanze solide, compatte, più o meno
trasparenti, incolori se molto pure, altrimenti di colore giallognolo o anche bruno. Si
formano di solito in seguito a processi patologici (detti gommosi) dovuti a
degenerazione di cellule del legno, della corteccia, delle foglie, dei frutti e dei semi.
Questi processi si distinguono in non parassitari, traumatici e parassitari.
Nel primo caso la pianta è già predisposta alla malattia, in quanto dei gruppi di
cellule, non avendo raggiunto il loro completo sviluppo, vanno soggetti a particolari
alterazioni ossidative che trasformano in gomma i loro componenti. Le ossidazioni,
più che dall’ossigeno dell’aria, sono dovute a particolari enzimi prodotti dalle cellule
stesse. Durante la formazione della gomma si determina una pressione che provoca
spaccature nel tronco dalle quali essa fuoriesce.
5

Le gommosi traumatiche si hanno in ogni tessuto anche non predisposto e
rappresentano spesso una protezione per la pianta che secerne un liquido gommoso
per chiudere la ferita. Tali gommosi, generate da lesioni del cambio 1 provocate da
svariate cause (calore solare, puntura di insetti o incisioni), possono essere favorite
da speciali condizioni di clima o di terreno e aggravate dall’intervento di parassiti,
portando così alla formazione di gommosi parassitari.
In seguito alla fermentazione gommosa, le membrane cellulari, gli ammassi di cellule
ripiene di amido, i raggi midollari, etc., si trasformano in prodotti liquidi densi che
tendono ad uscire dalle screpolature indurendo rapidamente a contatto con l’aria e
che costituiscono le cosiddette gomme vegetali [2].
Per prevenire l’attacco dei microrganismi le gomme vengono in genere addizionate
di antifermentativi. Spesso è necessario anche aggiungere degli umettanti per
diminuire la fragilità del film. Le gomme sono state impiegate anche per formare
delle emulsioni e miscele con oli, uovo e caseina.
2.1.2 Le gomme vegetali
Esistono molti tipi di gomme vegetali; quelle più utilizzate nel corso della storia sono
state:
• gomma arabica (essudato derivante da varie specie di Acacia) è stata la più
utilizzata fin dall’antichità;
• gomma adragante (essudato derivante dai rami dell’Astragalus) ha avuto un
modesto utilizzo;
• gomma di ciliegio (nome generico dato agli essudati di diversi alberi da frutto)
ha avuto uno scarso impiego poiché, pur essendo molto trasparente, è piuttosto
fragile;
• gomma ghatty (essudato derivante da latifoglie Anogeissus);
• gomma karaya (essudato derivante dell’albero Sterculia urens che cresce in
India);
1
tessuto embrionale che si forma annualmente e provoca l’ingrossamento del tronco e delle radici
della pianta.
6

• gomma tamarindo (si ricava da alberi di tamarindo) [3].
Le gomme vegetali, e in particolare la gomma arabica, hanno trovato un largo
impiego nell'industria alimentare come eccipiente in quanto presentano una bassa
tossicità e nessuna controindicazione, anche se la polvere può provocare fenomeni
asmatici nei soggetti sensibili o, addirittura, lesioni cutanee. Vengono anche
impiegate nella cura di alcuni disturbi tipo diarrea, dissenteria, enteriti, essendo
antidiarroici mucillaginosi ed emollienti. Impedendo la cristallizzazione dello
zucchero trovano larghissimo impiego nell'industria alimentare e soprattutto dolciaria
[3].
Inoltre sono state usate fin dall’antichità in campo artistico come leganti per la
stesura di policromie o come adesivi. La gomma vegetale più utilizzata e
commercializzata fin dal Medioevo è stata la gomma arabica. A partire dal 1300,
infatti, venne a sostituire o a miscelarsi in misura sempre maggiore con l’albume
d’uovo poiché era meno fragile e conferiva una migliore brillantezza e qualità
cromatica ai pigmenti. Alla soluzione di gomma arabica spesso si aggiungeva
zucchero candito o miele cotto che servivano a far sì che il colore non si
rapprendesse in minute goccioline su superfici leggermente untuose come quelle
della pergamena [2].
La gomma adragante è stata poco impiegata nel campo dei beni culturali e risulta
persino non menzionata in alcuni libri d’arte [2].
2.1.3 Composizione chimica delle gomme vegetali
Le gomme vegetali appartengono alla classe dei polisaccaridi, di struttura assai
complessa e ancora non del tutto chiarita, essenzialmente costituita da una sequenza
di monomeri di zuccheri semplici, alcuni contenenti un gruppo carbossilico. I
polisaccaridi derivano dalla polimerizzazione per condensazione di molecole di
zuccheri semplici o loro derivati mediante la formazione di legami glicosidici, che si
ottengono per eliminazione di una molecola d’acqua.
7

R
H O OH
H
OH H
HO
H
H OH
R
H O
H
OH H
HO
H
H OH
La reazione può procedere linearmente o con formazione di più legami glicosidici
per ogni molecola di monomero, determinando strutture ramificate.
Il gruppo –R può essere sostituito da vari gruppi funzionali quali –CH2OH, -COOH,
ecc. Questi composti, grazie alla presenza di un grande numero di gruppi ossidrilici,
possono formare con molta facilità dei legami idrogeno intermolecolari con l’acqua,
risultano per questo materiali idrofili, solubili in acqua o comunque molto influenzati
dall’acqua. Questa proprietà giustifica l’uso dei polisaccaridi come leganti per pitture
a tempera. La presenza di gruppi –COOH, facilita la formazione di sali, quindi di
gruppi ionici, aumentando la loro solubilità in acqua. I gruppi –OH liberi, presenti
nei polisaccaridi, invece, possono dar luogo ad una serie di reazioni chimiche [1].
2.1.3.1 I monosaccaridi
H OH
HO
H
OH H
H
H OOH
R
O
H OH
H
OH H
H
H O OH
R
+ H 2 O
I mosaccaridi, ovvero le unità costituenti i polisaccaridi, sono tutti composti solubili
in acqua e nei solventi ossidrilati, insolubili in solventi apolari. Sono sostanze
organiche ternarie composte da carbonio, idrogeno ed ossigeno; si distinguono in
aldosi, o zuccheri a funzione aldeidica (-CHO), e chetosi, o zuccheri a funzione
chetonica (-CO) [4].
8

H O
H
C
* C OH
H * C OH
H * C OH
H
*
C OH
CH 2 OH
CH 2 OH
Aldoso Chetoso
Gli atomi di carbonio non portanti il gruppo aldeidico o chetonico sono legati a
gruppi alcolici.
A seconda del numero di atomi di carbonio contenuti nella loro molecola, essi
vengono chiamati triosi, tetrosi, pentosi, esosi, ecc.
Gli atomi di carbonio contrassegnati con un asterisco risultano asimmetrici, in quanto
legati a quattro gruppi diversi tra loro, pertanto l’aldoesoso sopra rappresentato esiste
in 16 formule stereoisomere. I composti aventi degli atomi di carbonio asimmetrico
*
C e privi di piani di simmetria vengono detti chirali. Le sostanze chirali, se
attraversate da un raggio di luce polarizzata, ne fanno ruotare il piano di vibrazione;
si dice che tali sostanze sono otticamente attive. Se il piano di vibrazione ruota verso
destra gli isomeri ottici sono destrogiri, se a sinistra sono levogiri. L’angolo di
rotazione si indica con α e il numero di gradi della rotazione è indicato,
rispettivamente, dai segni + e -, i quali precedono il nome di uno zucchero.
Per convenzione, il composto di riferimento ai fini dell’attribuzione della forma D o
L allo zucchero è la gliceraldeide.
C
O
H C OH
H C OH
H C OH
CH 2 OH
9

Tutti gli zuccheri che presentano a destra il gruppo alcolico sul penultimo atomo di
carbonio (cioè sul * C asimmetrico più lontano dal gruppo aldeidico) sono in forma D;
viceversa, se il gruppo alcolico presente sul penultimo atomo di carbonio è a sinistra,
lo zucchero è in forma L. Quasi tutti gli zuccheri naturali appartengono alla serie D;
fanno eccezione il galattosio e l’arabinosio di cui esistono in natura sia l’enantiomero
D che quello L [5].
La maggior parte dei monosaccaridi naturali sono pentosi o esosi e in essi
generalmente la funzione carbonilica non è presente come tale, ma è emi-acetalizzata
o emi-chetalizzata con l’ossidrile alcolico presente o sul carbonio γ o su quello δ
rispetto al carbonile; essi hanno quindi la struttura di eteri ciclici, con anelli
rispettivamente a cinque o a sei termini. Tali strutture sono chiamate rispettivamente
furanosica e piranosica, in base alla correlazione con i corrispondenti eterocicli, il
tetraidrofurano e il tetraidropirano:
O
CHO
H C OH
CH 2 OH
Quando un gruppo alcolico e un gruppo aldeidico sono presenti nella stessa molecola
e sono disposti in modo da poter chiudere un anello a 6 o a 5 atomi, privo di tensioni,
HO
O
CHO
tetraidrofurano tetraidropirano
C
H
CH 2 OH
D-gliceraldeide L-gliceraldeide
10

mediante la formazione di un emiacetale, la chiusura dell’anello diventa un
fenomeno altamente favorito.
Così un monosaccaride, come ad esempio il glucosio, chiude un anello formando un
emiacetale e solo una piccola quantità di forma aldeidica rimane in equilibrio con la
forma emiacetalica in soluzione.
I monosaccaridi sono tutti otticamente attivi, possedendo uno o più atomi di carbonio
asimmetrico. Molti di essi sono stati ottenuti in due modificazioni cristalline, stabili
allo stato solido, aventi proprietà chimico-fisiche diverse ( ad esempio: punto di
fusione, attività ottica, solubilità, ecc.); chimicamente queste forme cristalline
corrispondono a due diversi isomeri, che differiscono l’uno dall’altro esclusivamente
per la diversa configurazione dell’atomo di carbonio emiacetalico o emichetalico.
Questi particolari epimeri (diastereoisomeri che differiscono uno dall’altro per la
configurazione di uno solo di molti stereocentri) si chiamano anomeri e si
distinguono in α e β, a seconda della configurazione del C emiacetalico. In soluzione
acquosa ciascun anomero si converte più o meno rapidamente nell’altro sino a che si
instaura un equilibrio, la cui posizione dipende da diversi fattori, strutturali e
ambientali.
L’interconversione di due anomeri α e β in soluzione è responsabile del fenomeno
della mutarotazione. Chimicamente questo fenomeno consiste in un’apertura
idrolitica dell’anello emiacetalico, seguita da una richiusura dello stesso anello con
parziale inversione di configurazione al carbonio emiacetalico. Infatti una volta
aperto l’anello, la funzione carbonilica libera può subire l’attacco nucleofilo da parte
dell’ossigeno dell’ossidrile interessato da una parte o dalla parte opposta del piano
formato dalla funzione carbonilica stessa e dagli atomi ad essa collegati, generando
nei due casi l’uno o l’altro anomero. Nel caso più generale di un aldoesoso a struttura
piranosica, l’intero processo è rappresentabile con lo schema seguente:
11

OH
HO
H H
O H
H
H OH
OH OH
HO
H H
OH
H
O
H H
OH OH
Ovviamente, la posizione finale dell’equilibrio è in funzione del rapporto tra le
velocità delle reazioni di apertura e di richiusura degli anelli, che sono diverse nel
caso di due anomeri α e β, come nel caso di qualsiasi reazione che interessi due
diastereoisomeri; ne consegue che, all’equilibrio, in soluzione non sono
necessariamente presenti quantità eguali dei due anomeri [6] [7].
L’ossidrile emiacetalico degli zuccheri può essere eterificato da parte di alcoli sotto
l’azione catalitica degli acidi. Gli acetali così formatisi si chiamano glicosidi. Così,
da un generico aldoesoso a struttura piranosica per reazione con metanolo e HCl
anidro si forma il corrispondente metilglicoside:
HO
OOH
H H H
H H
OH OH
Ovviamente ciascun anomero darà luogo al corrispondente glicoside. Ad esempio,
nel caso del glucosio si possono ottenere due metil-glicosidi: l’α e il β, che sono
epimeri avendo configurazioni diverse esclusivamente al carbonio acetalico [6].
OH
Anomero α Forma carbonilica aperta
OH
HO
O OH
H H H
H
H
OH OH
CH 3 OH + HCl
OH
Anomero β
OH
HO
H H
OOCH
3
H
H
H
OH OH
aldoso piranosico metiglicoside
12

2.1.4 Gomma arabica
La gomma arabica è ricavata incidendo il tronco e i rami delle acacie gommifere.
Spesso dopo le lunghe piogge, quando segue la siccità, nelle cortecce delle acacie si
formano spontaneamente delle screpolature da cui scola la gomma che quando si è
rappresa e indurita all’aria si stacca facilmente. Esistono diverse qualità di gomma
arabica; le più sfruttate sono state:
• la gomma del Nilo, ricavata dall’acacia verek (famiglia leguminose-mimosoide)
proveniente dall’Africa nord-orientale, conosciuta dagli Egizi già diciassette secoli
prima dell’era cristiana
• la gomma del Senegal, ricavata dall’acacia verek che cresce nella fascia
geografica che va dal Senegal al Mar Rosso e India.[2]
La gomma arabica è un essudato che si ottiene dall'acacia sotto forma di gocce che
poi induriscono; queste poi possono essere polverizzate oppure si può ottenere un
prodotto in scaglie dopo averle disperse in acqua ed essiccate.
Nel prodotto ricavato dalla pianta, è presente una perossidasi che è responsabile di
alcune incompatibilità: alcaloidi fenolici, fenoli, ecc. in presenza di gomma arabica,
si ossidano in strutture chinoniche colorate.
La gomma arabica si scioglie completamente, ma lentamente in acqua.
Chimicamente è un polisaccaride (P.M. 250.000-300.000) con funzioni acide
salificate da Mg, K, Ca; è costituito principalmente da L-arabinofuranoso, D-
galattopiranoso, L-ramnopiranoso e acido D-glucuronico. Quest'ultimo è un anione
solubile in acqua nel rapporto 1:2 (influenzata dal pH perché acidificando diminuisce
la dissociazione del carbossile e quindi la solubilità), responsabile delle
caratteristiche ispessenti ed emulsionanti della gomma arabica.
Le formule di struttura dei quattro monosaccaridi costituenti la gomma arabica sono:
13

H
OH O OH
H Me H
H H
OH OH
β-L-Ramnopiranoso
OH
HO
O OH
H
OH H
H H
H OH
β-D-Galattopiranoso
HO
O
HO
La gomma arabica presenta una struttura piuttosto complessa. Qui di seguito viene
riportata una possibile struttura proposta. Lo scheletro del polisaccaride è composto
da monomeri di D-galattopiranoso uniti tra loro da legami ß-D-(1→4) e ß-D-(1→6),
a formare una catena lineare. Inoltre possono essere presenti delle ramificazioni su
un lato della catena date da legami ß-D-(1→3) con altri monomeri di D-
galattopiranoso. A queste ramificazioni si possono attaccare dei monomeri di acido
D-glucuronico, legati, in genere, con legami ß-D-(1→6) ai monomeri di D-
galattopiranoso. Inoltre ai monomeri dell’acido D-glucuronico si possono attaccare
con legami (1→4) delle unità di L-arabifuranoso o L-ramnopiranoso.[3]
H
H
OH
H
H
OH
α-L-Arabinofuranoso
O
OH
H
H
OH
O OH
H
HO
H
H OH
Acido β-D-Glucuronico
14

…D-GalP β1→4 D-GalP β1→4 D-GalP β1→6 D-GalP β1→4 D-GalP…
3 3
↑ ↑
1 1
β β
D-GluPA β1→6 D-GalP D-GluPA β1→6 D-GalP
4 4
↑ ↑
1 1
α α
L-AraF L-RhaP
2.1.5 Gomma adragante
Legenda:
D-GalP = D-galattopiranoso
D-GluPA = acido D-glucuronico
L-AraF = L-arabinofuranoso
L-RhaP = L-ramnopiranoso
La gomma adragante è ricavata dall’essudazione di alcuni astragalus (famiglia
leguminose-papilionate), che crescono nella Turchia asiatica, nel Kurdistan persiano
e si spingono fino alla Persia occidentale. La gomma fuoriesce da screpolature
naturali del tronco durante periodi di siccità o a seguito di fori praticati
espressamente presso la base del fusto. Non si scioglie apprezzabilmente in acqua,
ma rigonfia assorbendone una notevole quantità dando luogo ad una soluzione
colloidale molto densa.
La gomma adragante è di composizione simile alla gomma arabica, però meno
solubile e provvista di sola azione ispessente. Può formare dispersioni colloidali che
aumentano di viscosità aumentando la concentrazione. Ha proprietà adesive e
facendo evaporare il solvente si ottiene una pellicola più o meno rigida.[2]
I principali monosaccaridi che costituiscono la gomma adragante sono:
15

16
O
H
H
H
O
H
H
OH
H OH
OH
OH
O
H
OH
O
H
H
H
OH
H
O
H
L-Arabinofuranoso
D-Galattopiranoso
O
H
H
H
H
O
H
OH
H OH
OH
OH
O
Acido D-Glucuronico
O
H
H
Me
OH
H
H
OH OH
OH
H
L-Ramnopiranoso
D-Glucopiranoso
O
H
H
H
H
O
H
OH
H OH
OH
OH
O
OH
H
H
H
O
H
OH
H OH
H
H
L-Xilopiranoso
O
H
OH
Me
H
O
H
H
OH H
OH
H
L-fucopiranoso
O
H
H
H
O
H
H
OH
H OH
OH
OH
O
Acido D-Galatturonico

2.2 APPLICAZIONI DELLE GOMME VEGETALI NEL CAMPO
DEI BENI CULTURALI
2.2.1 Introduzione
Il legante pittorico è il mezzo in cui sono dispersi i pigmenti sotto forma di polvere
per dare origine alla pittura, ossia ad un sottile rivestimento cromatico in grado di
aderire a superfici di varia natura. Il legante deve possedere buone proprietà
filmogene: deve formare un film sottile ma coerente che aderisca perfettamente al
supporto, deve essere trasparente ed incolore in modo da non alterare la tonalità del
pigmento ed inoltre deve essere stabile agli agenti atmosferici ed alla luce. La
miscela pigmento-legante, così preparata, può essere stesa a pennello su preparazioni
su muro, tavola, tela o stucco.
La necessaria compresenza di tali caratteristiche ha fortemente limitato storicamente
la scelta dei possibili leganti pittorici.
Recentemente lo sviluppo della chimica delle sostanze di sintesi e dei polimeri ha
reso disponibile una maggiore varietà di materiali potenzialmente adatti all’uso; ma
anche in questi casi, si sono riscontrati problemi nell’invecchiamento.
I leganti, infatti, per poter efficacemente espletare il loro ruolo nel tempo devono
possedere un’elevata stabilità chimica nei confronti della luce, ovvero non devono
dare reazioni di fotolisi o fotossidazione. Questa caratteristica non è sempre presente
nei recenti prodotti sintetici [8].
Altre importantissime caratteristiche dei leganti pittorici sono legate al loro aspetto.
Se è vero che teoricamente dovrebbero essere perfettamente trasparenti e incolori, in
quanto la funzione cromatica è svolta dai pigmenti, è altrettanto vero che tutti i
leganti pittorici possiedono un loro proprio indice di rifrazione e talvolta anche una
debole colorazione e una più o meno marcata opacità (parametri inoltre che
inevitabilmente mutano l’invecchiamento) [9].
Da tutte queste caratteristiche si può dedurre che il legante esercita un ruolo
fondamentale nel determinare il carattere di una pittura, il suo aspetto e la sua
estetica [8].
17

Le gomme vegetali hanno trovato impiego fin dall’antichità come leganti soprattutto
nella pittura su supporti leggeri e di natura cartacea, come ad esempio i manoscritti
miniati. Sono state inoltre usate come adesivi o come mordente per l’oro [10].
Le gomme vegetali più utilizzate nel campo dei beni culturali sono:
• gomma arabica: deriva da varie specie di Acacia,
• gomma adragante: essudato dai rami dell’Astragalus,
• gomma di ciliegio: nome generico dato agli essudati di diversi alberi da
frutto[2].
I paragrafi successivi illustrano varie tecniche di utilizzo di gomme vegetali nei
diversi periodi storici.
2.2.2 La tempera
Per tempera si intende quel genere pittorico che utilizza l'acqua per disperdere i
pigmenti, come ad esempio terre naturali o pietre macerate, ed impiega varie
sostanze, come la colla di pesce, l'albume d'uovo, la gomma arabica, il lattice di fico,
per agglutinare, cioè per fare aderire il colore al supporto. La superficie destinata a
ricevere lo strato pittorico può essere di natura diversa: carta, tela, pietra, metallo o
legno sono i supporti sui quali si può dipingere ricorrendo all'uso della tempera. Il
periodo di massima diffusione di questo genere pittorico lo si colloca tra il
Quattrocento e il Cinquecento.
2.2.3 L’acquerello
L'acquerello è una tecnica pittorica in cui i pigmenti, macinati finemente, sono
addizionati ad una soluzione acquosa di gomma arabica diluita in acqua, integrata,
talvolta, con l'aggiunta di piccole parti di miele, zucchero o glicerina. Queste
sostanze servono come legante in modo tale che il colore, una volta asciutto, non
18

polverizzi. La gomma arabica, inoltre, diluisce i colori ad acquerello rendendoli più
elastici e aumentandone la lucentezza.
2.2.4 Il pastello
Il pastello è costituito da un materiale morbido al quale si può dare una forma
particolare, è un tipo di pittura che non si avvale di nessun connettivo per fare aderire
il disegno allo strato pittorico. Si tratta quindi di una varietà del disegno a matita, che
si ottiene impastando polveri colorate con acqua resa agglutinante da leggere
soluzioni di gomma arabica, di sapone di Marsiglia, di decotto di orzo o di lino: una
volta ottenuto, l'impasto viene modellato e ridotto in bastoncini colorati, che vengono
lasciati essiccare.
2.2.5 Le miniature
Da un punto di vista tecnico la miniatura è una pittura a tempera costituita da un
pigmento colorato (di natura minerale, vegetale o animale) disperso in un legante
(solitamente gomme vegetali, uovo o colle animali) che ha la funzione di tenere
saldamente unite tra loro le particelle del pigmento (proprietà coesiva) e di farle
altrettanto saldamente aderire alla superficie del supporto (proprietà adesiva). Nella
maggior parte dei casi il supporto è pergamena, di solito fogli uniti tra di loro a
formare un codice, cioè un volume.
Essendo la miniatura una pittura ad acqua, servivano, come leganti e agglutinati dei
colori, alcune sostanze colloidali di origine animale o vegetale, molte delle quali
sono ancora oggi in uso per la pittura a guazzo o ad acquerello.
Leganti usatissimi nel Medioevo erano la gomma arabica e l’albume d’uovo; un po’
meno adoperata, ma tuttavia abbastanza frequente, la colla di pesce. Più raro l’uso di
gomma adragante, gomma di ciliegio o di mandorlo o di pruno. Questi tipi di leganti
non davano risultati identici nelle tempere degli antichi colori. Va altresì notato che i
19

miniaturisti medievali facevano uso abbastanza frequente anche di miscele di leganti
tra loro, con o senza additivi e correttivi di vario genere: per esempio soluzione di
albume, zucchero, miele, in aggiunta a mescolanze di gomma arabica e chiara
d’uovo, oppure di quest’ultima con gomma di ciliegio.
Gomme arabica e albume, insieme con un po’ di miele davano un impasto brillante,
quasi vitreo, che però doveva applicarsi in strati sottili, altrimenti rischiava di
produrre screpolature.
Le gomme di pruno e di ciliegio conferiscono grande trasparenza ai colori, ma sono
piuttosto fragili: analogamente si comporta la gomma di mandorlo. Non esistono
molte citazioni storiche sull’uso della gomma adragante; si sa però che questa
gomma o mucillagine poteva servire bene come fissativo nei disegni [2].
La conservazione delle soluzioni di gomme, di colle e particolarmente dell’albume
d’uovo si assicurava introducendovi qualche antisettico come della canfora, chiodi di
garofano o talvolta si aggiungeva anche dell’aceto [10].
2.2.6 L’inchiostro
A partire dal III secolo a.C. l’inchiostro fu una semplice miscela di carbone di legna
polverizzato con acqua a cui talvolta era aggiunto un agente addensante. Il colore era
dato dalle particelle di carbone; in acqua si otteneva una sospensione la cui stabilità
era molto relativa. Per prolungare la stabilità della sospensione si ricorse all’aggiunta
di un prodotto addensante , che accrescendo la viscosità del mezzo liquido, rallentava
la deposizione delle particelle solide di carbone. L’agente addensante inoltre aveva le
seguenti funzioni: dava viscosità all’inchiostro così da farlo scorrere bene (ma
occorreva un esatto dosaggio) evitava lo spandimento dell’inchiostro, agiva come
adesivo facendo aderire le particelle di inchiostro al supporto, ed infine, conferiva
una brillantezza allo scritto.
Gli addensanti utilizzati erano solitamente sostanze colloidali, diverse a seconda
delle zone e delle epoche. Molto usata era la gomma arabica, ma venivano impiegati
anche la colla ricavata dalle corna di bue e di rinoceronte, la colla di pesce, l’albume
di uovo, il miele, l’olio d’oliva. La conservazione di queste soluzioni di gomma o
20

colla era assicurata con l’aggiunta di qualche antisettico come quelli già citati nel
paragrafo precedente.
Con il passare del tempo il metodo di far l’inchiostro divenne più complesso. Gli
Arabi sostituirono il carbone con il nerofumo che veniva impastato con gomma
vegetale e miele e quindi pressato in piccoli wafer ai quali si aggiungeva acqua al
momento dell’uso [10].
2.2.7 L’oro musivo
Quando si riteneva troppo costosa la decorazione con l’oro autentico si cercava di
imitare l’effetto con l’impiego di prodotti di minor costo che simulano l’aspetto
esteriore dell’oro.
Una notevole quantità di ricette è presente nei manoscritti medievali. Il più
frequentemente utilizzato era l’oro musivo, così chiamato a causa del suo maggiore
utilizzo che consisteva nel dorare le tessere dei mosaici. E’ costituito da bisolfuro
stannico. Numerose “ricette” descrivono la preparazione dell’amalgama tra stagno e
mercurio e la successiva reazione con zolfo e cloruro di ammonio. Il tutto veniva
fatto riscaldare alla temperatura adatta ad ottenere la tonalità di colore desiderata ed
era quindi versato in un recipiente di vetro. Una volta che il composto si era
raffreddato, il recipiente veniva rotto e l’oro musivo ottenuto si presentava come una
massa squamosa coperta di scaglie cristalline lucenti. Come si vede il processo di
preparazione era piuttosto laborioso e si basava principalmente su come veniva
effettuato il processo di fusione e quindi sul modo di “condurre il fuoco”: una
temperatura bassa e costante dà un giallo lucente, aumentando il calore si passa ad un
giallo più intenso fino ad un tono grigiastro. L’oro musivo era stemperato con
albume e gomma arabica e doveva essere usato solo con altri pigmenti temperati a
loro volta con gomma arabica [10].
21

2.3 STUDI PRECEDENTI SULLE GOMME VEGETALI
Negli ultimi trent’anni sono stati condotti vari studi di caratterizzazione sulle gomme
vegetali, in particolare sulla gomma arabica e sulla gomma adragante, con svariate
tecniche analitiche.
In letteratura sono presenti molti articoli che trattano la caratterizzazione di
polisaccaridi naturali mediante l’uso di tecniche cromatografiche [11-23]. Inoltre
sono stati proposti metodi diversi per scindere un polisaccaride nei vari
monosaccaridi che lo compongono. L’idrolisi acida e la metanolisi sono le più
utilizzate.
Il metodo più classico è l’idrolisi acida che comporta la scissione del legame
glicosidico e la liberazione degli ossidrili del carbonio emiacetalico [11]. L’idrolisi
avviene in soluzione acquosa in presenza di un catalizzatore acido; gli acidi più
utilizzati sono HCl, H2SO4 o CF3CO2H [12]. Nel 1985 è stato condotto uno studio su
7 gomme vegetali diverse, tra le quali erano presenti anche la gomma arabica e la
gomma adragante. L’idrolisi acida è stata condotta per 24 ore a 100°C utilizzando
come catalizzatore l’acido trifluoroacetico. Le gomme sono state poi identificate in
base alla realizzazione di un modello di riconoscimento ideato partendo dai singoli
monosaccaridi costituenti le gomme vegetali [13].
Nel 2002 è stata suggerita una procedura che permette una discreta identificazione
delle gomme vegetali a partire da pochi microgrammi di campione. Si tratta di
un’idrolisi acida assistita dalle microonde e successiva determinazione degli zuccheri
mediante cromatografia di scambio ionico (HPAEC) accoppiata con amperometria
pulsata (PAD) usando un elettrodo di lavoro in oro. Le microonde permettono di
ridurre i tempi di idrolisi di circa 20 minuti; inoltre le condizioni usate nella
separazione (HPAEC-PAD) evitano la formazione di lattoni e forme tautomeriche
degli zuccheri. Le possibili interferenze dovute a cationi organici o inorganici,
eventualmente presenti nelle gomme vegetali, vengono soppresse utilizzando una
resina a scambio ionico nella fase di lavaggio del prodotto derivante dall’idrolisi. La
reazione di idrolisi presenta una buona riproducibilità e riflette in modo
22

soddisfacente la composizione monosaccaridica delle gomme vegetali, permettendo
l’identificazione del polisaccaride [14].
La rottura dei legami glicosidici può avvenire anche in altri solventi, come ad
esempio in CH3OH portando alla formazione di metilglicosidi. Sovente la soluzione
di metanolo viene addizionata con HCl che funge da catalizzatore [11]. In letteratura
sono stati trovati molti articoli che utilizzano questa tecnica, chiamata metanolisi, per
decomporre le gomme vegetali nei singoli monomeri [11,15-18].
Rispetto all’idrolisi acida si è riscontrato che la metanolisi garantisce buoni recuperi
di monosaccaridi e acidi uronici; inoltre, i metilglicosidi sono meglio separati in
gascromatografia [16]. Per contro la metanolisi può causare lievi degradazioni dei
monosaccaridi liberati [11]. Il metodo di derivatizzazione più utilizzato è la
sililazione, che porta alla formazione di trimetilsilil (TMS) eteri [17]. I TMS
metilglicosidi così ottenuti vengono poi separati con tecniche cromatografiche. La
ricerca bibliografica ha dimostrato che la tecnica più utilizzata per questo tipo di
analisi è la gascromatografia, spesso accoppiata alla spettrometria di massa. Ad
esempio è del 1996 uno studio mediante GC-MS sull’identificazione di gomme
vegetali utilizzate nella preparazione di un inchiostro ferrogallotannico del ХVΠ
secolo [16].
La spettrometria di massa è una tecnica estremamente sensibile ed efficiente nel
differenziare le molecole in base alla struttura e alle dimensioni molecolari ma meno
abile nella differenziazione dei vari isomeri. Al contrario la spettroscopia FTIR
riesce a distinguere bene gli stereoisomeri, ma è meno abile nel discriminare serie
omologhe di composti.
Nella GC-FTIR l’assorbimento infrarosso del gruppo Si-X dei TMS eteri è circa
cinque volte più intenso rispetto all’assorbimento dell’equivalente gruppo C-X e
questo comporta una migliore sensibilità. In un lavoro svolto nel 1996, l’analisi
gascromatografica accoppiata alla spettroscopia FTIR ha portato all’identificazione
di TMS eteri di 42 monosaccaridi e dei rispettivi isomeri; gli spettri ottenuti sono
risultati univoci per ogni monosaccaride, semplici da interpretare e le forme
stereoisomere sono risultate facilmente distinguibili [19].
Come già accennato, un’altra tecnica cromatografica che è stata utilizzata per
l’identificazione di polisaccaridi naturali è l’HPLC. L’utilizzo della cromatografia
23

liquida ad alta pressione è estremamente utile e vantaggioso per la separazione di
carboidrati semplici. L’alta efficienza nella separazione di diversi zuccheri si è
ottenuta utilizzando colonne a fase inversa; in genere si utilizza come fase stazionaria
silice funzionalizzata con ciclodestrina e come eluente una miscela di acqua e
acetonitrile [20]. Si possono utilizzare anche colonne a scambio ionico che utilizzano
resine polimeriche e separano in base alla dimensione molecolare [22] e/o a
fenomeni di ripartizione.
La cromatografia su strato sottile (TLC) ha un limitato uso nell’analisi di miscele
complesse di zuccheri e non è appropriata per la separazione di monomeri ottenuti
dall’idrolisi acida di polisaccaridi naturali [21].
La pirolisi accoppiata alla gascromatografia è stata utilizzata per l’identificazione di
leganti a base di gomme vegetali, come mostra un lavoro condotto su alcune gomme
naturali (ad esempio gomma arabica e gomma adragante) [23]. Il riconoscimento dei
campioni è stato possibile sia sulle gomme pure che su miscele di gomme e pigmenti.
Alcune gomme vegetali (tra cui anche la gomma arabica e la gomma adragante) sono
state caratterizzate termicamente tramite calorimetria a scansione differenziale
(DSC) e analisi termogravimetrica (TGA). La DSC è utilizzata per studiare le
transizioni termiche che avvengono nel corso di un riscaldamento in atmosfera
inerte; mentre l’analisi termogravimetrica è un metodo semplice e accurato per
studiare la sequenza di decomposizione e la stabilità termica di un polimero.
Le gomme esibiscono un differente comportamento termico dovuto alle differenze
strutturali dei vari polisaccaridi e ai diversi gruppi funzionali. Ad esempio la gomma
arabica mostra un primo stadio di perdita di peso a circa 90°C dovuto alla perdita
d’acqua e un secondo stadio, a circa 320°C, attribuito alla depolimerizzazione del
polisaccaride, che è veloce e produce bassi residui di carbonatazione. Al contrario, la
gomma adragante inizia a decomporsi lentamente a circa 270°C e produce più
elevate percentuali di residuo carbonioso. I dati ottenuti hanno inoltre permesso di
concludere che la gomma arabica ha una stabilità termica leggermente maggiore
rispetto alla gomma adragante [24].
Tra le tecniche spettroscopiche quelle ad oggi più utilizzate nell’analisi di leganti
sono la spettroscopia FTIR e quella Raman, anche se in presenza di campioni
24

complessi multicomponente, come quasi sempre sono i campioni prelevati da opere
d’arte, l’attribuzione univoca degli assorbimenti è spesso impossibile.
La spettroscopia FTIR è stata utilizzata per studiare la composizione di alcune opere
d’arte provenienti da differenti periodi storici (dal XVΙ al XVШ secolo). Tramite
questa analisi si è riusciti a caratterizzare la maggior parte dei composti chimici
presenti, sia organici che inorganici. In particolare sono state identificate le vernici e
alcuni pigmenti e leganti utilizzati dall’artista per la realizzazione dell’opera. Nello
stesso lavoro sono stati eseguiti anche degli studi sulla solubilità dei leganti in
acetone, etanolo, triclorometano, tetracloruro di carbonio, dietilietere, acqua, toluene,
etilacetato, glicole etilene. Le gomme vegetali, essendo dei polisaccaridi, sono
risultate solubili solo in acqua [25].
Anche la spettroscopia micro-Raman (MRS) è spesso utilizzata per l’identificazione
di leganti e vernici di dipinti, in quanto è una tecnica micro-analitica non distruttiva.
Inoltre è molto utile nell’identificazione di pigmenti, sia organici che inorganici. In
un lavoro svolto nel 2000 [26] sono stati identificati e classificati mediante
spettroscopia Raman 26 leganti naturali organici presenti in diversi manoscritti
medioevali, tra i quali comparivano anche la gomma arabica, la gomma adragante e
la gomma di ciliegio. Nello spettro Raman di tali composti si possono riconoscere i
picchi di assorbimento caratteristici delle gomme vegetali. Si osservano dei picchi di
assorbimento dovuti allo stretching simmetrico dei legami C-C e C-O attorno a 1200-
950 cm -1 , un picco intenso a circa 1500-1200 cm -1 dovuto alla deformazione del
legame C-H, un picco dato dalla vibrazione del gruppo C-O-C presente nella forma
ciclica a 950-800 cm -1 ed infine un picco poco intenso a 800 cm -1 assegnato alla
deformazione dei legami C-C e C-O. Inoltre è stato possibile distinguere la gomma
arabica dalla gomma adragante per la presenza di un picco doppio a circa 850 cm -1 e
la gomma di ciliegio per la presenza di una banda caratteristica a 550 cm -1 .
25

2.4 BIBLIOGRAFIA
[1] M. Matteini, A. Moles, La chimica nel restauro, Nardini, Firenze (1989).
[2] Chimica e biologia applicate alla conservazione degli archivi, pubblicazioni
degli archivi di Stato, saggi 74, capitolo: Mediazioni grafiche, L. Botti e D.
Ruggiero.
[3] H. F. Mark, N. G. Gaylord, N. M. Bikales, Encyclopedia of polymer science and
tecnology; vol 11: Plastics, resins, rubbers, fibers, editorial Board (1978).
[4] R. Morrison, R. Boyd, Chimica organica, casa editrice Ambrosiano, Milano
1965.
[5] A. Danieli, G. Sicheri, Chimica organica e bio-organica, editore Ulrico Hoepli
Milano (2000).
[6] Fusco, Bianchetti, Rosnati, Chimica organica, vol І, 1974, editrice scientifica L.
G. Guadagni.
[7] Allinger, Cava, De Jongh, Johnson, Lebel, Stevens, Chimica organica, seconda
edizione, Zanichelli (1999).
[8] M. Nicola, Caratterizzazione e studio dell’invecchiamento di leganti pittorici a
base proteica, tesi di laurea in chimica, a.a. 2002/2003, Università di Torino, Facoltà
di Scienze M.F.N.
[9] M. Nicola; in De Gypso et Coloribus ed. G. L. Nicola, CELID Torino (2002)
171-172
[10] F. Brunello, De arte illuminandi ( e altri trattati sulla tecnica della miniatura
medioevale), Neri Pozza editore, 1992.
[11] M. d’Ischia, La chimica organica in laboratorio, Piccin, 2001.
[12] C. J. Biermann, Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 46
(1988) 251.
[13] J. F. Lawrence, J. R. Iyengar, Journal of Chomatography, 350 (1985) 327-244.
[14] M. P. Colombini, A. Ceccarini, A. Carmignani, Journal of Chomatography A,
968 (2002) 79-88.
[15] C. Marinach, M. C. Papillon, C. Pepe, Journal of Cultural Heritage, 5 (2004)
231-240.
26

[16] J. Bleton, P. Mejanelle, J. Sansoulet, S. Goursard, A. Tchapla, Journal of
Chomatography A, 720 (1996) 27-49.
[17] D. G. Pritchad, C. W. Todd, Journal of Chomatography, 133 (1977) 133-139.
[18] I. Martínez-Castro, M. I. Páez, J. Sanz, A. García-Raso, Journal of
Chomatography, 462 (1989) 49-60.
[19] R. G. Veness, C. S. Evans, , Journal of Chomatography A, 721 (1996) 165-172.
[20] S. C. Chrums, Journal of Chomatography, 500 (1990) 555-583.
[21] J. P. Métraux, Journal of Chomatography , 237 (1982) 525-527.
[22] L. Picton, I. Bataille, G. Muller, Carbohydrate Polymers, 42 (2000) 23-31.
[23] M. R. Derrick, D. C. Stulik, Identification of natural gums in works of art using
pyrolysis-gas chromatography, Scientific Examination of Works of Art, USA.
[24] M. J. Zohuriaan, F. Shokrolahi, Polymer Testing, 23 (2004) 575-579.
[25] M. T. Doménech Carbó, F. Bosch Reig, J. V. Gimeno Adelantado, V. Periz
Martínez, Analytica Chimica Acta, 330 (1996) 207-215.
[26] P. Vandenabeele, B. Wehling, L. Moens, H. Edwards, M. De Reu, G. Van
Hooydonk, Analytica Chimica Acta, 407 (2000) 261-274.
27

3.1 INTRODUZIONE
3.1.1 Progetto
3 PARTE SPERIMENTALE
In questo lavoro di tesi sono stati analizzati campioni freschi ed invecchiati di
gomme vegetali. I campioni sono stati sottoposti a due tipi di invecchiamento
artificiale in una camera di fotoossidazione. Il primo tipo di invecchiamento simula
l’esposizione diretta alla luce del sole, mentre il secondo simula condizioni da
interno.
I cambiamenti chimici e strutturali indotti da questi trattamenti sono stati studiati
tramite FTIR, GC-MS e Py-GC-MS. E’ stata anche monitorata la variazione di peso
dei campioni durante gli invecchiamenti.
Le analisi GC-MS sono state condotte dopo metanolisi e sililazione dei
monosaccaridi così ottenuti. Si è quindi cercato di mettere a punto un metodo di
analisi in Py-GC/MS, ricorrendo ad una sililazione on-line. Come agente
derivatizzante è stato sperimentato l’esametildisilazano (HMDS).
Le stesse reazioni di metanolisi, sililazione e sililazione on-line tramite pirolisi, sono
state condotte, prima che sulle gomme polisaccaridiche, su campioni standard dei
principali monosaccaridi costituenti la gomma arabica e la gomma adragante.
28

3.1.2 I materiali
Standard:
• D-(+)-Glucoso
• D-(+)-Galattoso
• L-Ramnoso
• L-(+)-Arabinoso
• L-(-)-Fucoso
• L-Xiloso
• Acido D-glucuronico
• Acido D-(+)-galatturonico.
Gli standard dei monosaccaridi sono stati acquistati presso Sigma-Aldrich.
Campioni:
• Gomma arabica in fase solida (in polvere)
29

• Gomma adragante in fase solida (sottoforma di scaglie)
• Gomma arabica in soluzione acquosa: “Gum Arabic for Water Colour”, Winsor
& Newton.
30

I primi due campioni sono stati acquistati presso Phase (prodotti per il restauro)
Firenze, Italia; mentre il terzo è stato acquistato in un colorificio.
Reagenti:
• Sylon HTP (HMDS + TMCS + Piridina, 3:1:9)
• Metanolo
• Cloruro di acetile
• Esano
• HMDS (1,1,1,3,3,3-Esametildisilazano, 99.9%)
Tutti i reagenti utilizzati in questo lavoro di tesi sono stati acquistati presso Sigma-
Aldrich, Milano.
3.2 CAMERA DI FOTOOSSIDAZIONE
Il fotoinvecchiamento accelerato dei campioni è stato condotto in un apparecchio
SUNTEST CPS Heraeus (Cardinal Industries Inc. U.S.A.) conforme al metodo
UNICHIM 651 e dotato di lampada a Xenon con filtri in vetro speciale UV (Suprax
Filter) che hanno la funzione di impedire il passaggio di alcune lunghezze d’onda
(minori di 295 nm e 320 nm).
Lo spettro di emissione della lampada a Xenon, filtrato, riproduce con buona
approssimazione quello della luce solare. I campioni sottoposti ad un invecchiamento
fotoossidativo con filtro per lunghezze d’onda minori di 295 nm risultano esposti ad
una luce molto simile a quella solare diretta, simulazione di un invecchiamento da
esterno.
I campioni, invece, esposti a lunghezze d’onda maggiori di 320 nm risultano esposti
ad una luce che riproduce l’esposizione che avviene normalmente dietro il vetro di
una finestra (invecchiamento da interno).
L’irraggiamento è stato impostato alla potenza massima di 765 W/cm 2 ; mediante
raffreddamento ad aria (flusso 120 m 3 /h) nella camera si mantiene una temperatura
inferiore ai 50°C.
31

Esiste un sistema di controllo CPS (Controlled Power System) che attraverso un
sensore ottico compensa automaticamente le eventuali variazioni di tensione e
l’invecchiamento naturale della lampada, per la quale è previsto un periodo di vita
massimo di 1500 ore, oltre il quale non è più garantita l’intensità di emissione
desiderata ed è necessario sostituirla [1].
La camera è in alluminio anodizzato che nella zona UV-Vis riflette maggiormente
rispetto a quello lucidato; dispone di un vassoio portacampioni di dimensioni
22x28cm distanziato 30 cm dalla lampada. La camera è di forma parabolica al fine di
garantire uniformità di irraggiamento ai provini.
Di fatto, misure di irraggiamento effettuate con un radiometro, relativamente alle
radiazioni con lunghezze d’onda che ricadono nell’UV, hanno permesso di verificare
che tra il centro del portacampioni e le zone periferiche ci sono variazioni di intensità
di circa il 10%.
Inoltre, lo stesso strumento ha permesso di stabilire che dopo 1300 ore di vita della
lampada, l’irraggiamento si riduce del 10%: si passa da 74-82 W/m 2 a 66-75 W/m 2
(zona UV).
La posizione dei provini è stata quindi permutata sistematicamente sul porta
campioni nel corso del trattamento fotoossidativo per uniformare le condizioni di
esposizione [2].
3.2.1 Preparazione del campione
I campioni di gomma arabica e adragante destinati all’invecchiamento sono stati
portati in soluzione per poter essere stesi su delle lastrine di vetro, mentre il
campione commerciale di gomma arabica, essendo già in forma liquida, è stato steso
direttamente. Tali lastrine sono state ottenute tagliando a metà un vetrino per
microscopia Marienfeld con lama diamantata (dimensione finale ca. 3,75 cm x 2,5
cm). L’applicazione delle gomme è stata effettuata mediante pipette Pasteur.
Le soluzioni di gomma arabica ed adragante sono state preparate basandosi su una
“ricetta” tratta da un trattato trecentesco intitolato: “DE ARTE ILLUMINANDI” [3].
32

De aqua gummae arabicae
Recipe gummam arabicam albam et claram, et frange in parvis fustis, sive tere, et
micte in vase vitreato, et desuper pone tantum de acqua communi quod cooperiat per
duos digitos, et permicte stare per diem et noctem, et postea pone super cineres
calidos per aliqod spacium, donec solvatur, et sicut probasti aquam colle, proba
istam, et, si bene est in bona temperantia, quod non sit nimis fortis vel dulcis, cola
per pnnum, et serva in ampulla, et utere ea.
Et, si vis aquam gumme draganti babere recipe de dicta gumma draganti parum, et
micte in vase vitreato et pone satis de aqua communi, et permicte stare donec
mollificetur, et crescet nimium; calefac modicum, et ponas tantum de aqua quod set
per se soluta et, si vis, utere ea; tamen modicum est utilis 2 .
La gomma adragante presentandosi sotto forma di scaglie di ca. 4 cm è stata pestata
in un mortaio. Le soluzioni sono state preparate in vials ponendovi ca. 0,2 g di
ciascuna gomma in circa 5 ml di acqua minerale naturale. Si è utilizzata l’acqua
minerale naturale per cercare di ricreare le stesse condizioni di preparazione di tali
soluzioni nell’antichità. Le soluzioni sono state sottoposte ad agitazione e lasciate
riposare 24 h prima di essere utilizzate.
2
Traduzione: “Dell’acqua di gomma arabica”
“Prendi della gomma arabica bianca e chiara, spezzala in briciole minute o macinala, mettila in un
vaso invetriato e sovrapponivi tant’acqua comune da ricoprirla per due dita. Lasciavela per un
giorno e una notte, indi ponila per qualche tempo sulle ceneri calde finché si disciolga; e come già
saggiasti l’acqua di colla, prova anche questa se sia di tempera buona, non troppo forte ne troppo
debole; poi, colatala attraverso un pannolino, conservala in un’ampolla e adoperala.
Se vuoi avere acqua di gomma dragante prendi un po’ di detta gomma di dragante e, messala in un
vaso invetriato, mescivi dell’acqua comune in quantità bastevole; lasciavela finché si rammollisca, e
aumenterà a dismisura. Intiepidiscila, mettivi tant’acqua da mantenersi per sé liquida e, se vuoi,
adoperala; è però poco utile”.
33

3.3 SPETTROSCOPIA FTIR
Questa tecnica è utilizzata per monitorare i cambiamenti chimico-strutturali subiti dai
film sottoposti ad irraggiamento in camera di fotossidazione; infatti, a seconda della
diminuzione o dell’aumento dell’assorbanza in alcune zone dello spettro, è possibile
ottenere informazioni sulle reazioni di formazione dei prodotti di invecchiamento e
di degrado dei campioni presi in esame.
Lo spettro vibrazionale delle gomme vegetali analizzate è stato acquisito con uno
spettrofotometro FTIR Nexus (Thermo Nicolet, USA) equipaggiato con detector
DTGS, operando alla risoluzione di 4 cm –1 e nell’intervallo tra 4000 e 400 cm –1 . Per
ciascun campione sono state acquisite 32 scansioni.
Lo spessore dei campioni stesi su wafer di silicio bilucidati è stato controllato
accuratamente misurando l’intensità iniziale delle bande di assorbimento
corrispondenti allo stretching del gruppo carbonilico e dei CH alifatici. Le bande,
infatti, non devono essere troppo intense per evitare la saturazione del segnale e per
garantire l’applicabilità, in regime lineare, della legge di Lambert–Beer.
Preventivamente alla registrazione degli spettri si è fatto flussare azoto nello
strumento e nello scompartimento destinato ad ospitare i campioni per garantire
uniformità della composizione atmosferica nel corso di tutte le esperienze.
La registrazione è avvenuta utilizzando un personal computer con software Omnic
(Thermo Nicolet, USA) [4].
Gli spettri ottenuti sono stati sottratti ad un fondo rappresentato dallo spettro di
assorbimento del wafer di silicio, registrato prima della deposizione del campione.
Il confronto degli spettri è stato effettuato dopo aver corretto la linea di base e dopo
averla azzerata. L’assorbimento a 2392 cm –1 (stretching CH) è stato utilizzato come
picco di riferimento per la normalizzazione degli spettri [2].
3.3.1 Preparazione del campione
Le gomme destinate all’analisi FTIR sono state stese su wafer rettangolari di silicio
bilucidato (1 x 2 cm) utilizzando, anche in questo caso, una pipetta Pasteur e
34

cercando di ottenere film omogenei con assorbanza massima iniziale del picco più
intenso minore di 1.
Per questo tipo di analisi sono state utilizzate le soluzioni di gomma arabica e
adragante prima citate e il campione commerciale di gomma arabica in acqua. E’
stato preparato un solo vetrino di silicio per ogni campione e per ciascun tipo di
invecchiamento.
3.4 GASCROMATOGRAFIA - SPETTROMETRIA DI MASSA
Al fine di ottenere informazioni qualitative dettagliate e semiquantitative sulla
composizione delle gomme vegetali, i campioni freschi ed invecchiati sono stati
sottoposti a separazione gascromatografica ed ad analisi dei rispettivi spettri di massa
per il riconoscimento delle singole unità monosaccaridiche costituenti i polisaccaridi.
Nell’analisi gascromatografica di polisaccaridi, infatti, è necessario sottoporre il
campione ad una riduzione preliminare in modo da ottenere le singole unità
monosaccaridiche che lo compongono.
La gascromatografia rappresenta una delle tecniche principali e più diffuse per
l’analisi qualitativa e quantitativa dei monosaccaridi, e risulta di notevole utilità
soprattutto se accoppiata alla spettrometria di massa (GC-MS). Essa richiede tuttavia
la conversione dei monosaccaridi in derivati più volatili e di sufficiente stabilità
termica, quali i trimetilsilileteri (TMS); infatti, la natura delle gomme vegetali in
esame implica un trattamento di derivatizzazione dei campioni prima dell’iniezione
nel gascromatografo.
Il gascromatografo utilizzato è un GC 6890N Network GC System (Agilent
Technologies, USA) equipaggiato con una colonna capillare HP-5MS cross-linked
5% fenilmetilsilicone (30 metri). Lo spettrometro di massa interfacciato al GC
impiegato è un 5973 Network MASS Selective Detector (Agilent Technologies,
USA). Gli spettri di massa (1 scansione s –1 sono stati ottenuti per impatto elettronico
(70eV), nell’intervallo da 40 a 600 m/z. Il gas di trasporto usato è l’elio 5.5 (flusso
1.0 ml/min) ed il rapporto di split è stato regolato ad 1/20 del flusso totale.
35

Il tipo di ionizzazione utilizzato, è a impatto elettronico (EI), induce notevole
frammentazione secondaria, ma permette di ottenere importanti informazioni
strutturali. Modulando opportunamente il potenziale di ionizzazione è possibile
inoltre variare la qualità dell’informazione contenuta nella frammentazione[2].
Il programma di temperatura dell’analisi gascromatografica è stato:
• Isoterma di 50°C per 2 min,
• rampa di 10°C/min fino a 130°C,
• rampa di 5°C/min fino a 300°C,
• isoterma di 300°C per 5 min.
I monomeri sono identificabili in base al tempo di eluizione caratteristico del
derivato e la quantità di monosaccaride presente nella miscela è proporzionale
all’area del picco in base al fattore di risposta. In genere i cromatogrammi presentano
più picchi per ogni monosaccaride per la presenza di varie forme in equilibrio
(anomeri alfa e beta sia in forma piranosidica che furanosidica) [5].
I dati sono stati acquisiti con computer HP Vectra, CPU Intel Pentium4/1.50GHz
operante con il software fornito dall’Agilent Technologies, U.S.A. per gestire lo
strumento; il riconoscimento dei picchi è stato possibile utilizzando le apposite
librerie di spettri di massa (Wiley 138 e NBS 75k) e grazie al confronto con i dati
disponibili in letteratura [2].
3.4.1 Preparazione del campione
La scissione dei legami glicosidici dei polisaccaridi, con formazione di
monosaccaridi metilati, è stata ottenuta per metanolisi, prendendo come riferimento
un lavoro presente in letteratura sulla caratterizzazione delle gomme vegetali
mediante metilazione e successiva sililazione [6]. Questa tecnica prevede l’aggiunta
di 1 ml di soluzione per metanolisi (15 ml metanolo + 0,4 ml cloruro di acetile) ad 1
mg di campione. La reazione è stata condotta per 24 h a 80° C in un pallone
collegato ad un refrigerante. In seguito il campione è stato lasciato ad evaporare per
circa un’ora in modo da allontanare il solvente in eccesso e sono stati aggiunti 0,5 ml
di derivatizzante Sylon facendolo reagire per 2 h a 80°C. A reazione avvenuta la
soluzione è stata essiccata in un rotavapor e il residuo ottenuto è stato disciolto in 1
36

ml di esano. Un microlitro della soluzione così ottenuta è poi stato iniettato nel
gascromatografo.
I campioni di gomma arabica e adragante solidi sono stati analizzati tal quali
mediante la metanolisi e successiva derivatizzazione, mentre il campione di gomma
arabica commerciale, essendo liquido, è stato steso su un vetrino e una volta
essiccato è stato sottoposto a metanolisi e successiva derivatizzazione.
I campioni destinati all’invecchiamento sono stati preparati pesando circa 20 mg di
gomma per ogni lastrina di vetro. Utilizzando la punta della pipetta si è cercato di
ottenere film il più possibile omogenei in spessore e privi di bolle d’aria. I campioni
di gomma arabica si presentano più lisci e lucidi, una volta stesi, rispetto al campione
di gomma adragante, il quale ha un aspetto più rugoso ed opaco dovuto al fatto che
questo tipo di gomma in acqua non si scioglie completamente ma tende a formare un
gel. Dopo la stesura del campione i vetrini sono stati pesati ed introdotti nella camera
di fotoossidazione nella quale sono stati eseguiti i due tipi di invecchiamento. Sulle
gomme invecchiate è stata eseguita la metanolisi con successiva sililazione e analisi
GC-MS.
3.5 PIROLISI - GASCROMATOGRAFIA - SPETTROMETRIA DI
MASSA
La pirolisi-gascromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (Py-GC/MS) è
una tecnica analitica micro-distruttiva, semplice ed estremamente sensibile, in cui i
trattamenti richiesti per la preparazione del campione sono minimi o del tutto assenti,
riducendo in tal modo la possibilità di perdite e contaminazioni.
Questa tecnica è particolarmente utile per lo studio di composti non volatili e,
pertanto, trova numerose applicazioni nel settore dei materiali polimerici, sia naturali
che sintetici.
Nell’ultimo decennio si è inoltre imposta come tecnica d’eccellenza nell’analisi di
materiali pittorici organici, sia moderni che tradizionali.
37

La pirolisi è un processo di degradazione termica in cui, riscaldando istantaneamente
il campione a elevata temperatura, si fornisce l’energia necessaria per la scissione di
legami chimici labili, così da ridurre le componenti organiche, anche non volatili, in
molecole di dimensioni inferiori adatte all’analisi con tecniche convenzionali come
la gascromatografia. In particolare, l’interfacciamento del pirolizzatore con un
gascromatografo e uno spettrometro di massa permette di ottenere sia la separazione
dei frammenti molecolari generatisi per pirolisi, sia i relativi spettri di massa; da
quest’ultimi è poi possibile procedere all’identificazione delle varie componenti.
I risultati discussi in questo lavoro di tesi sono stati ottenuti con un pirolizzatore a
filamento CDS Pyroprobe 1000 (Analytical Inc., USA) interfacciato allo stesso
gascromatografo e spettrometro di massa descritto nel paragrafo precedente [7].
Le pirolisi sono state condotte a 600°C per 10 s. Per la separazione
gascromatografica è stato utilizzato il seguente programma di temperatura:
• isoterma di 2 minuti a 50°C;
• rampa di 10°C/min fino a 130°C;
• rampa di 5°C/min fino a 300°C;
• isoterma a 300°C per 5 minuti.
3.5.1 Preparazione del campione
Inizialmente, sono stati sottoposti a pirolisi gli standard dei monosaccaridi tal quali
impostando la temperatura dell’interfaccia del pirolizzatore e dell’iniettore del
gascromatografo a 280°C. I campioni sono stati introdotti in tubicini di quarzo (2 cm
di lunghezza, 1 mm di diametro) pretrattati su fiamma bunsen. I tubicini, così
preparati, sono stati poi sottoposti a flash pirolisi a 600°C per 10 s.
Successivamente è stata fatta la derivatizzazione dei monosaccaridi e dei tre
campioni di gomme vegetali con HMDS. In questo caso, a ciascun campione (circa
0.1 mg), preventivamente collocato nel tubicino in quarzo, sono stati aggiunti 5 µl di
HMDS (1,1,1,3,3,3-Esametildisilazano) e dopo circa 5 minuti si è dato inizio
all’analisi. La temperatura dell’interfaccia (temperatura della camera di pirolisi) è
stata impostata a 150°C per le analisi ed a 280°C per le pulizie effettuate tra un
campione e l’altro [8].
38

3.6 BIBLIOGRAFIA
[1] M. Matteini, Science and Technology for Cultural Heritage, 7 (1998) 7-13.
[2] A. Piccirillo, Caratterizzazione e studio di invecchiamento di leganti pittorici
naturali: oli siccativi, tesi di dottorato in scienze chimiche, a.a. 2003/2004,
Università di Torino, Facoltà di Scienze M.F.N.
[3] F. Brunello, De arte illuminandi ( e altri trattati sulla tecnica della miniatura
medioevale), Neri Pozza editore, 1992.
[4] M. Nicola, Caratterizzazione e studio dell’invecchiamento di leganti pittorici a
base proteica, tesi di laurea in chimica, a.a. 2002/2003, Università di Torino, Facoltà
di Scienze M.F.N.
[5] M. d’Ischia, La chimica organica in laboratorio, Piccin, 2001.
[6] J. Bleton, P. Mejanelle, J. Sansoulet, S. Goursard, A. Tchapla, Journal of
Chomatography A, 720 (1996) 27-49.
[7] B. Demarchi, studio di invecchiamento di vernici pittoriche, tesi di laurea in
scienze e tecnologie dei beni culturali, a.a. 2003/2004, Università di Torino, Facoltà
di Scienze M.F.N.
[8] D. Fabbri, G. Chiavari, Analytical Chimica Acta, 449 (2001) 271-280.
39

4 RISULTATI E DISCUSSIONE
4.1 SPETTROSCOPIA FTIR
4.1.1 Caratterizzazione delle gomme vegetali
4.1.1.1 Gomma arabica
La figura 1 riporta lo spettro di assorbimento del campione di gomma arabica
preparato secondo la “ricetta” tratta dal trattato trecentesco “De arte illuminandi”
(vedi pag. 33) e steso su un wafer di silicio bilucidato.
Figura 1. Spettro FTIR della gomma arabica fresca
Attorno ai 3385 cm -1 si può notare la banda relativa agli stretching degli ossidrili
presenti nel polisaccaride. In particolare, i numeri d’onda leggermente inferiori ai
40

valori caratteristici degli –OH liberi, indicano la presenza di legami H intra- e intermolecolari.
L’altra banda intensa a 1074 cm -1 è legata allo stretching asimmetrico del
gruppo C-O-C e allo stretching C-O relativo ai gruppi alcolici secondari. A 2932 cm -
1
è presente una banda di assorbimento di media intensità dovuta allo stretching dei
legami C-H.
Il picco a 1604 cm -1 è attribuibile allo stretching simmetrico di gruppi COOH
salificati o dei gruppi OH e all’umidità eventualmente adsorbita sul campione.
Intorno ai 1400 cm -1 si osservano una serie di picchi parzialmente sovrapposti: i
contributi principali sono dovuti all’assorbimento multiplo di stretching asimmetrico
dei gruppi carbossilato, alla deformazione di bending degli ossidrili e, in misura
minore, allo stretching simmetrico e asimmetrico dei CH3 presenti in alcuni
monosaccaridi costituenti la gomma arabica (come ad esempio il ramnoso).
Infine la parte più a destra dello spettro, ossia la zona dell’impronta digitale, presenta
un ampio assorbimento, centrato a circa 670 cm -1 , caratteristico delle deformazioni
fuori dal piano dei gruppi –OH [1-2].
Figura 2. Spettro FTIR della gomma arabica in soluzione acquosa fresca.
La figura 2 riporta lo spettro di assorbimento del campione di gomma arabica
commerciale steso su un wafer di silicio bilucidato.
41

Si può notare che i due spettri di gomma arabica sono praticamente identici; da
questo si può dedurre che la composizione chimica dei due campioni di gomma
arabica dovrà essere la medesima.
4.1.1.2 Gomma adragante
La figura 3 riporta lo spettro di assorbimento del campione di gomma adragante
preparato secondo la “ricetta” tratta dal trattato trecentesco “De arte illuminandi” e
steso su un wafer di silicio bilucidato.
Lo spettro IR della gomma adragante si presenta più complesso di quello della
gomma arabica, il che riflette la composizione chimica della gomma adragante.
Figura 3. Spettro FTRI della gomma adragante fresca.
Come nel caso della gomma arabica, lo spettro presenta una banda intensa attorno a
3396 cm -1 dovuta allo stretching O-H e una banda di minore intensità a 2934 cm -1
relativa allo stretching C-H. La banda a 1616 cm -1 è attribuita, come nel campione
42

precedente, all’assorbimento dei gruppi COOH o dei gruppi OH e all’umidità
adsorbita, mentre le bande tra 1100 cm -1 e 1000 cm -1 si riferiscono agli stretching O-
C; in particolare, per confronto con la gomma arabica, quella a circa 1078 cm -1 è
attribuibile allo stretching asimmetrico del C-O-C etereo e allo stretching C-OH dei
gruppi alcolici secondari, mentre il picco a 1036 cm -1 è presumibilmente dovuto allo
stretching C-O dei gruppi acidi degli acidi uronici, presenti nella gomma adragante in
quantità maggiore rispetto alla gomma arabica.
Così pure il picco a 1743 cm -1 è dovuto allo stretching del gruppo C=O presente
negli acidi uronici che compongono il polisaccaride.
Infine, anche in questo campione, si può osservare una serie di picchi sovrapposti tra
1200-1400 cm -1 dovuti allo stretching asimmetrico dei gruppi carbossilato, alla
deformazione di bending degli ossidrili ed allo stretching simmetrico e asimmetrico
dei CH3 presenti nel rhamnosio e nel fucosio.
4.1.2 Invecchiamento delle gomme vegetali
I tre campioni di gomme vegetali sono stati sottoposti a due tipi di invecchiamento
fotoossidativo: uno più blando, che rispecchia le condizioni da interno, ovvero le
condizioni di fotoinvecchiamento presenti, ad esempio, in un museo; e uno più
drastico, che simula le condizioni da esterno, quindi il fotoinvecchiamento causato
dalla radiazione solare diretta.
4.1.2.1 Invecchiamento in condizioni da interno
Le condizioni da interno sono state realizzate nella camera di fotoossidazione
mediante una lampada Xenon con filtro per λ

Figura 4. Spettri FTRI della gomma arabica sottoposta ad invecchiamento artificiale in condizioni da
interno da 0 a 1000 ore (0 ore, 24 ore, 257 ore, 617 ore, 855 ore, 1000 ore).
La figura 4 riporta gli spettri infrarossi del campione di gomma arabica a vari periodi
di invecchiamento. Nel tempo si osserva una diminuzione dell’assorbanza lungo tutto
lo spettro dovuta ad una progressiva riduzione della quantità di campione presente
sul wafer di silicio. Infatti, osservando il film di gomma arabica invecchiato si nota
che non è più liscio ed omogeneo, ma presenta delle screpolature e parte del
campione tende a staccarsi dal supporto. Allo stesso tempo, l’assenza di differenze
significative nelle intensità relative dei picchi, dimostra che, almeno nell’intervallo di
tempi considerato, non si verificano variazioni strutturali significative per effetto del
trattamento fotoossidativo.
44

La figura 5 riporta gli spettri di assorbimento della gomma arabica commerciale. In
questo caso la variazione di assorbanza è più apprezzabile ed è sicuramente legata ad
una perdita in peso maggiore del campione presente sul wafer di silicio.
Figura 5. Spettri FTRI della gomma arabica in soluzione acquosa sottoposta ad invecchiamento
artificiale in condizioni da interno da 0 a 1000 ore (0 ore, 257 ore, 429 ore, 762 ore, 855 ore, 1000
ore).
Inoltre, la comparsa di un assorbimento a circa 1730 cm -1 dopo 400 ore circa di
invecchiamento indica la formazione di nuove funzionalità carboniliche e quindi una
minore stabilità fotoossidativa di questo campione rispetto al precedente.
La figura 6 riporta gli spettri di assorbimento del campione di gomma adragante a
vari tempi di invecchiamento.
45

Figura 6. Spettri FTRI della gomma adragante sottoposta ad invecchiamento artificiale in condizioni
da interno da 0 a 1000 ore (0 ore, 24 ore, 138 ore, 257 ore, 762 ore, 1000 ore).
Anche in questo caso si osserva una generale diminuzione di assorbanza estesa a
quasi tutto lo spettro attribuibile ad una progressiva perdita di peso durante
l’invecchiamento. A differenza della gomma arabica, però, il film di gomma
adragante steso su wafer di silicio appare poco alterato dal fotoinvecchiamento.
Inoltre, a circa 1743 cm -1 , si osserva un leggero aumento del picco relativo al
carbonile, il quale indica un incremento di funzionalità ossidate.
Al fine di ottenere informazioni sulla stabilità dei tre tipi di film è stata inoltre
monitorata la variazione di peso dei campioni stesi su vetrino. La figura 7 mostra la
progressiva perdita di peso durante l’invecchiamento in condizioni da interno.
46

Variaz peso %
120
100
80
60
40
20
INVECCHIAMENTO IN CONDIZIONI DA INTERNO
gomma arabica commerciale
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Tempo (min)
gomma arabica
gomma adragante
Figura 7. Variazione di peso % delle gomme vegetali sottoposte a fotoinvecchiamento in condizioni
da interno in funzione del tempo.
Il grafico conferma i dati dell’infrarosso: si può notare che il film ottenuto dal
prodotto commerciale di gomma arabica in soluzione acquosa è il più sensibile al
trattamento fotoossidativo, infatti, osservando attentamente il vetrino, si nota un
sempre più esteso fenomeno di craqueleur e in più punti il film tende a staccarsi dal
supporto. Al contrario, le stesure di gomma arabica e di gomma adragante (preparate
in base alla “ricetta” tratta dal trattato trecentesco) dimostrano una migliore stabilità
al fotoinvecchiamento. Dal grafico si possono osservare due andamenti abbastanza
simili che si discostano leggermente solo nella parte finale. Ad un’indagine visiva i
due film hanno comportamento differente: la gomma arabica perde parzialmente
adesione dal supporto, mentre il film di gomma adragante, anche dopo 1000 ore di
fotoinvecchiamento, appare inalterato e perfettamente omogeneo.
47

4.1.2.2 Invecchiamento in condizioni da esterno.
Le condizioni da esterno sono state realizzate nella camera di fotoossidazione
mediante una lampada Xenon con filtro per λ

Non è stato possibile acquisire lo spettro del film gomma arabica commerciale, in
quanto, già dopo poche ore di fotoinvecchiamento accelerato, parte del campione
iniziava a staccarsi dal supporto.
La figura 9 riporta gli spettri di assorbimento del campione di gomma adragante.
Figura 9. Spettri FTRI della gomma adragante sottoposta ad invecchiamento artificiale in condizioni
da esterno da 0 a 1000 ore (0 ore, 214 ore, 378 ore, 505 ore, 881 ore, 1000 ore).
Anche qui si osserva una progressiva e generale diminuzione dello spettro nel tempo,
un po’ più marcata rispetto all’invecchiamento in condizioni da interno, dovuta alla
diminuzione della quantità di campione presente sul wafer di silicio. Fa eccezione il
picco del carbonile che aumenta notevolmente indicando un incremento di
funzionalità ossidate.
49

Come nel caso dell’invecchiamento in condizioni da interno, è stata monitorata la
variazione di peso dei film delle gomme vegetali stese sui vetrini. La figura 10
mostra una diminuzione di peso dei campioni leggermente maggiore rispetto a quella
ottenuta precedentemente.
Variaz peso %
120
100
80
60
40
20
0
INVECCHIAMENTO IN CONDIZIONI DA ESTERNO
gomma arabica commerciale
gomma arabica
gomma adragante
0 200 400 600
Tempo (min)
800 1000 1200
Figura 10. Variazione di peso % delle gomme vegetali sottoposte a fotoinvecchiamento in condizioni
da esterno in funzione del tempo.
Anche in questo caso il grafico conferma i dati dell’infrarosso: il film ottenuto dal
prodotto commerciale di gomma arabica in soluzione acquosa è il più sensibile al
trattamento fotoossidativo, infatti mostra una perdita di peso maggiore del 60%. Le
stesure di gomma arabica e di gomma adragante mostrano due andamenti abbastanza
simili, ma, ancora una volta è la gomma adragante, con solo il 10% di perdita di
peso, a conservare al meglio le proprie caratteristiche filmogene.
50

4.2 GASCROMATOGRAFIA - SPETTROMETRIA DI MASSA
4.2.1 Introduzione
Le problematiche principali della caratterizzazione delle componenti di una gomma
vegetale in un’opera d’arte sono generalmente legate alle piccole quantità di
campione disponibili, alla complessità del campione stesso e alla presenza di
impurezze a causa dell’uso di pigmenti o di altre sostanze [3].
Sono state utilizzate numerose tecniche analitiche allo scopo di identificare le
sostanze organiche costituenti uno strato pittorico. In particolare la gascromatografia
accoppiata alla spettrometria di massa si è dimostrata una delle tecniche più
appropriate nel settore per la specificità della risposta e la possibilità di ottenere
informazioni strutturali da una piccola quantità di campione.
Negli ultimi 50 anni la gascromatografia ha giocato un ruolo importante nell’analisi
di polisaccaridi: sono stati sviluppati diversi sistemi di iniezione, di rilevazione e più
tecniche sono state accoppiate tra di loro [4-14]. In questo progetto di tesi è stato
utilizzato come rivelatore uno spettrometro di massa.
Per analizzare un polisaccaride con la GC-MS, prima dell’iniezione nel
gascromatografo, è necessario sottoporre il campione ad un trattamento preliminare,
in modo da ottenere le singole unità di monosaccaridi che lo compongono, e
successivamente ad un trattamento di derivatizzazione, che implica la conversione
dei monomeri in composti maggiormente volatili, quali, ad esempio, i
trimetilsililesteri.
Nel corso di questo lavoro di tesi è stata applicata una procedura di metanolisi e
successiva sililazione delle gomme vegetali per l’identificazione dei singoli
monosaccaridi costituenti il polimero in esame. Questa procedura è stata tratta da un
precedente studio sulle gomme vegetali presente in letteratura [8].
Prima di procedere con l’analisi vera e propria delle gomme vegetali sono stati
analizzati alla GC-MS i singoli standard dei principali monosaccaridi che
compongono le gomme.
51

Una volta ottenuti, per ogni monosaccaride, i singoli cromatogrammi e i rispettivi
spettri di massa è stato possibile identificare la composizione chimica dei tre
campioni di gomme vegetali.
Successivamente sono stati analizzati alcuni campioni sottoposti a
fotoinvecchiamento artificiale in condizioni da interno e in condizioni da esterno, per
valutare i possibili cambiamenti strutturali avvenuti durante l’invecchiamento.
4.2.2 Analisi degli standard dei monosaccaridi mediante
sililazione
4.2.2.1 Introduzione
Inizialmente sono stati derivatizzati gli standard dei monosaccaridi tal quali, ponendo
in un vials 1 mg di campione + 0.5 ml di derivatizzante Sylon. La reazione è stata
condotta per 2 h a 80°C.Successivamente 1 µl della soluzione così preparata è stato
iniettato nel gascromatografo (cfr 3.4.1). Nell’appendice I sono riportati i
cromatogrammi ottenuti per ogni monosaccaride, mentre nell’appendice II sono
riportati gli spettri di massa corrispondenti a ciascun picco cromatografico.
I cromatogrammi ottenuti mediante sililazione degli standard dei singoli
monosaccaridi sono caratterizzati da due o più picchi compresi tra 18,00 e 26,00
minuti che, nelle condizioni sperimentali utilizzate (cfr 3.4), corrispondono ad un
range di temperatura di volatilizzazione di circa 175-215°C. I singoli picchi
cromatografici sono stati identificati confrontando gli spettri di massa con i dati di
letteratura [8] e con l’ausilio di due librerie di spettri (Wiley 138 e NBS75K). La
tabella 1 riporta per ogni picco cromatografico (numerato nell’appendice I) il nome
del composto corrispondente (se noto), il tempo di ritenzione e i rapporti
massa/carica caratteristici dello spettro di massa (riportato nell’appendice II),
evidenziandone in grassetto il più intenso.
52

Tabella 1. Assegnazione dei picchi presenti nei cromatogrammi ottenuti mediante sililazione degli
standard dei singoli monosaccaridi e successiva analisi GC-MS (illustrati nella parte A dell’appendice
I).
Nome Nome TMS derivato N° Tr m/z caratteristici
monosaccaride
(min)
1,2,3,5-tetrakis(O-
1 18,22 73-101-117-133-147-
191-204-217-231-243-
TMS) arabinofuranoso
259-279-291-305-333-
PM:438
349-367-393-405-423-
438
Arabinoso
PM:150
1,2,3,5-tetrakis(O-
TMS) arabinofuranoso
PM:438
2 18,79 73-103-117-133-147-
191-204-217-231-243-
259-279-291-305-333-
349-367-393-423
3 18,85 73-103-117-129-147non
identificato
191-204-217-231-243-
259-277-291-305-319-
333
4 20,03 73-101-116-133-147non
identificato
191-204-217-231-243-
259-265-279-291-305-
333
5 20,03 73-101-116-133-147-
1,2,3,4-tetrakis(O-
191-204-217-231-243-
TMS) xilopiranoso
259-265-279-291-305-
PM:438
317-333-348-367-393-
423-438
Xiloso
PM:150
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) xilopiranoso
PM:438
6 21,13 73-101-116-133-147-
191-204-217-231-243-
259-266-279-291-305-
319-333-348-367-393
7 23,19 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243non
identificato
257-265-279-291-305-
317-331-345-361-379-
393-405-435
8 18,43 73-103-115-130-147-
1,2,3,4-tetrakis(O-
191-204-217-231-245-
TMS) ramnopiranoso
257-265-273-279-291-
Ramnoso
PM:164
PM:452
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) ramnopiranoso
PM:452
305-319-333-347-362-
379-393-437
9 19,74 73-103-115-133-147-
191-204-217-231-245-
257-265-273-281-291-
305-319-347-393-437
53

Fucoso
PM:164
Galattoso
PM:180
Glucoso
PM:180
Acido
galatturonico
PM:194
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) fucopiranoso
PM:452
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) fucopiranoso
PM:452
1,2,3,4,6-pentakis(O-
TMS)galattopiranoso
PM:540
1,2,3,4,6-pentakis(O-
TMS)galattopiranoso
PM:540
1,2,3,4,6-pentakis(O-
TMS)glucopiranoso
PM:540
1,2,3,4,6-pentakis(O-
TMS)glucopiranoso
PM:540
non identificato
Probabile trimetilsilil
derivato del prodotto di
decarbossilazione
dell’acido galatturonico
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) galatturonato di
trimetilsilile
PM:554
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) galatturonato di
trimetilsilile
PM:554
10 19,33 73-103-115-130-147-
191-204-217-231-245-
257-265-273-291-305-
319-333-347-379-393-
407-437
11 20,07 73-103-115-133-147-
191-204-217-231-245-
257-265-273-291-305-
319-347-379-393
12 23,25 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
265-291-305-317-333-
345-361-379-393-407-
435-450
13 24,05 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
291-305-319-333-345-
361-379-393-405-435
14 23,84 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
265-291-305-317-332-
345-361-379-393-405-
423-435-450-525
15 25,58 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
291-305-319-332-345-
361-379-393-405-435
16 24,02 73-103-116-133-147-
159-191-204-217-234-
247-257-265-273-291-
305-317-331-347-359-
363-391
17 24,76 73-103-117-133-147-
191-204-217-231-243-
259-265-291-305-318-
331-349-359-377-392-
407-421-449-467-539
18 25,16 73-103-117-133-147-
191-204-217-233-245-
265-292-305-319-331-
347-359-375-393-407-
421-449-464-539
19 26,32 73-103-117-133-147-
191-204-217-233-245-
265-292-305-318-333-
347-359-375-407-421-
449-539
54

Acido glucuronico
PM:194
non identificato
Probabile trimetilsilil
derivato del prodotto di
decarbossilazione
dell’acido glucuronico
Probabile trimetilsilil
derivato del prodotto di
decarbossilazione
dell’acido glucuronico
non identificato
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) glucuronato di
trimetilsilile
PM:554
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) glucuronato di
trimetilsilile
PM:554
Note: N° = numero assegnato al picco cromatografico
Tr (min) = tempo di ritenzione in minuti
TMS = trimetilsilil
4.2.2.2 I cromatogrammi
20 20,66 73-103-117-133-147-
189-204-217-231-245-
259-291-306-319-331-
335-348-377-392
21 23,94 73-103-117-133-147-
191-204-217-233-243-
248-259-287-292-303-
319-335-346-359-377-
449-467
22 24,29 73-103-117-129-147-
191-204-217-233-245-
259-287-292-305-319-
335-347-359-377-449-
467
23 24,41 73-103-116-129-147-
191-204-217-233-243-
259-287-305-319-335-
347-359-377-437-467
24 25,41 73-103-117-133-147-
191-204-217-233-245-
257-265-292-305-319-
331-347-359-375-381-
393-407-421-449-464-
539
25 26,42 73-103-116-133-147-
191-204-217-233-245-
257-265-292-305-318-
333-347-359-375-380-
393-407-421-449-464-
539
Osservando i composti ottenuti mediante sililazione dei monomeri degli zuccheri
semplici, si nota che la maggior parte dei pertrimetilsilil derivati si presenta sotto
forma piranosidica, fatta eccezione per l’arabinosio, dove prevale la forma
furanosidica. In ciascun cromatogramma si distinguono chiaramente i due anomeri α
e β del monosaccaride pertrimetilsililato. Essendo i rispettivi spettri di massa
55

identici, gli anomeri sono distinguibili esclusivamente sulla base dei tempi di
ritenzione. Per analogia con studi precedenti [8], si è assunto che il picco più intenso
fosse l’anomero α per i pertrimetilsilil derivanti dello xiloso, del ramnoso, del
fucoso, del glucoso e del galattoso; fanno eccezione quelli derivanti dall’arabinoso,
in cui è la forma anomerica β ad essere favorita.
Nei cromatogrammi degli acidi uronici, invece, si osserva la presenza di più picchi
cromatografici attribuibili ai pertrimetilsilil derivati e alla formazione di prodotti
secondari di reazione. Il cromatogramma dell’acido galatturonico presenta i due
picchi dei pertrimetilsilil derivati degli anomeri α e β (picco N° 18 e 19) e un
ulteriore picco, molto intenso, a 24,76 min, attribuibile, sulla base dello spettro di
massa, ad un prodotto secondario di decarbossilazione. Il cromatogramma dell’acido
glucuronico è caratterizzato, oltre che dai due picchi principali dovuti agli anomeri α
e β del pertrimetilsilil derivato (picco N° 24 e 25), anche da altri picchi a tempi di
ritenzione minori, non chiaramente identificati, ma presumibilmente attribuibili al
monosaccaride non completamente sililato o a prodotti secondari di
decarbossilazione.
4.2.2.3 Gli spettri di massa
Dagli spettri di massa ottenuti mediante sililazione degli standard dei monosaccaridi
si osserva la presenza di alcuni frammenti caratteristici dei gruppi trimetilsililati
(vedi tabella 2).
Confrontando gli spettri di massa con i dati di letteratura [8] è stato possibile
identificare la forma piranosica o furanosica dei pertrimetilsilil derivati sulla base
delle intensità di due rapporti m/z caratteristici: m/z = 204 e m/z = 217. Se il picco
relativo allo ione m/z 204 ha intensità compresa tra 30% e 100% il pertrimetilsilil
derivato si presenta nella forma piranosica, mentre se è il picco relativo allo ione m/z
217 ad essere più intenso, il pertrimetilsilil derivato si presenta nella forma
furanosica; in questi casi lo ione m/z 204 può non esserci o essere presente ma con
intensità massima del 5%. Questo è stato confermato anche dalle librerie di spettri
consultate.
56

Tabella 2. Assegnazione dei possibili frammenti attribuibili ai rapporti massa/carica caratteristici dei
gruppi trimetilsililati
m/z caratteristici Frammento
73 [Si + (CH3)3]
147 [(CH3)3SiOSi + (CH3)2]
191 [(CH3)3SiOCH=O + Si(CH3)3]
204 [(CH3)3SiOCH=CHOSi(CH3)3] +
217
[(CH3)3SiO OSi(CH3)3]
[(CH3)3SiO─CH=CH─CH=O + Si(CH3)3]
305 [(CH3)3SiO─CH=C(OSi(CH3)3)─CH=O + Si(CH3)3]
Osservando gli spettri di massa dei pertrimetilsilil derivati si nota che lo ione
molecolare è generalmente assente, ma sulla base di alcuni rapporti di m/z
caratteristici è possibile comunque distinguere varie classi di zuccheri [8,16-17]:
Caratterizzazione di pentosi (arabinoso e xiloso).
M + = 438
M + ─ CH3 = 423
M + ─ CH3 ─ TMSiOH = 333
M + ─ CH3 ─ 2 TMSiOH = 243
M + ─ TMSiOH = 348
M + ─ TMSiO = 349
M + ─ TMSiOH ─ TMSiO = 259
M + ─ HCHO ─ CH3 = 393
M + ─ HCHO ─ TMSiO = 319
Caratterizzazione di deossiesosi (rhamnoso e fucoso).
M + ─ CH3 = 437
M + ─ CH3 ─ TMSiOH = 347
M + ─ CH3 ─ 2 TMSiOH = 257
M + ─ TMSiOH = 362
M + ─ TMSiO = 363
+
57

M + ─ TMSiOH ─ TMSiO = 273
M + ─ CH3CHO ─ CH3 = 393
M + ─ CH3CHO ─ TMSiO = 319
Caratterizzazione di esosi (galattoso e glucoso).
M + ─ CH3 = 525
M + ─ TMSiOH = 450
M + ─ CH3 ─ TMSiOH = 435
M + ─ CH3 ─ 2 TMSiOH = 345
M + ─ TMSiOH ─ TMSiO = 361
M + ─ TMSiOCHCHO ─ CH3 = 393
M + ─ TMSiOCHCHO ─ TMSiO = 319
Caratterizzazione di acidi uronici (acido galatturonico ed acido glucuronico).
M + ─ CH3 = 539
M + ─ CH3 ─ TMSiOH = 449
M + ─ CH3 ─ 2 TMSiOH = 359
M + ─ TMSiOH = 464
M + ─ TMSiOH ─ TMSiO = 375
M + ─ CHOCOOTMSi ─ CH3 = 393
M + ─ CHOCOOTMSi ─ TMSiO = 319
Da un’osservazione più accurata degli spettri di massa dei pertrimetilsilil derivati si
può notare che i rapporti di m/z 393 e 319 sono comuni a tutte le classi di zuccheri,
anche se nel caso degli acidi uronici sono molto meno intensi rispetto a quelli
ottenuti nel caso degli zuccheri semplici. Questi due rapporti di m/z si ritrovano in
tutti gli spettri di massa dei pertrimetilsilil derivati perché, anche partendo da
zuccheri diversi, si ottengono gli stessi frammenti; infatti:
m/z = 393 = M + ─ XCHO ─ CH3
m/z = 319 = M + ─ XCHO ─ TMSiO
dove X è diverso a seconda del monosaccaride in questione.
58

4.2.3 Analisi degli standard dei monosaccaridi mediante
metanolisi e sililazione
4.2.3.1 Introduzione
Gli standard dei monosaccaridi sono stati sottoposti a metanolisi e successivamente
derivatizzati con Sylon (vedi procedura a pag 36), in modo da rispecchiare il più
possibile le condizioni di reazione che verrano poi applicate sulle gomme vegetali. I
cromatogrammi ottenuti per ogni monosaccaride sono riportati nell’appendice I,
mentre i corrispondenti spettri di massa sono riportati nell’appendice II.
Anche in questo caso è stata costruita una tabella (vedi Tabella 3) che riporta per
ogni picco cromatografico numerato nell’appendice I i rapporti massa/carica
caratteristici per ciascun isomero del monosaccaride (evidenziandone in grassetto il
più intenso), il tempo di ritenzione e il nome del composto corrispondente (se noto).
Come nel caso precedente, i singoli picchi cromatografici sono stati identificati
confrontando gli spettri di massa con i dati di letteratura [8] e con l’ausilio di due
librerie di spettri (Wiley 138 e NBS75K).
La tabella 3 si presenta più complessa della tabella 1 in quanto è maggiore il numero
di isomeri formatesi da ciascun monosaccaride, alcuni derivanti dalla sililazione
(come nel caso precedente) e altri derivanti dal processo di metanolisi, che comporta
la metilazione dell’ossigeno in C 1 .
59

Tabella 3. Assegnazione dei picchi presenti nei cromatogrammi ottenuti mediante metanolisi e
sililazione degli standard dei singoli monosaccaridi e successiva analisi GC-MS (illustrati nella parte
B dell’appendice I).
Nome Nome TMS derivato N° Tr m/z caratteristici
monosaccaride
(min)
26 16,72 73-89-101-116-133metil
2,3,5-tris(O-TMS)
147-189-217-230-233arabinofuranoside
243-247-259-275-291-
PM:380
305-320-333-336-349-
365
27 16,82 73-89-101-116-133metil
2,3,4-tris(O-TMS)
147-189-204-217-231arabinopiranoside
233-243-247-259-275-
PM:380
290-305-319-333-336-
349-365-380
28 17,05 73-89-103-116-133metil
2,3,4-tris(O-TMS)
147-189-204-217-231arabinopiranoside
233-243-247-259-275-
PM:380
290-305-321-333-336-
349-365-380
Arabinoso
PM:150
29
metil 2,3,5-tris(O-TMS)
arabinofuranoside
PM:380
17,68 73-89-103-116-133-
147-189-217-231-233-
243-247-259-275-291-
305-320-333-336-349
1,2,3,5-tetrakis(O-
TMS) arabinofuranoso
PM:438
30 18,09 73-103-117-129-147-
191-217-230-243-259-
265-291-305-333-347-
393-423
1 18,16 73-101-117-133-147-
1,2,3,4-tetrakis(O-
191-204-217-231-243-
TMS) arabinopiranoso
259-279-291-305-333-
PM:438
349-367-393-405-423-
438
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) arabinopiranoso
PM:438
2 18,78 73-103-117-133-147-
191-204-217-231-243-
259-279-291-305-333-
349-367-393-423
1,2,3,5-tetrakis(O-
TMS) arabinofuranoso
PM:438
31 19,35 73-103-117-133-147-
191-217-230-243-247-
259-265-291-305-319-
333-349-365-393
60

Xiloso
PM:150
Ramnoso
PM:164
Fucoso
PM:164
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
xilopiranoside
PM:380
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
xilopiranoside
PM:380
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) xilopiranoso
PM:438
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) xilopiranoso
PM:438
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
ramnopiranoside
PM:394
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
ramnopiranoside
PM:394
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) ramnopiranoso
PM:452
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) ramnopiranoso
PM:452
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
fucofuranoside
PM:394
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
fucopiranoside
PM:394
32 18,91 73-89-101-116-133-
147-189-204-217-231-
233-243-247-259-275-
290-305-317-333-336-
349-365-380
33 19,26 73-89-101-116-133-
147-189-204-217-233-
243-247-259-275-290-
305-319-333-349-593
5 20,02 73-101-116-133-147-
191-204-217-231-243-
259-265-279-291-305-
317-333-348-367-379-
393-423-438
6 21,13 73-101-116-133-147-
191-204-217-231-243-
259-267-279-291-305-
319-333-348-367-379-
393-423
34 17,42 73-89-103-117-133-
147-189-204-217-231-
245-247-257-273-290-
305-319-335-347-363-
379-394
35 17,63 73-89-101-117-133-
147-189-204-217-231-
245-247-257-273-290-
305-319-335-347-363
8 18,41 73-103-115-130-147-
191-204-217-231-245-
257-265-273-279-291-
305-319-333-347-362-
379-393-437
9 19,73 73-103-115-133-147-
191-204-217-231-245-
257-265-273-281-291-
305-319-347-393-437
36 17,47 73-89-101-117-133-
147-159-189-217-231-
247-257-273-289-319-
305-335-347-361
37 17,98 73-89-101-117-133-
147-189-204-217-231-
245-247-257-260-273-
290-305-319-335-347-
363-379-401-415-459-
577
61

Galattoso
PM:180
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
fucopiranoside
PM:394
metil 2,3,5-tris(O-TMS)
fucofuranoside
PM:394
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) fucopiranoso
PM:452
1,2,3,4-tetrakis(O-
TMS) fucopiranoso
PM:452
metil 2,3,5-tris(O-TMS)
fucofuranoside
PM:394
non identificato
metil 2,3,4,6tetrakis(O-
TMS)galattopiranoside
PM:482
metil 2,3,4,6tetrakis(O-
TMS)galattopiranoside
PM:482
1,2,3,4,6-pentakis(O-
TMS) galattopiranoso
PM:540
1,2,3,4,6-pentakis(O-
TMS) galattopiranoso
PM:540
38 18,44 73-89-101-117-133-
147-189-204-217-231-
245-247-257-273-290-
305-319-335-347-355-
363-385-393-401-415-
519-535-577
39 18,61 73-89-101-117-133-
147-159-189-217-231-
247-257-273-289-305-
319-335-347-361-393-
419-519-577
10 19,28 73-103-115-130-147-
191-204-217-231-245-
257-265-273-291-305-
319-333-347-379-393-
407-437
11 20,07 73-103-115-133-147-
191-204-217-231-245-
257-265-273-291-305-
319-347-379-393
40 20,22 73-103-117-133-147-
159-191-217-231-245-
257-273-291-305-319-
335-347-393-577
41 22,12 73-103-117-133-147-
189-204-217-231-245-
260-273-289-305-319-
333-345-363-379
42 22,42 73-103-117-133-147-
191-204-217-231-243-
260-271-290-305-317-
319-333-345-361-377-
393-407-435-467
43 23,03 73-103-117-133-147-
191-204-217-231-243-
261-271-290-305-317-
333-345-361-377-393-
407-435
12 23,19 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
265-291-305-317-333-
345-361-379-393-407-
435-450
13 24,04 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
291-305-319-333-345-
361-379-393-405-435
62

Glucoso
PM:180
Acido
galatturonico
PM:194
metil 2,3,4,6tetrakis(O-TMS)
glucopiranoside
PM:482
1,2,3,4,6-pentakis(O-
TMS)glucopiranoso
PM:540
metil 2,3,4,6tetrakis(O-
TMS)glucopiranoside
PM:482
1,2,3,4,6-pentakis(O-
TMS)glucopiranoso
PM:540
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
galattopiranosiduronat
o di trimetilsilile
PM:496
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
galattopiranosiduronat
o di trimetilsilile
PM:496
non identificato
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
galattopiranosiduronat
o di trimetilsilile
PM:496
44 23,58 73-89-103-117-133-
147-191-204-217-231-
243-271-290-305-317-
332-345-361-377-407-
435-467
14 23,82 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
265-291-305-317-332-
345-361-379-393-405-
423-435-450-525
45 23,92 73-89-103-117-133-
147-191-204-217-231-
243-271-290-305-317-
332-345-361-377-407-
435-467
15 25,59 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
291-305-319-331-345-
361-379-393-405-435-
449-525
46 23,23 73-89-103-116-133-
147-159-189-204-217-
234-247-260-273-289-
301-305-317-331-379-
363-391-407-423
47 23,42 73-89-103-116-133-
147-159-191-204-217-
234-245-259-273-288-
301-305-319-331-363-
391-423
16 24,01 73-89-103-116-133-
147-159-191-204-217-
234-247-257-265-273-
291-305-317-331-347-
363-379-391-407-421-
437-449
48 24,29 73-89-103-116-133-
147-159-191-204-217-
234-247-257-265-273-
291-305-317-331-349-
363-375-391-407-421
63

Acido
glucuronico
PM:194
metil 2,5- bis(O-TMS)
glucofuranosidurono-
6,3-lattone
1,2,5-tris(O-TMS)
glucofuranurono-6,3lattone
non identificato
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
glucopiranosiduronato
di trimetisilile
PM:423
metil 2,3,4-tris(O-TMS)
glucopiranosiduronato
di trimetisilile
PM:423
non identificato
non identificato
Note: N° = numero assegnato al picco cromatografico
Tr (min) = tempo di ritenzione in minuti
TMS = trimetilsilil
4.2.3.2 I cromatogrammi
49 21,03 45-59-73-89-116-131-
147-169-187-217-230-
243-259-275-287-301-
319-334-461
50 22,43 45-73-103-133-147-
189-204-217-230-245-
259-287-292-319-349-
377-435
51 23,19 73-103-117-129-147-
191-204-217-231-243-
265-291-305-317-333-
345-361-393-407-421-
435-563
52 23,91 73-89-116-133-147-
159-189-204-217-234-
247-259-273-277-301-
305-317-333-363-391-
407-423
53 24,18 73-89-116-133-147-
159-189-204-217-234-
247-259-273-277-301-
305-317-331-333-363-
391-423-438
54 24,53 73-133-147-159-191-
204-217-234-247-257-
277-291-305-317-331-
347-391-481-505
55 24,82 73-133-147-159-191-
204-217-234-247-257-
277-291-305-317-331-
391-481-535-549
I cromatogrammi ottenuti mediante metanolisi e successiva sililazione degli standard
dei singoli monosaccaridi sono caratterizzati dalla presenza di quattro o più picchi
compresi tra 16,00 e 26,00 minuti e, in alcuni casi, anche da una serie di picchi di
debole intensità aventi tempi di ritenzione compresi tra 30,00 e 36,00 minuti, come
mostra la figura 11.
64

Figura 11. Cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e sililazione dello xiloso.
Come si nota dalla figura, generalmente, due picchi sono attribuibili al composto
derivatizzato tal quale (5 e 6), mentre gli altri due o più picchi sono caratteristici del
processo di metanolisi seguito da sililazione (32 e 33). Nel primo caso si ha la
formazione di un pertrimetilsilil derivato, il prefisso “per” sta appunto ad indicare
che tutti gli ossidrili del monosaccaride sono stati sililati; mentre, nel secondo caso, il
processo di metanolisi porta alla metilazione dell’ossigeno legato al C 1 e quindi alla
formazione di un metil(trimetilsilil)derivato. Ad esempio, nel caso dello xiloso, le
due strutture che si possono trovare sono:
O
OTMS
OTMS
OTMS
OTMS
1,2,3,4-tetrakis(O-trimetilsilil)xilopiranoso
picchi 5 e 6 della figura 11
OTMS
OTMS
metil 2,3,4-tris(O-trimetilsilil)xilopiranoside
picchi 32 e 33 della figura 11
O
OTMS
OCH 3
65

Osservando la tabella 3 si nota che la maggior parte dei trimetilsilil derivati si
presenta sotto forma piranosidica; fatta eccezione per i derivati dell’arabinoso, del
fucoso e del rhamnoso, che si presentano sia in forma piranosidica che furanosidica.
Anche in questo caso si ha la presenza dei due anomeri α e β dei pertrimetilsilil
derivati e dei metil(trimetilsilil)derivati, distinguibili sulla base dei tempi di
ritenzione. Per analogia con quanto riportato in letteratura e nel paragrafo precedente,
si è assunto che il picco più intenso fosse l’anomero α per i trimetilsilil derivanti
dello xiloso, del ramnoso, del fucoso, del glucoso e del galattoso, mentre per quelli
derivanti dell’arabinoso è la forma anomerica β ad essere favorita.
Nel cromatogramma dell’acido galatturonico si osserva la presenza di due picchi
attribuibili ai metil(trimetilsilil)derivati, ma, a differenza degli altri cromatogrammi,
non si riscontra la presenza dei picchi relativi ai pertrimetilsilil derivati.
Il cromatogramma dell’acido glucuronico è il più complesso, in quanto presenta una
serie di picchi, di cui è stato possibile identificarne solo alcuni. Infatti si nota la
presenza dei due picchi dovuti agli anomeri α e β dei metil(trimetilsilil)derivati e di
due picchi a tempi di ritenzione minori presumibilmente attribuibili alla formazione
di un lattone, avente la seguente struttura:
O
O
OTMS
O
H
H
H
H OTMS
OCH 3
metil β-2,5-bis(O-trimetilsilil)glucofuranosidurono-6,3-lattone
In alcuni cromatogrammi si osserva una serie di picchi tra 30,00 e 36,00 minuti, non
chiaramente identificati, ma presumibilmente attribuibili, sulla base dello spettro di
massa e del tempo di ritenzione, alla formazione di disaccaridi.
66

4.2.3.3 Gli spettri di massa
Dagli spettri di massa ottenuti mediante metanolisi e successiva sililazione degli
standard dei monosaccaridi si osserva la presenza di alcuni frammenti caratteristici
dei composti trimetilsililati riportati in tabella 4.
Tabella 4. Assegnazione dei possibili frammenti attribuibili ai rapporti massa/carica caratteristici dei
gruppi trimetilsililati
m/z caratteristici Frammento
73 [Si + (CH3)3]
89 [CH3OSi + (CH3)2]
133 [CH3OCH=OSi + (CH3)3]
147 [(CH3)3SiOSi + (CH3)2]
191 [(CH3)3SiOCH=O + Si(CH3)3]
204 [(CH3)3SiOCH=CHOSi(CH3)3] +
217
[(CH3)3SiO OSi(CH3)3]
[(CH3)3SiO=CH–CH=CH–O + Si(CH3)3]
247 [(CH3)3SiO─CH=C(OSi(CH3)3)─CH=O + CH3]
305 [(CH3)3SiO─CH=C(OSi(CH3)3)─CH=O + Si(CH3)3]
Come per gli spettri di massa dei pertrimetilsilil derivati, si osserva che lo ione
molecolare è generalmente assente. Sulla base di alcuni rapporti di m/z caratteristici
è possibile identificare delle classi di zuccheri [8,16-17]:
Caratterizzazione di pentosi (arabinoso e xiloso).
M + = 380
M + ─ CH3 = 365
M + ─ CH3 ─ TMSiOH = 275
M + ─ TMSiOH = 290
M + ─ TMSiO = 291
M + ─ TMSiOH ─ OCH3 = 259
M + ─ TMSiOH ─ HOCH3 ─ CH3 = 243
+
67

M + ─ HOCH3 ─ CH3 = 333
M + ─ CH3O = 349
CH2=CH-CH(OTMSi)-CH=O + TMSi = 231
Caratterizzazione di deossiesosi (rhamnoso e fucoso).
M + ─ CH3 = 379
M + ─ CH3 ─ TMSiOH = 289
M + ─ CH3 ─ TMSiO = 290
M + ─ TMSiOH ─ OCH3 = 273
M + ─ TMSiOH ─ HOCH3 ─ CH3 = 257
M + ─ HOCH3 ─ CH3 = 347
M + ─ CH3O = 363
CH3-CH=CH-CH(OTMSi)-CH=O + TMSi = 245
Caratterizzazione di esosi (galattoso e glucoso).
M + ─ CH3 = 467
M + ─ CH3 ─ TMSiOH = 377
M + ─ TMSiO = 393
M + ─ TMSiOH ─ OCH3 = 361
M + ─ TMSiOH ─ HOCH3 ─ CH3 = 345
M + ─ HOCH3 ─ CH3 = 435
M + ─ CH3O = 451
TMSiCH2-CH=CH-CH(OTMSi)-CH=O + TMSi = 333
Caratterizzazione di acidi uronici (acido galatturonico ed acido glucuronico).
M + ─ CH3 ─ TMSiOH = 391
M + ─ CH3 ─ 2 TMSiOH = 301
M + ─ TMSiOH ─ TMSiO = 317
M + ─ HOCH3 ─ CH3 = 391
M + ─ COOTMSi = 379
M + ─ COOCH3 ─ TMSiOH = 347
CH3OOC-CH=CH-CH(OTMSi)-CH=O + TMSi = 289
68

4.2.4 Analisi delle gomme vegetali mediante metanolisi e
sililazione
4.2.4.1 Introduzione
I tre campioni di gomme vegetali, gomma arabica solida, gomma adragante solida e
gomma arabica in soluzione acquosa, sono stati sottoposti a metanolisi e derivatizzati
con Sylon secondo la procedura a pagina 36. Una volta ottenuti i tre cromatogrammi
con i rispettivi spettri di massa, è stato possibile identificare la composizione chimica
dei tre campioni di gomme vegetali.
L’identificazione dei singoli picchi cromatografici è stata realizzata con l’ausilio
delle librerie di spettri (Wiley 138 e NBS75K) e confrontando i tempi di ritenzione e
gli spettri di massa con i dati ottenuti dall’analisi degli standard dei singoli
monosaccaridi. Per ciascun cromatogramma è stata costruita una tabella che riporta
per ogni picco cromatografico il numero del picco e il nome del composto
corrispondente (se noto). Confrontando le tabelle 5, 6, e 7 con quelle riportate nei
paragrafi precedenti si può notare che, in generale, c’è una buona corrispondenza dei
picchi cromatografici delle gomme vegetali con i picchi ottenuti dagli standard.
Tabella 5. Assegnazione dei picchi presenti nel cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e
sililazione della gomma arabica e successiva analisi GC-MS.
GOMMA ARABICA
Tr (min) N° Nome TMS derivato
16,71 26 metil 2,3,5-tris(O-TMS)arabinofuranoside
16,80 27 metil 2,3,4-tris(O-TMS)arabinopiranoside
17,04 28 metil 2,3,4-tris(O-TMS)arabinopiranoside
17,4 34 metil 2,3,4-tris(O-TMS)ramnopiranoside
17,62 35 metil 2,3,4-tris(O-TMS)ramnopiranoside
17,68 29 metil 2,3,5-tris(O-TMS)arabinofuranoside
18,07 30 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinofuranoso
18,15 1 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinopiranoso
18,4 8 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)ramnopiranoso
18,78 2 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinopiranoso
19,35 31 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinofuranoso
19,72 9 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)ramnopiranoso
21,06 49 metil 2,5-bis(O-TMS)glucofuranosidurono-6,3-lattone
21,74 non identificato
22,44 42 metil 2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)galattopiranoside
69

22,49 50 1,2,5-tris(O-TMS)glucofuranurono-6,3-lattone
23,03 43 metil-2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)galattopiranoside
23,18 12 1,2,3,4,6-pentakis-o-(trimetilsilil)-galattopiranoside
23,9 52 metil 2,3,4-tris(O-TMS)glucopiranosiduronato di trimetisilile
24,03 13 1,2,3,4,6-pentakis(O-TMS)galattopiranoso
24,16 53 metil 2,3,4-tris(O-TMS)glucopiranosiduronato di trimetisilile
24,52 54 picco non identificato appartenente all’acido glucuronico
24,8 55 picco non identificato appartenente all’acido glucuronico
La figura 12 riporta il cromatogramma ottenuto a partire da un campione di gomma
arabica in fase solida. Esso è caratterizzato dalla presenza di una serie di picchi
compresi tra 16,00 e 19,00 minuti e una seconda serie di picchi compresi tra 21,00 e
24,00 minuti. Osservando la tabella 5, si nota che la serie di picchi a tempi di
ritenzione minori identifica la presenza nel polisaccaride dell’arabinoso e del
ramnoso, mentre quella a tempi di ritenzione maggiori indica la presenza di galattoso
e acido glucuronico. I dati ottenuti confermano quelli trovati in letteratura [8].
Figura 12. Cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e sililazione della gomma arabica in fase
solida.
70

Tabella 6. Assegnazione dei picchi presenti nel cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e
sililazione della gomma adragante e successiva analisi GC-MS.
GOMMA ADRAGANTE
Tr (min) N° Nome TMS derivato
16,71 26 metil 2,3,5-tris(O-TMS)arabinofuranoside
16,80 27 metil 2,3,4-tris(O-TMS)arabinopiranoside
17,03 28 metil 2,3,4-tris(O-TMS)arabinopiranoside
17,39 34 metil 2,3,4-tris(O-TMS)ramnopiranoside
17,46 36 metil 2,3,4-tris(O-TMS)fucofuranoside
17,68 29 metil 2,3,5-tris(O-TMS)arabinofuranoside
17,97 37 metil 2,3,4-tris-o-(trimetilsilil)-fucopiranoside
18,08 30 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinofuranoso
18,15 1 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinopiranoso
18,42 8 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)ramnopiranoso
18,79 2 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinopiranoso
18,89 32 metil 2,3,4-tris(O-TMS)xilopiranoside
19,26 33 metil 2,3,4-tris(O-TMS)xilopiranoside
19,34 31 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinofuranoso
20,02 5 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)xilopiranoso
20,06 11 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)fucopiranoso
21,03 49 metil 2,5-bis(O-TMS)glucofuranosidurono-6,3-lattone e
21,13 6 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)xilopiranoso
22,42 42 metil 2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)galattopiranoside
22,49 50 1,2,5-tris(O-TMS)glucofuranurono-6,3-lattone
23,03 43 metil-2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)galattopiranoside
23,22 46 metil 2,3,4-tris(O-TMS)galattopiranosiduronato di trimetisilile
23,41 47 metil 2,3,4-tris(O-TMS)galattopiranosiduronato di trimetisilile
23,53 44 metil 2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)glucopiranoside
23,8 14 1,2,3,4,6-pentakis(O-TMS)glucopiranoso
23,9 45 metil 2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)glucopiranoside
24,02 16 picco non identificato appartenente all’acido galatturonico
24,16 53 metil 2,3,4-tris(O-TMS)glucopiranosiduronato di trimetisilile
24,29 48 metil 2,3,4-tris(O-TMS)galattopiranosiduronato di trimetisilile
25,57 15 1,2,3,4,6-pentakis(O-TMS)glucopiranoso
Il cromatogramma del campione di gomma adragante in fase solida (figura 13) è
caratterizzato dalla presenza di una serie di picchi compresi tra 16,00 e 26,00 minuti.
Osservando la tabella 6 si può affermare che i principali monosaccaridi che
costituiscono la gomma adragante sono: arabinoso, xiloso, ramnoso, fucoso,
galattoso, glucoso, acido galatturonico ed acido glucuronico.
71

Figura 13. Cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e sililazione della gomma adragante in fase
solida.
Figura 14. Cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e sililazione della gomma arabica in
soluzione acquosa.
72

Tabella 7. Assegnazione dei picchi presenti nel cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e
sililazione della gomma arabica (in soluzione acquosa) e successiva analisi GC-MS.
GOMMA ARABICA (in soluzione acquosa)
Tr (min) N° Nome TMS derivato
15,37 non identificato
16,72 26 metil 2,3,5-tris(O-TMS)arabinofuranoside
16,81 27 metil 2,3,4-tris(O-TMS)arabinopiranoside
17,05 28 metil 2,3,4-tris(O-TMS)arabinopiranoside
17,4 34 metil 2,3,4-tris(O-TMS)ramnopiranoside
17,63 35 metil 2,3,4-tris(O-TMS)ramnopiranoside
17,68 29 metil 2,3,5-tris(O-TMS)arabinofuranoside
18,08 30 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinofuranoso
18,15 1 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinopiranoso
18,4 8 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)ramnopiranoso
18,78 2 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinopiranoso
19,35 31 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinofuranoso
19,72 9 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)ramnopiranoso
20,87 non identificato
21,06 49 metil 2,5-bis(O-TMS)glucofuranosidurono-6,3-lattone
21,32 non identificato
21,61 non identificato
21,75 non identificato
21,98 non identificato
22,43 42 metil 2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)galattopiranoside
22,48 50 1,2,5-tris(O-TMS)glucofuranurono-6,3-lattone
22,87 non identificato
23,03 43 metil 2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)galattopiranoside
23,17 12 1,2,3,4,6-pentakis-o-(trimetilsilil)-galattopiranoside
23,9 52 metil 2,3,4-tris(O-TMS)glucopiranosiduronato di trimetisilile
24,04 13 1,2,3,4,6-pentakis(O-TMS)galattopiranoso
24,16 53 metil 2,3,4-tris(O-TMS)glucopiranosiduronato di trimetisilile
Il cromatogramma del campione di gomma arabica in soluzione acquosa (figura 14)
risulta simile al cromatogramma del campione di gomma arabica in fase solida
(figura 12). A differenza di quest’ultimo, però, presenta alcuni picchi che non sono
stati identificati. Queste lievi differenze di composizione dei due campioni di gomma
arabica possono essere attribuibili alla differente provenienza delle due gomme
vegetali o ai differenti processi di lavorazione e purificazione del polisaccaride.
73

4.2.5 Analisi delle gomme vegetali invecchiate mediante
metanolisi e sililazione
4.2.5.1 Introduzione
I tre campioni di gomme vegetali sono stati stesi su dei vetrini (cfr. 3.4.1) e sottoposti
a due tipi di invecchiamento fotoossidativo. Successivamente, sono stati trattati per
metanolisi seguita da derivatizzazione con Sylon e introdotti nel gascromatografo per
valutare i possibili cambiamenti composizionali.
4.2.5.2 Invecchiamento in condizioni da interno
Le condizioni da interno sono state realizzate nella camera di fotoossidazione
mediante una lampada Xenon con filtro per λ

Confrontando la figura 15, che riporta il cromatogramma della gomma arabica
fotoinvecchiata, con la figura 12, che invece riporta il cromatogramma della gomma
arabica “fresca”, non si osservano variazioni significative né nel numero, né
nell’intensità relativa dei picchi e quindi si può dedurre che la composizione chimica
del campione rimane la medesima.
Lo stesso si può dire a proposito della gomma adragante; infatti, nella figura 16 si
possono osservare gli stessi picchi presenti nella figura 13.
Figura 16. Cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e sililazione della gomma adragante
sottoposta ad invecchiamento artificiale in condizioni da interno.
Invece, per quanto riguarda la gomma arabica commerciale in soluzione acquosa, si
osservano delle differenze confrontando il polisaccaride tal quale (figura 14) e dopo
il fotoinvecchiamento (figura 17). In questo caso l’irraggiamento ha causato una
maggiore degradazione della gomma vegetale come risulta chiaro da un’osservazione
ad occhio nudo del film e come indicato dalla presenza, nel cromatogramma, di
alcuni picchi aggiuntivi, probabilmente dovuti alla formazione di prodotti di
degradazione del polisaccaride.
75

Figura 17. Cromatogramma ottenuto mediante metanolisi e sililazione della gomma arabica in
soluzione acquosa sottoposta ad invecchiamento artificiale in condizioni da interno.
4.2.5.3 Invecchiamento in condizioni da esterno
Le condizioni da esterno sono state realizzate nella camera di fotoossidazione
mediante una lampada Xenon con filtro per λ

fotoinvecchiamento, come sono le condizioni da esterno. Una possibile motivazione,
non supportata però da dati sperimentali concreti, potrebbe risiedere nella
formazione, nelle condizioni di irraggiamento sopra descritte, di specie
maggiormente polari, come per altro sembrano indicare gli spettri IR, e quindi meno
volatili, probabilmente più difficili da derivatizzare e poco solubili nel solvente
(esano) utilizzato per l’iniezione nel gascromatografo.
77

4.3 PIROLISI - GASCROMATOGRAFIA - SPETTROMETRIA DI
4.3.1 Introduzione
MASSA
La pirolisi è un processo di degradazione termica che fornisce l’energia necessaria
alla scissione di legami covalenti di grosse molecole in modo da ridurre il campione
in composti di dimensioni inferiori.
La pirolisi può essere praticata “on-line” o “off-line”.
La pirolisi off-line prevede che il campione venga sottoposto a pirolisi e solo in un
secondo momento venga recuperato e introdotto in un GC-MS. La pirolisi off-line
presenta alcuni vantaggi in quanto necessita solo di un contenitore sigillato per poter
essere effettuata invece di costosi strumenti come i pirolizzatori [17].
La pirolisi on-line invece consiste nel collegamento diretto tra una camera di pirolisi
e l’iniettore del gascromatografo o ancor meglio della GC-MS ed è generalmente il
tipo di pirolisi più diffuso.
Con questa tecnica è possibile inviare direttamente nel gascromatografo i prodotti
della pirolisi.
L’applicazione della on-line pirolisi per il riconoscimento e lo studio di materiali
costitutivi di opere d’arte risulta di grande interesse soprattutto perché possono essere
analizzate ridottissime quantità di campione, dell’ordine del centinaio di
microgrammi, senza dover effettuare praticamente nessun trattamento preliminare
del campione.
Entrambe le caratteristiche si rivelano di particolare importanza nel campo dei beni
culturali in quanto i campioni disponibili sono comprensibilmente di ridottissime
dimensioni e il pretrattamento del campione, oltre ad essere oltremodo dispendioso
in termini temporali, si rivela anche una fonte di possibili contaminazioni e perdita di
campione o di alcune sue componenti.
I risultati della pirolisi possono inoltre essere forniti in tempi non troppo lunghi e ciò
si può rivelare particolarmente importante nel corso della conduzione di una
campagna di restauro.
78

Un altro vantaggio della tecnica Py-GC/MS è dato dalle buone qualità sul fronte
della identificazione di sostanze molto diverse tra loro; infatti, contrariamente a
molte altre tecniche, permette di distinguere agevolmente sostanze come oli, polimeri
di varia natura, cere, resine naturali ed altro.
La Py-GC/MS è stata quindi applicata con discreti risultati per la caratterizzazione
dei leganti. Le difficoltà che si riscontrano sono principalmente dovute alla estrema
complessità del campione che può contenere sostanze tra le più svariate tra loro
spesso con polarità eccessiva per essere volatilizzate dalla pirolisi ed eluite dall’elio.
Oltre alla presenza di sostanze troppo polari, non utilizzabili per la caratterizzazione,
il compito è reso particolarmente difficile dall’esigua quantità di legante contenuta
nel campione (spesso meno del 10%) e dal fatto che le modificazioni incorse nel
tempo nei leganti possono averne alterato la natura e averli resi irriconoscibili.
Un’altra difficoltà che si incontra nella caratterizzazione è rappresentata dalle
miscele di leganti che spesso venivano usate nelle tecniche miste. Riconoscere i
componenti di una miscela di leganti è molto complesso e i risultati ottenuti in
letteratura con qualsiasi tecnica hanno spesso carattere parziale, soprattutto per
quanto riguarda campioni reali.
La Py-GC/MS è stata impiegata anche per la caratterizzazione di polisaccaridi
naturali usati come leganti.
I limiti della tecnica risiedono soprattutto nell’impossibilità di eluire direttamente i
monosaccaridi a causa della loro polarità.
Per ovviare al problema dell’elevata polarità recentemente sono state introdotte
particolari sostanze che derivatizzano con gruppi a bassa polarità le funzioni polari
rendendole più volatili; in questo modo si ha a disposizione una quantità di
informazioni maggiori per la caratterizzazione ed è quindi possibile una migliore e
più sicura identificazione dei leganti.
Un tipo di derivatizzante impiegato in associazione alla tecnica Py-GC/MS è
l’HMDS (esametildisilazano) che è un sililante (sostituisce agli idrogeni sensibili
della funzione polare gruppi trimetilsilil).
L’impiego di HDMS provoca una trimetilsililazione dei gruppi polari aumentandone
la volatilità e non apportando un’eccessiva basicità che potrebbe alterare alcune
79

componenti del campione e potrebbe altresì rivelarsi dannosa per il rivestimento
della colonna [18].
L’HMDS è stato applicato in letteratura allo studio dei monosaccaridi liberi e di
alcuni polisaccaridi [19]; nel corso del presente lavoro di tesi viene testata
l’applicazione alla caratterizzazione delle gomme vegetali.
4.3.2 I risultati
In questo lavoro di tesi sono state condotte delle prove preliminari in pirolisi,
procedendo secondo le modalità descritte nel paragrafo 4.5.1 della parte
sperimentale, che verranno poi sviluppate in altri progetti di tesi.
4.3.2.1 Analisi degli standard dei monosaccaridi
Inizialmente la pirolisi è stata condotta sugli standard dei monosaccaridi tal quali,
utilizzando circa 0.1 mg di campione.
I risultati ottenuti non sono stati soddisfacenti in quanto ogni monosaccaride ha
portato ad un cromatogramma caratterizzato dalla presenza di un picco abbastanza
largo intorno ai 12 minuti, come quello mostrato in figura 18.
I cromatogrammi ottenuti non consentono di riconoscere in modo univoco i
monosaccaridi. Lo stesso si può affermare osservando gli spettri di massa
corrispondenti a ciascun picco che sono caratterizzati da una serie di frammenti tutti
a bassi valori di massa/carica che non consentono l’identificazione del
monosaccaride.
In questo caso la pirolisi non si è dimostrata utile come la procedura d’analisi GC-
MS riportata nei paragrafi precedenti, in quanto le informazioni fornite risultano
molto scarse.
80

Figura 18. Cromatogramma ottenuto mediante pirolisi dell’acido glucuronico.
4.3.2.2 Analisi degli standard dei monosaccaridi derivatizzati on-line con
HDMS
In questo caso la pirolisi è stata condotta su 0.1 mg di monosaccaride con l’aggiunta
di 5 µl di HMDS.
I cromatogrammi ottenuti mediante pirolisi degli standard dei singoli monosaccaridi
con il derivatizzante sono caratterizzati dalla presenza di molti picchi compresi tra
18,00 e 27,00 minuti, essenzialmente attribuibili a frammenti di pirolisi dei
monosaccaridi.
Confrontando i cromatogrammi ottenuti mediante pirolisi con quelli ottenuti
mediante analisi GC-MS si può notare che c’è una certa corrispondenza dei picchi,
anche se nel caso della pirolisi essi risultano ritardati di circa 50 secondi perché il
cammino all’interno dello strumento è stato più lungo. Tuttavia, nei cromatogrammi
ottenuti mediante pirolisi si osserva la presenza sia di composti pertrimetilsilil
derivati come nel caso dell’analisi GC-MS, che di composti trimetilsilil derivati;
81

questo è indice del fatto che i monosaccaridi sono stati solo parzialmente
derivatizzati con HMDS.
Solo nel caso dei due acidi uronici si osserva una buona corrispondenza dei picchi
cromatografici e dei corrispettivi spettri di massa ottenuti mediante pirolisi con quelli
derivanti dall’analisi GC-MS, come mostra la figura 19.
Questa procedura di pirolisi fornisce più informazioni rispetto la precedente, in
quanto consente l’identificazione del monosaccaride; però presenta lo svantaggio di
ottenere molti picchi per ogni zucchero, dovuti ad una derivatizzazione non
completa; questo potrà essere un problema quando si applicherà tale procedura per
l’identificazione della composizione chimica di un polisaccaride.
Figura 19. Cromatogramma ottenuto mediante pirolisi dell’acido glucuronico + HDMS.
82

4.3.2.3 Analisi delle gomme vegetali derivatizzate on-line con HMDS
Anche in questo caso, la pirolisi è stata condotta su 0.1 mg di campione con
l’aggiunta di 5 µl di HMDS.
I risultati ottenuti dai tre campioni di gomme vegetali, gomma arabica solida, gomma
adragante solida e gomma arabica in soluzione acquosa, non sono soddisfacenti, in
quanto non permettono di identificare in modo univoco i campioni.
Nei cromatogrammi ottenuti si osserva la presenza di alcuni picchi caratteristici dei
trimetilsilil derivati dei monosaccaridi, quindi si può affermare che il campione in
esame è un polisaccaride, ma non è possibile risalire alla composizione chimica di
quest’ultimo.
Nonostante l’uso del derivatizzante, la pirolisi fornisce scarse informazioni sulle
gomme vegetali rispetto alla procedura GC-MS, con la quale è stato possibile
ricavare la composizione chimica di ciascun campione. L’ottimizzazione della
derivatizzazione on-line con agenti sililati, anche diversi dall’HMDS, in
combinazione con l’analisi in Py-GC/MS, sarà oggetto di successivi lavori di tesi.
83

4.4 BIBLIOGRAFIA
[1] G. Socrates, Infrared and Raman Characteristic Group Frequencies, Table and
Charts, Wiley 1999.
[2] Hummel Scholl, Atlas of polymer and Plastics Analysis, vol I, 1978.
[3] A. Piccirillo, Caratterizzazione e studio di invecchiamento di leganti pittorici
naturali: oli siccativi, tesi di dottorato in scienze chimiche, a.a. 2003/2004.
[4] C. J. Biermann, Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 46
(1988) 251.
[5] J. F. Lawrence, J. R. Iyengar, Journal of Chomatography, 350 (1985) 327-244.
[6] M. P. Colombini, A. Ceccarini, A. Carmignani, Journal of Chomatography A,
968 (2002) 79-88.
[7] C. Marinach, M. C. Papillon, C. Pepe, Journal of Cultural Heritage, 5 (2004)
231-240.
[8] J. Bleton, P. Mejanelle, J. Sansoulet, S. Goursard, A. Tchapla, Journal of
Chomatography A, 720 (1996) 27-49.
[9] D. G. Pritchad, C. W. Todd, Journal of Chomatography, 133 (1977) 133-139.
[10] I. Martínez-Castro, M. I. Páez, J. Sanz, A. García-Raso, Journal of
Chomatography, 462 (1989) 49-60.
[11] R. G. Veness, C. S. Evans, , Journal of Chomatography A, 721 (1996) 165-172.
[12] S. C. Chrums, Journal of Chomatography, 500 (1990) 555-583.
[13] L. Picton, I. Bataille, G. Muller, Carbohydrate Polymers, 42 (2000) 23-31.
[14] M. R. Derrick, D. C. Stulik, Identification of natural gums in works of art using
pyrolysis-gas chromatography, Scientific Examination of Works of Art, USA.
[15] T. Doco, M. A. O’Neill, P. Pellerin, Carbohydrate Polymers, 46 (2001) 249-
259.
[16] D. C. De Jongh, T. Radford, J. D. Hribar, S. Hanessian, M. Bieberg, G. Dawson,
C. C. Sweeley, Journal of the American Chemical Society, 91:7 (1969) 1728-1740.
[17] F. Martin, G. Almendros, F. J. Gonzàles-Vila, T. Verdejo, Journal of Analytical
and Applied Pyrolysis, 61 (2001) 133-145.
84

[18] M. Nicola, Caratterizzazione e studio dell’invecchiamento di leganti pittorici a
base proteica, tesi di laurea in chimica, a.a. 2002/2003
[19] D. Fabbri, G. Chiavari, Analytica Chimica Acta, 449 (2001) 271-280.
85

5 CONCLUSIONI
Oggetto di questo lavoro di tesi è stato lo sviluppo di una metodologia adatta per la
caratterizzazione di gomme vegetali utilizzate come leganti in ambito pittorico e lo
studio dei processi di fotoinvecchiamento. Sono stati studiati due differenti campioni
di gomma arabica (uno sottoforma di polvere e un prodotto commerciale contenente
la gomma sciolta in acqua) e un campione di gomma adragante allo stato solido.
Mediante la spettrofotometria FTIR è stato possibile identificare i gruppi funzionali
caratteristici dei polisaccaridi che costituiscono le gomme vegetali e monitorare i
cambiamenti chimico-strutturali subiti dai film sottoposti ad irraggiamento in camera
di fotossidazione. I campioni sono stati sottoposti a due tipi di invecchiamento
artificiale per circa 1000 ore, registrando gli spettri di assorbimento nel tempo. Il
primo tipo di invecchiamento simula l’esposizione diretta alla luce del sole, mentre il
secondo simula condizioni da interno.
Nell’intervallo di tempi considerato, per entrambi i tipi di invecchiamento artificiale,
non si verificano variazioni strutturali significative, ma si osserva una graduale e
generale diminuzione dell’assorbanza lungo tutto lo spettro dovuta ad una
progressiva perdita di peso durante il fotoinvecchiamento. Fa eccezione il picco del
carbonile che aumenta notevolmente indicando un incremento di funzionalità
ossidate.
Nel caso dell’invecchiamento in condizioni da esterno la diminuzione degli
assorbimenti nel tempo è un po’ più marcata rispetto all’invecchiamento in
condizioni da interno, infatti i campioni stesi sui wafer di silicio appaiono più
degradati: perdono adesione, la superficie si frattura, addirittura si staccano delle
scaglie di materiale.
Al fine di ottenere informazioni sulla stabilità dei tre tipi di film è stata inoltre
monitorata la variazione di peso dei campioni stesi su vetrino. L’analisi conferma i
dati dell’infrarosso: si può notare che il film ottenuto dal prodotto commerciale di
gomma arabica in soluzione acquosa è il più sensibile al trattamento fotoossidativo,
infatti mostra una perdita di peso superiore al 60%. Al contrario, le stesure di gomma
arabica e di gomma adragante (preparate in base alla “ricetta” tratta dal trattato
86

trecentesco) dimostrano una migliore stabilità al fotoinvecchiamento; ma è la gomma
adragante, con solo il 10% di perdita di peso, a conservare al meglio le proprie
caratteristiche filmogene.
Al fine di ottenere informazioni qualitative dettagliate e semiquantitative sulla
composizione delle gomme vegetali, i campioni freschi ed invecchiati sono stati
sottoposti a separazione gascromatografica e ad analisi dei rispettivi spettri di massa
per il riconoscimento delle singole unità monosaccaridiche costituenti i polisaccaridi.
Nell’analisi di polisaccaridi, infatti, è necessario sottoporre il campione ad una
riduzione preliminare mediante metanolisi, in modo da ottenere le singole unità di
monosaccaridi che lo compongono; inoltre, la natura delle gomme vegetali in esame,
implica un trattamento di derivatizzazione dei campioni, prima dell’iniezione nel
gascromatografo, che porta alla conversione in composti maggiormente volatili,
quali, ad esempio, i trimetilsililesteri.
Prima di procedere con l’analisi vera e propria delle gomme vegetali sono stati
analizzati alla GC-MS i singoli standard dei principali monosaccaridi che
compongono le gomme vegetali.
Inizialmente sono stati analizzati gli standard dei monosaccaridi derivatizzati e
successivamente gli standard dei monosaccaridi sottoposti a metanolisi e
derivatizzazione in modo da rispecchiare il più possibile le condizioni di reazione
che saranno poi applicate sulle gomme vegetali.
I cromatogrammi ottenuti mediante sililazione degli standard dei singoli
monosaccaridi derivatizzati sono caratterizzati da due o più picchi compresi tra 18,00
e 26,00 minuti. In ciascun cromatogramma si distinguono chiaramente i due anomeri
α e β del monosaccaride pertrimetilsililato distinguibili sulla base dei tempi di
ritenzione. Nei cromatogrammi degli acidi uronici, invece, si osserva la presenza di
più picchi cromatografici attribuibili ai pertrimetilsilil derivati e alla formazione di
prodotti secondari di reazione.
I cromatogrammi ottenuti mediante metanolisi e successiva sililazione degli standard
dei singoli monosaccaridi sono caratterizzati dalla presenza di quattro o più picchi
compresi tra 16,00 e 26,00 minuti; generalmente, due picchi sono attribuibili al
composto derivatizzato tal quale, mentre gli altri due o più picchi sono caratteristici
del processo di metanolisi seguito da sililazione che portano alla formazione di
87

metil(trimetilsilil)derivati. In alcuni casi, è presente anche una serie di picchi di
debole intensità aventi tempi di ritenzione compresi tra 30,00 e 36,00 minuti,
presumibilmente attribuibile alla formazione di disaccaridi. I cromatogrammi degli
acidi uronici presentano, inoltre, alcuni picchi attribuibili alla formazione di lattoni.
Per entrambi i tipi di analisi, è possibile distinguere i monosaccaridi in cinque classi
sulla base di alcuni rapporti di m/z caratteristici.
Una volta ottenuti i singoli cromatogrammi e i rispettivi spettri di massa, per ogni
monosaccaride è stato possibile identificare la composizione chimica dei tre
campioni di gomme vegetali. I principali monosaccaridi che costituiscono la gomma
arabica sono: arabinoso, ramnoso, galattoso ed acido glucuronico; mentre nel caso
della la gomma adragante sono: arabinoso, xiloso, ramnoso, fucoso, galattoso,
glucoso, acido galatturonico ed acido glucuronico.
Successivamente sono stati analizzati alcuni campioni di gomme vegetali sottoposti a
due tipi di trattamento fotoossidativo per valutare i possibili cambiamenti
composizionali avvenuti durante l’invecchiamento. Confrontando i cromatogrammi
delle gomme vegetali fotoinvecchiate in condizioni da interno con quelli dei
campioni freschi non si osservano variazioni significative dei picchi e quindi si può
dedurre che la composizione chimica rimane la medesima. Solo nel caso della
gomma arabica in soluzione acquosa si nota la presenza di più picchi, probabilmente
dovuti alla formazione di prodotti di degradazione del polisaccaride. Su tutti i
campioni di gomme vegetali invecchiati in condizioni da esterno sono state condotte
varie repliche di analisi, la maggior parte delle quali ha dato risultati poco
riproducibili; questo può essere dovuto alle condizioni più drastiche di
fotoinvecchiamento che, come visto dalla spettrofotometria IR, portano ad una
diminuzione di gruppi ossidrili e alla formazione di nuove funzionalità ossidate su
cui risulta più difficile realizzare una trimetilsililazione completa.
In questo lavoro di tesi sono state inoltre condotte delle prove preliminari di pirolisi,
con sililazione on-line.
L’interpretazione dei pirogrammi ottenuti è complicata dalla presenza numerosi
picchi compresi tra 18,00 e 27,00 minuti, attribuibili prevalentemente a frammenti di
pirolisi a basso peso molecolare dei monosaccaridi.
88

Limitatamente ai trimetilsililati dei monosaccaridi si nota una certa corrispondenza
dei picchi rispetto all’analisi GC-MS, soprattutto nel caso degli acidi uronici, anche
se nei cromatogrammi ottenuti mediante pirolisi si osserva la presenza sia di
composti pertrimetilsilil derivati, che di composti parzialmente trimetilsililati dovuti
ad una derivatizzazione non completa del monosaccaride.
Finora, la pirolisi delle gomme vegetali con l’aggiunta di HMDS ha fornito scarse
informazioni: nei cromatogrammi ottenuti si osserva la presenza di alcuni picchi
caratteristici dei trimetilsilil derivati dei monosaccaridi, quindi si può affermare che
il campione in esame è un polisaccaride, ma non è possibile risalire alla
composizione chimica di quest’ultimo e identificare in modo univoco i campioni.
L’ottimizzazione di tale procedura sarà oggetto di successivi lavori di tesi.
89

APPENDICE I
PARTE A. Cromatogrammi GC-MS ottenuti mediante derivatizzazione per
sililazione degli standard dei singoli monosaccaridi
ARABINOSO:
XILOSO:
90

RAMNOSO:
FUCOSO:
91

GALATTOSO:
GLUCOSO:
92

ACIDO GALATTURONICO:
ACIDO GLUCURONICO:
93

PARTE B. Cromatogrammi GC-MS ottenuti mediante metanolisi e sililazione degli
standard dei singoli monosaccaridi
ARABINOSO:
XILOSO:
94

RAMNOSO:
FUCOSO:
95

GALATTOSO:
GLUCOSO:
96

ACIDO GALATTURONICO:
ACIDO GLUCURONICO:
97

APPENDICE II
PARTE A. Spettri di massa dei picchi presenti nei cromatogrammi GC-MS ottenuti
mediante derivatizzazione per sililazione degli standard dei singoli monosaccaridi.
PICCO 1-2: 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinofuranoso
PICCO 3: non identificato
98

PICCO 4: non identificato
PICCO 5-6: 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)xilopiranoso
99

PICCO 7: non identificato
PICCO 8-9: 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)ramnopiranoso
100

PICCO 10-11: 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS)fucopiranoso
PICCO 12-13: 1,2,3,4,6-pentakis(O-TMS)galattopiranoso
101

PICCO 14-15: 1,2,3,4,6-pentakis(O-TMS)glucopiranoso
PICCO 16: non identificato
102

PICCO 17: : probabile trimetilsilil derivato del prodotto di decarbossilazione
dell’acido galatturonico
PICCO 18-19: 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS) galatturonato di trimetilsilile
103

PICCO 20: non identificato
PICCO 21: probabile trimetilsilil derivato del prodotto di decarbossilazione
dell’acido glucuronico
104

PICCO 22: probabile trimetilsilil derivato del prodotto di decarbossilazione
dell’acido glucuronico
PICCO 23: non identificato
105

PICCO 24-25: 1,2,3,4-tetrakis(O-TMS) glucuronato di trimetilsilile
106

PARTE B. Spettri di massa dei picchi presenti nei cromatogrammi GC-MS ottenuti
mediante metanolisi e sililazione degli standard dei singoli monosaccaridi.
PICCO 26-29: metil 2,3,5-tris(O-TMS)arabinofuranoside
PICCO 27-28: metil 2,3,4-tris(O-TMS)arabinopiranoside
107

PICCO 30-31: 1,2,3,5-tetrakis(O-TMS)arabinofuranoso
PICCO 32-33: metil 2,3,4-tris(O-TMS)xilopiranoside
108

PICCO 34-35: metil 2,3,4-tris(O-TMS)ramnopiranoside
PICCO 36: metil 2,3,5-tris(O-TMS)fucofuranoside
109

PICCO 37-38: metil 2,3,4-tris(O-TMS)fucopiranoside
PICCO 39-40: metil 2,3,5-tris(O-TMS)fucofuranoside
110

PICCO 41: non identificato
PICCO 42-43: metil 2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)galattopiranoside
111

PICCO 44-45: metil 2,3,4,6-tetrakis(O-TMS)glucopiranoside
PICCO 46-48: metil 2,3,4-tris(O-TMS) galattopiranosiduronato di trimetilsilile
112

PICCO 47: metil 2,3,4-tris(O-TMS) galattofuranosiduronato di trimetilsilile
PICCO 49: metil 2,5- bis(O-TMS) glucofuranosidurono-6,3-lattone
113

PICCO 50: 1,2,5-tris(O-TMS) glucofuranurono-6,3-lattone
PICCO 51: non identificato
114

PICCO 52-53: metil 2,3,4-tris(O-TMS) glucopiranosiduronato di trimetisilile
PICCO 54: non identificato
115

PICCO 55: non identificato
116