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Andrea MARCHETTI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Chimica analitica strumentale
Scienze chimiche (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Il corso si caratterizza per il livello di approfondimento delle tecniche analitiche strumentali trattate oltre che per la verifica diretta "in situ" dell'operatività delle stesse tecnologie attraverso prove di laboratorio mirate. La possibilità di accesso diretto alla strumentazione scientifica da parte degli studenti rappresenta certamente un punto di forza per l'apprendimento della materia.
Prerequisiti
Conoscenza approfondita della chimica degli equilibri in soluzione, chimica qualitativa e chimica quantitativa con particolare riferimento ai metodi classici di prova (volumetria e gravimetria). Conoscenza della statistica di base: calcolo della media, scarto tipo, analisi varianza, t-Student, ecc.. Conoscenza dei principi di funzionamento delle principali tecniche analitiche quali: spettroscopia UV-Vis, FT-IR, FAAS, conduttometria, pH-metria, ecc., per l'esecuzione di metodi di prova.
Conoscenza nell'uso di dispositivi informatici e dei principali software per l'elaborazione di testi e tabelle di dati quali: word processor (Word, OpenOffice, Pages, ecc.) e fogli elettronici di calcolo (Excel, Numbers, OpenOffice, ecc.).
Programma del corso
0.5 CFU (4 ore) Il processo analitico. Predisposizione di un metodo di prova. Metodi di prova normati.
3 CFU (24 ore) Illustrazione dei principi di funzionamento e modalità di utilizzo delle principali tecniche analitiche separative: tecniche cromatografie in fase liquida, HPLC, e in fase gassosa, GLC.
Parametri fondamentali descrittori del processo cromatografico. Efficienza del processo separativo: l’equazione di Purnell e di Van Deemter. Fasi stazionarie dirette ed inverse. Forza dei sistemi eluenti, eluizioni isocratiche e a gradiente. Effetto della temperatura sul processo separativo. Le colonne per HPLC. Strumentazione HPLC: principali rivelatori e sistemi informatici per la gestione della strumentazione e del dato analitico.
Sistemi gascromatografici. Principali rivelatori per gas cromatografia.
Sistemi per l'introduzione del campione basati sul termodesorbimento: tecniche SPME e TDU-CIS.
0.5 CFU (4 ore) Utilizzo delle microonde, MW, per la dissoluzione/estrazione di analiti da matrici reali: aspetti teorici ed applicativi.
2 CFU (16 ore) Tecniche spettroscopiche per la determinazione di metalli. La spettroscopia di assorbimento atomico. Principi teorici ed elementi costitutivi di uno spettrometro. Il fornetto di grafite: GFAAS. Principali interferenze e sistemi per la correzione del fondo. Determinazioni quantitative in GFAAS. La spettroscopia di emissione ICP-OES. Processi che intervengono all'interno del plasma. Principali interferenze in ICP-OES e tecniche di correzione.
6 CFU (60 ore) Tutte le tecniche analitiche descritte saranno oggetto di esercitazioni pratiche nelle quali gli studenti potranno verificare il loro livello di conoscenza, autonomia ed apprendimento.
Metodi didattici
Il corso è articolato in lezioni frontali ed esercitazioni pratiche di laboratorio. Per lo svolgimento di entrambe le attività è fatto ampio utilizzo di sistemi multimediali quali presentazioni ppt ed utilizzo di audiovisivi oltre all'impiego di dispositivi di simulazione strumentale remoti (http://www.chromacademy.com). In base alla numerosità di studenti iscritti, le esercitazioni pratiche prevedono l'accesso diretto degli studenti, in gruppi composti da 2-4 persone, alla strumentazione disponibile presso un laboratorio di analitica strumentale dedicato. Per ottenere la convalida della partecipazione al corso è necessaria una frequenza pari ad almeno il 75 % delle esercitazioni pratiche, attestata mediante firma di ingresso/uscita dal laboratorio da parte dello studente.
Al termine di ciascuna prova di laboratorio ciascun gruppo dovrà predisporre una relazione scritta dell’esperienza svolta. L’elaborato sarà valutato durante la prova di esame e contribuirà al voto finale.
L’insegnamento è erogato in lingua italiana.
Testi di riferimento
J.C. Miller, J. N. Miller "Statistics for Analytical Chemistry " Ellis Horwood Series in Analytical Chemistry, Wiley , N.Y. (1989)
J.D. Ingle Jr., S.R. Crouch, "Spectrochemical Analysis ", Prentice Hall International, London, UK. (1988)
J. F. Rubinson, K. A. Rubinson "Contemporary Chemical Analysis ", Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J. (1998)
R.Kellner, J.-M.Mermet, M.Otto, H.M.Widmer, "Analytical Chemistry", Wiley-VCH, Weinheim (1998). Edizione italiana Edises 2003
W. Funk, V. Dammann, G. Donnevert "Quality Assurance in Analytical Chemistry ", VCH Weinheim (1995)
Daniel C. Harris, "Chimica Analitica Quantitativa", Zanichelli, Editore, III edizione Bologna. (2017)
D. A. Skoog, S.R. Crouch, F. J. Holler, "Chimica Analitica Strumentale ", EdiSES, Napoli (2009) II Ed
D. A. Skoog, S.R. Crouch, F. J. Holler, "Principles of Instrumental Analysis ", Brooks/Cole, Thomson Learning Berkshire House, London, UK. (2007) VI Ed.
Verifica dell'apprendimento
La verifica dell’apprendimento da parte degli studenti è effettuata mediante colloquio orale a fine corso. Ciascun candidato può iniziare il colloquio da un argomento a scelta tra quelli trattati all’interno del corso. A seguire, la commissione esaminatrice, formula almeno altri due quesiti in modo da verificare la preparazione del candidato (valutazione della CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE).
Fanno parte del gruppo di domande anche quesiti relativi a casi di "problem solving" mediante i quali, il candidato, può dimostrare le sue capacità ad interfacciarsi con tematiche reali sempre con riferimento agli argomenti del corso (verifica della CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE). Il voto finale è determinato della somma dei contributi derivanti dalla valutazione del colloquio orale e dalla presentazione e valutazione delle relazioni di laboratorio, che i candidati dovranno fornire per la parte sperimentale del corso, pesati in rapporto rispettivamente 3/4 e 1/4. Inoltre, il candidato che dimostri particolari capacità, sia in termini di conoscenze che di corretto uso della terminologia oltre ad una spiccata qualità espositiva può candidarsi a raggiungere il giudizio massimo con Lode.
La prova di verifica orale potrebbe essere svolta nelle seguenti modalità: in presenza o a distanza, a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente dovrebbe acquisire competenze approfondite relativamente la teoria di funzionamento delle principali tecniche strumentali unitamente ad elevata autonomia nel loro utilizzo. Un ulteriore obiettivo è lo sviluppo di un senso critico nei confronti del dato analitico prodotto da ciascuna tecnica strumentale.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrebbe acquisire un'autonomia di giudizio critico nei confronti del dato analitico fornito dallo strumento tale da permettergli di valutare lo stato di non perfetto funzionamento del dispositivo. Inoltre, dovrebbe sviluppare l'abilità nella scelta della tecnica analitica più appropriata in funzione delle caratteristiche peculiari della matrice investigate e dei parametric analitici da determinare.
Autonomia di giudizio
Lo studente dovrebbe essere in grado di predisporre la sequenza logica per la scelta del metodo di prova in grado di fornire un risultato attendibile in termini di accuratezza e precisione e coerente con il quesito iniziale sfruttando le proprie competenze nell'ambito della chimica analitica strumentale. Inoltre, dovrebbe sviluppare una criticità nella valutazione di dati analitici riportati in referti di prova.
Abilità communicative
Lo studente dovrebbe possedere un'appropriata abilità nella presentazione e dissertazione relativamente ai principi di funzionamento delle tecniche analitiche utilizzate, loro ambiti applicative e risultati acquisibili anche mediante l'ausilio di dispositivi informatici. Inoltre, dovrebbe avere sviluppato capacità di interazione con altri colleghi, sia dello stesso ambito disciplinare che di altre formazioni, con una tendenza al lavoro in equipe.
Capacità di apprendimento
Lo studente dovrebbe dimostrare padronanza nell'identificare tutti gli "strumenti necessari" per il miglioramento della sua formazione in merito alle tematiche della chimica analitica e della chimica analitica strumentale.