Riassunto / Abstract

Si descrive il metodo sperimentale che sfrutta misure ottiche  di spettroscopia in assorbimento per distinguere scritte realizzate con inchiostri di uguale colore, ma di penne differenti. E’ così possibile evidenziare eventuali manipolazioni di documenti effettuate a posteriori con inchiostri apparentemente eguali ma chimicamente differenti o che hanno subito nel tempo variazioni di colore differenti. Inoltre è possibile verificare se le differenze di colore sono dovute a modifiche chimiche (invecchiamento) o a differenze negli inchiostri originali. Ricordiamo infatti che nelle opere d’arte la variazione di colore è dovuta alla degenerazione della materia costitutiva oltre che a manipolazioni successive.

Scheda sintetica delle attività

L’attività di laboratorio richiede la preparazione di dischetti di carta colorata con inchiostri della stessa ditta ma diversi in colore, con inchiostri di ugual colore e diversa ditta o di diversa composizione (gel, biro). I dischetti vanno inseriti in cuvette per misure spettroscopiche con l’aggiunta di alcool per l’eluizione rapida dell’inchiostro.
Si esegue come prima misura con lo spettrofotometro uno spettro di riferimento, in modalità di assorbimento, della cuvetta base contenente dischetto di carta bianca + alcool alla concentrazione fissata per ottenere l’eluizione.
Si procederà quindi a fare lo spettro del 1° campione (per esempio cuvetta contenente un dischetto colorato con 1° inchiostro blu+ soluzione alcoolica).
I picchi delle bande di assorbimento dello spettro ottenuto caratterizzeranno la composizione dell’inchiostro usato.
Si procede con le misure su dischetti diversamente colorati: si otterranno spettri di assorbimento con la presenza di alcuni picchi che caratterizzano la composizione e/o il diverso colore dell’inchiostro non osservabili ad occhio nudo.
L’esperimento dimostra, nella prima parte, la possibilità di associare ad inchiostri di colori diversi spettri diversi e ad inchiostri di colore uguali (ad occhio nudo) una diversa origine.
Viene poi presentato  un esempio di manipolazione di  assegno bancario e l’applicazione della tecnica ottica alle scritte dell’assegno su parti cartacee diverse per smascherare il falsario.

Risorse necessarie

• Cuvette ermetiche per misure ottiche nel visibile;
• alcool etilico;
• acqua distillata;
• pipette o siringhe per dosaggio;
• fustellatrice  ( diametro 3~4mm);
• penne a gel e/o inchiostro di colori nero, blu o rosso di marche diverse;
• foglio di carta bianca da (80÷120 ) g;
• Spettrofotometro UV/VIS/NIR con PC e stampante per raccolta dati e spettri.

Prerequisiti necessari

• Conoscere i concetti base dell’interazione radiazione-materia e colore-materia;
• acquisire esperienza nel realizzare soluzioni a varie concentrazione alcoolica in cappa chimica;
• uso dello spettrofotometro in assorbimento ottico e lettura di uno spettro a bande eseguito al variare della lunghezza d’onda della radiazione assorbita dal campione;
• saper importare dati dallo strumento di misura a PC per l’elaborazione e la grafica dei risultati sperimentali.

Obiettivi di apprendimento

• Comprendere che la natura del colore di un oggetto (es. inchiostro) dipende dalle sostanze costitutive; 
• comprendere che una variazione di colore è intrinsecamente una mutazione di materia e che nelle opere d’arte la variazione di colore è dovuta alla degenerazione della materia costitutiva.

Dotazioni di sicurezza

Cappa chimica per le soluzioni alcoliche 

Svolgimento

Preparazione dei campioni

Preparare con la fustella alcuni dischetti ( diametro 3~4mm) di carta bianca ed altri interamente colorati con inchiostri diversi in colore e/o in composizione( bic, gel etc.)
In una cuvetta (da 1,5 ml ) preparare inizialmente una soluzione alcolica al 25%, che potrà eventualmente essere aumentata per rendere più rapida l’eluizione dell’inchiostro nella soluzione.

Misure con lo spettrofotometro

Eseguire un primo spettro della cuvetta con dischetto di carta non colorata e con la sola soluzione in modo da avere un riferimento da sottrarre alla misura con gli inchiostri.
Preparare una seconda cuvetta con la soluzione +1 dischetto ricoperto d’ inchiostro .

L’eluizione dell’inchiostro potrà considerarsi completata dopo circa 20 min, se la soluzione si sarà colorata, porre nello spettrofotometro la cuvetta colorata ed eseguirne un primo spettro.

Quindi ripetendo la misura si potrà essere certi di poter ben individuare i picchi delle bande di assorbanza caratteristiche dell’inchiostro usato.

Ripetere tutta la procedura cambiando l’inchiostro del dischetto.
Confrontare gli spettri dei vari inchiostri dopo averli stampati o riprodotti in un unico file su PC. Essi mostreranno alcuni picchi di assorbimento a diverse lunghezze d’onda dovuti alla diversa composizione dell’inchiostro utilizzato, cioè alla presenza di sostanze diverse nei vari inchiostri che danno quindi una diversa risposta ottica.

Siamo in grado ora di distinguere due inchiostri dalla lettura dei loro spettri di assorbimento.
Proponiamo allora di applicare questa metodologia alla ricerca della falsificazione della cifra indicata su di un assegno bancario.
Disponendo di un fac-simile di assegno scrivete le cifre dell’importo (100,00)  con una penna blu (es. BIC) ed aggiungete poi con una diversa penna blu (es.gel) una nuova cifra (1) per aumentarne l’importo al valore 1100,00.
Scoprirete così che un assegno è stato falsificato perché le scritte sono state eseguite con inchiostri differenti non distinguibili ad occhio nudo
In figura 5 sono mostrati:

a) un assegno falsificato con l’aggiunta dell’ 1 alla cifra reale di 100,00 Euro;

b) un assegno con il particolare della zona in cui verrà prelevato il dischetto campione con la cifra aggiunta (falsificata) utilizzando un inchiostro diverso;

c) un assegno con il particolare della zona in cui verrà prelevato il dischetto campione che riporta la prima cifra del vero importo.

Conclusioni e commenti

In analogia con quanto abbiamo visto in figura 2, confrontando gli spettri dei diversi campioni prelevati da diverse zone dall’assegno di figura 5 sarà possibile smascherare il falso.   

Questa tecnica di misura spettroscopica dimostra come sia possibile individuare possibili falsificazioni in documenti ed è spesso utilizzata in ambito forense. Esiste infatti un data base sulle caratteristiche di moltissimi inchiostri in commercio a cui si può far riferimento.

Ricordiamo inoltre che l’attività  forense sulle falsificazioni di ogni genere ha molto stimolato la ricerca  scientifica sia sperimentale  (tecnologie diverse sempre più avanzate), sia teorica con l’uso di algoritmi complessi per l’interpretazione dei dati sperimentali.

Bibliografia

•  F. Somma, P. Aloe and G. Schirripa Spagnolo: Defects in UV-VIS -NIR reflectance spectra as method for forgery detections in writing documents  International Conference on Defects in Insulating Materials IOP Publishing, Journal of Physics: Conference Series 249 (2010) 012060 (doi:10.1088/1742-6596/249/1/012060);
• C.D. Adam , S.L. Sherratt, V. L. Zholobenko: Classification and individualization of black ballpoint pen inks using principal component analysis of UV–vis absorption spectra Forensic Science International 174(2008) 16-25; online: www.sciencedirect.com

Autori

Somma Fabrizia
Aloe Paolo

Specifiche esperimento Materia Fisica Classi a cui è rivolto 5° anno Tipologia di laboratorio Attrezzato Reperibilità del materiale Negozi specializzati, siti web Materiale specifico Spettrofotometro UV/VIS, stampante, cuvette ermetiche, alcol etilico, acqua distillata, pipette o siringhe per dosaggio, fustellatrice, penne a gel e/o inchiostro di colori nero, blu e rosso di marche diverse Durata esperimento in classe 2 h Capacità di bricolage/assemblaggio Sì Necessità lavorazioni meccaniche/elettroniche No Necessità PC per acqusizione/analisi dati Sì Necessità di uno smartphone No Parole chiave Fisica moderna Spettroscopia Colore Indagini forensi