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Decay of a Roman age pine wood studied by micro magnetic resonance imaging, diffusion nuclear magnetic resonance and portable nuclear magnetic resonance
Get PDFWood is a hygroscopic biodegradable porous material widely used by men in the past to create artworks. Its total preservation over time is quite rare and one of the best preservation modalities is waterlogging. Observing the anatomy of waterlogged archaeological wood could also be complicated because of its bacterial degradation. However, the characterization of wood morphology and conservation state is a fundamental step before starting any restoration intervention as it allows to extract information about past climatic conditions and human activities. In this work, a micro-invasive approach based on the combined use of high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) and diffusion-nuclear magnetic resonance (NMR) was tested both on a modern and an ancient pine wood sample. Furthermore, a completely non-invasive analysis was performed by using portable NMR. This multi-analytical NMR approach allowed to highlight the effect of decay on the wood microstructure, through alterations in the pores size, tortuosity, and images contrast of the ancient pine compared to the modern one. This work pointed out the different but complementary multi-parametric information that can be obtained by using NMR and tested the potential of high-field MRI and low-field portable NMR in the detection of wood diagnostic features
Multiparametric and multimodal nuclear magnetic resonance diagnostics of wood for cultural heritage applications
No full textLa presente tesi di dottorato introduce un nuovo paradigma per la diagnostica non invasiva e non distruttiva della struttura e della fisiologia del legno, delle opere lignee e dei resti di legno archeologico basata sulla tecnologica di Risonanza Magnetica Nucleare protonica (1H-NMR). In questa tesi, è stata studiata l’organizzazione topologica della macro- e microstruttura del legno attraverso l’Imaging a Risonanza Magnetica (MRI) ad alta risoluzione e la diffusione RMN dell’acqua nel legno. La fisiologia e le proprietà
chimico-fisiche dei componenti del legno (cellulosa, lignina) insieme alle sezioni trasversali dei vasi/tracheidi e delle fibre del legno sono stati investigati tramite la rilassometria RMN e la spettroscopia RMN di correlazioni 2D (COSY). Diversi modelli che descrivono il comportamento del segnale RMN sono stati testati ed applicati. Diversi protocolli RMN sono stati ottimizzati per la diagnostica di oggetti lignei, sia contemporanei che archeologici e di interesse nei Beni Culturali, con particolare riguardo agli aspetti di non invasività e non distruttività delle misure. A tale scopo, oltre all’utilizzo di uno spettrometro RMN ad alto campo magnetico (9.4 T), che consente misure non distruttive su piccoli campioni, sono stati utilizzati anche uno scanner clinico, con campo magnetico di 3 T per investigare campioni più grandi, e uno spettrometro RMN portatile a basso campo magnetico (0.35 T), che permette misure non invasive su oggetti di qualsiasi dimensione. L’aspetto che accomuna tutte queste tecniche è l’impiego di molecole d’acqua liquida o in forma di vapore per sondare le caratteristiche strutturali del legno. Il metodo di imaging in risonanza magnetica (MRI) è stato utilizzato per implementare un protocollo ad-hoc per l’osservazione dei caratteri diagnostici del legno e del suo stato di conservazione. Le immagini RMN sono state acquisite, mediante sezionamento virtuale, su legni moderni ed archeologici di età romana perfezionando le sequenze di acquisizione in modo tale da ottenere immagini ad alta risoluzione (fino a risoluzione lineare massima di 8 μm) per l’osservazione di tutti gli elementi anatomici del legno. Inoltre, pesando le immagini RMN sui tempi di rilassamenti (T1, T2, T2*) o sul coefficiente di diffusione (D) è stato possibile ottenere un contrasto ottimizzato in grado di fornire informazioni chimico-fisiche e dinamiche aggiuntive. L’istologia virtuale completa ottenuta nelle tre direzioni anatomiche del legno, trasversale, radiale e tangenziale, ha dimostrato che l’MRI è una valida tecnica non distruttiva per investigare i legni sommersi, soprattutto quelli hardwoods, e che fornisce informazioni complementari a quelle fornite dalla microscopia ottica ed elettronica. Essa permette anche di ricostruire in 3D l’intero
campione in modo non-distruttivo a partire dalle immagini RMN 2D. Inoltre, per superare le restrizioni sulla dimensione del campione imposte dall’MRI realizzato con spettrometro ad alto campo magnetico (9.4 T), questa tesi riporta i risultati MRI ottenuti con scanner clinico (3 T) su legno archeologico sommerso. Sono state acquisite le prime immagini RM pesate in T1, T2 e T2* con risoluzione lineare di 250 micrometri di un palo di legno (diametro di 8.7 cm) dell’antico porto romano di Napoli e queste vengono confrontate con le immagini di tomografia computerizzata (TC). Questo studio ha suggerito che l’analisi MRI fornisce informazioni complementari utili per valutare lo stato di conservazione del legno archeologico e l’osservazione di alcuni caratteri diagnostici permettendo di riconoscere un softwood da un hardwood. Gli esperimenti di diffusione RMN sia su legni moderni imbibiti che archeologici sommersi hanno mostrato l’esistenza di diversi compartimenti diffusivi associati a diversi valori del coefficiente di diffusione molecolare (D) dell’acqua. Grazie all’impiego di una sequenza di acquisizione Pulsed Field Gradient (PFG) è stato possibile misurare il D a diversi tempi di osservazione Δ. Lo studio dell’andamento di D(Δ) ha consentito di ricavare informazioni circa la dimensione e l’interconnessione dei pori del legno e la permeabilità delle pareti cellulari. Inoltre, dai dati di diffusione è stato possibile estrarre informazioni circa il legno come mezzo poroso, ossia la tortuosità dell’acqua e la sua anisotropia.
Le tecniche di rilassometria RMN sono state utilizzate per studiare la dinamica delle molecole d’acqua nelle varie strutture anatomiche del legno mediante la misura del tempo di rilassamento spin-reticolo (T1) e del tempo di rilassamento spin-spin (T2), i quali rappresentano un indice del grado di mobilità dell’acqua e delle sue interazioni con la matrice lignea. In particolare, nel legno archeologico sommerso di età romana la misura dei tempi di rilassamento analizzati con la trasformata di Laplace ha permesso di ricavare la distribuzione delle dimensioni dei pori, evidenziando un incremento del diametro medio delle strutture del legno dovuto al degrado della parete cellulare. Dalla misura del tempo di rilassamento spin-reticolo (T1) è stato anche possibile rivelare la presenza di sostanze paramagnetiche sotto forma di impurezze depositate all’interno dei reperti lignei. Nei legni a temperatura ambiente e umidità pari al 94%, la correlazione tra tempi di rilassamento T1 e T2 delle molecole d’acqua presenti nella parete cellulare e
misurati su 15 specie lignee diverse ha permesso di evidenziare il diverso comportamento igroscopico della parete cellulare dei softwoods in confronto alla parete cellulare degli hardwoods. Questo ha permesso di distinguere, in modo non invasivo, i legni softwoods dagli hardwoods. Un’ipotesi per spiegare questo risultato potrebbe essere la diversa composizione della parete cellulare (e.g., contenuto di emicellulosa) dei softwoods rispetto agli hardwoods, ma ulteriori studi verranno effettuati. Inoltre, utilizzando l’RMN unilaterale portatile e sfruttando i metodi di Laplace RMN multidimensionale (2D), in combinazione con gli esperimenti monodimensionali (1D), sono state ottenute le proprietà strutturali e dinamiche dell’acqua nel legno archeologico sommerso di età romana in maniera non invasiva. Gli esperimenti di correlazione T1-T2 e D-T2 hanno permesso di sondare ed identificare un maggior numero di compartimenti di acqua. Unendo gli esperimenti 1D e 2D è stata possibile una caratterizzazione completa di ciascun
compartimento di acqua, corrispondente ad una specifica struttura del legno, mediante i suoi valori di T1, T2 e D. I legni archeologici sono risultati privi della componente caratteristica di rilassamento corrispondente all’acqua legata nelle pareti cellulari (pari a circa 1 ms), che invece è presente nei legni contemporanei. Tale risultato ha suggerito l’abilità dell’RMN portatile nel diagnosticare la presenza di degrado. Mentre veniva portato avanti il lavoro di tesi, la tecnologica, i protocolli ed i modelli di RMN portatile usati per studiare il legno, sono stati anche estesi e adattati allo studio di materiali lapidei e della carta. Per i primi, le misure dei tempi di rilassamento T1 e T2 hanno permesso di valutare l’efficacia pulente di un idrogel a base di PVA-PEO e borace; per i secondi invece è stato monitorato l’effetto dell’esposizione alla luce UV
Non-invasive combined FT-IR and NMR protocol to assess the cleaning action of a lignin-based hydrogel on stones
No full textLignocellulosic biomass is found on top of agricultural waste and includes cellulose, lignin, and
hemicellulose. Of the three polymers, only lignin is considered inexpensive and 98% is burned to generate
energy (Vásquez-Garay et al., 2021). Lignin is also an important by-product of paper industry. Due to the
growing interest in converting waste into high-value-added products and thanks to the key properties of lignin,
such as biodegradability, biocompatibility, thermal stability, antioxidant and antimicrobial properties, several
procedures have been developed to regenerate lignin into advanced materials, including hydrogels, nanotubes,
films, nanofibers, and nanoparticles (Akhtar et al., 2016). These are suitable for a variety of applications, such
as drug delivery systems for agriculture or medicine, in water remediation applications, and in sensors since
they can serve as absorbents for heavy metal ions, controlled release agent for controlled delivery and water
retention, smart materials for stimuli response, and biosensors and electrodes (Rico-Garcìa et al., 2020). In this
scenario, a novel emerging application of lignin-based hydrogels could be in the cleaning practice of cultural
heritage stones. This work aimed to evaluate the cleaning potential of a PVA-lignin hydrogel to remove metal
ions from stone surfaces using a non-invasive protocol based on the combination of single-sided NMR and
portable FT-IR (Stagno et al., 2021). Different stones were artificially stained with copper corrosion products
and then cleaned using the lignin-based hydrogel. The spin-spin relaxation time (T2) and the IR spectra were
collected on the stone surface before and after the artificial staining, as well as after the application of the
lignin-based gel. Moreover, FT-IR spectroscopy was also used to study the changes in bonds within the PVAlignin
system before and after being used to clean the stone
Single-Sided Portable NMR Investigation to Assess and Monitor Cleaning Action of PVA-Borax Hydrogel in Travertine and Lecce Stone
Get PDFIn this work, we investigated the potential of PVA-borax hydrogel for cleaning limestones and the dependence of the cleaning on the porosity of the rock and on the action time of the hydrogel treatment. Towards this goal, we used a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer, developed for non-invasive and non-destructive applications on cultural heritage. T2-NMR parameters were quantified on different samples of Lecce stone and Travertine cut perpendicular (Pe) and parallel (Pa) to the bedding planes under different experimental conditions: untreated samples, treated with Paraloid B72 and cleaned with PVA-PEO-borax hydrogel applied for 4 min and 2 h. The T2 results suggest that the effectiveness of the cleaning strongly depended on the porosity of the stones. In Lecce stone, the hydrogel seemed to eliminate both the paramagnetic impurities (in equal measure with 4 min and 2 h treatment) and Paraloid B72. In Travertine Pe, characterized by a smaller pore size compared to Lecce stone, no significant effects were found regarding both the cleaning and the treatment with Paraloid B72. In Travertine Pa, characterized by a larger pore size than the other two samples, the hydrogel seemed to clean the paramagnetic agents (it worked better if applied for a longer time) but it did not appear to have any effect on Paraloid B72 removal
Evaluation of the efficacy of micro-magnetic resonance imaging compared with light microscopy to investigate the anatomy of modern and ancient waterlogged wood
Get PDFLight microscopy is the conventional method used to investigate wood anatomy, identify the wood taxon, and assess its conservation state. It generally requires the mechanical cut of thin sections from a sample to obtain informative images. When dealing with wooden artworks or ancient remains (e.g., archaeological waterlogged wood), it is important to avoid sample destruction. In this work the efficacy of micro-magnetic resonance imaging (μ-MRI) to investigate the anatomy of waterlogged wood is assessed in comparison with light microscopy. Images along the three anatomical directions (transverse, tangential and radial) of six modern wood species and one archaeological specimen of waterlogged wood (from the Neolithic site "La Marmotta") were obtained both by μ-MRI and light microscopy. μ-MRI images were acquired virtually selecting 2D slices along the three wood anatomical directions. A 3D reconstruction was derived from 2D μ-MRI images. Conventional light microscopy histology was obtained by manually cutting thin sections. To the best of our knowledge, this is the first study in which high-resolution MR images and light microscopy images of the three anatomical directions of seven wood species are compared. The non-destructive μ-MRI approach allows to investigate the 2D and 3D topological organization of the whole waterlogged wood sample up to a resolution of 8 μm. Although the optical microscope attains higher image resolutions and remains superior in the observation of wood diagnostic characters, multi-parametric μ-MRI provides physiological investigation complementary to light microscopy, giving information concerning both a single section and the whole volume of the sample. The presented study may represent a starting point for further improvements of μ-MRI techniques applied to the non-destructive investigation of waterlogged wood samples, especially those of interest for cultural heritage
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
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