Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire agli studenti nozioni avanzate delle principali tecniche analitiche strumentali, con particolare riguardo alle tecniche analitiche spettroscopiche e separative, e delle fasi di un processo analitico. Obiettivo del corso è inoltre orientare gli studenti ad una valutazione critica dei risultati sperimentali e delle potenzialità delle tecniche utilizzate nel campo delle biotecnologie.
Prerequisiti
Allo studente è richiesto il superamento degli esami dei corsi di Chimica Generale e di Chimica Organica e Bioorganica
Contenuti dell'insegnamento
Introduzione ai metodi di analisi strumentale Classificazione delle tecniche analitiche strumentali. Validazione dei metodi Metodi di determinazione delle concentrazioni.
Tecniche spettroscopiche Spettrofotometria molecolare UV-visibile in assorbimento molecolare. Spettrofotometria di fluorescenza UV-visibile molecolare.
Spettrofotometria di assorbimento atomico
Spettrofotometria di emissione atomica
Spettrofotometria IR
Spettrometria di massa
Tecniche separative Principi di cromatografia. Gascromatografia Cromatografia liquida
Programma esteso
Fasi di un processo analitico. Campionamento. Introduzione alle tecniche di analisi strumentale Classificazione delle tecniche analitiche strumentali. Classificazione dei metodi analitici e criteri di scelta.
Definizione di parametri di valutazione dei metodi analitici. Intervallo di linearità di risposta, limite di rivelazione, sensibilità, selettività, precisione, accuratezza.
Metodi di determinazione delle concentrazioni; calibrazioni con standard esterni, metodo dell'addizione standard; uso di standard interni.
Tecniche spettroscopiche
Origine degli spettri; correlazione tra transizioni energetiche e zone spettrali di assorbimento ed emissione.
Spettrofotometria molecolare UV-visibile in assorbimento e fluorescenza.
Relazione tra struttura elettronica e bande spettrali. Strumentazione per spettrofotometria di assorbimento UV-visibile molecolare. Sorgenti, monocromatore, rivelatori. Rivelatore a serie di diodi. Definizione di trasmittanza e di assorbanza. Legge di Lambert-Beer. Applicazioni all'analisi quantitativa. Strumentazione per spettrofotometria di fluorescenza UV-visibile molecolare. Effetto della temperatura sulla fluorescenza. Resa quantica. Esempi di fluorescenza di biomolecole. Sonde fluorescenti per proteine e DNA.
Spettrofotometria molecolare in assorbimento IR.
Origine degli spettri; relazione tra modi di vibrazione e zone di assorbimento. Strumentazione: spettrofotometro FT-IR, applicazioni alla caratterizzazione di sostanze.
Spettrofotometria di assorbimento atomico
Origine degli spettri atomici, strumentazione: sorgenti, sistemi di atomizzazione. Interferenze non spettrali. Trattamento dei campioni per la determinazione di metalli a basse concentrazioni. Prestazioni dei diversi sistemi di atomizzazione.
Spettrofotometria di emissione atomica
Strumentazione: sorgente ICP, monocromatori ad alta risoluzione, rivelatori. Prestazioni della tecnica per analisi di elementi.
Spettrometria di massa
Principi. Strumentazione: sorgenti (ionizzazione elettronica, ionizzazione chimica, ionizzazione electrospray). Analizzatori a settore magnetico, quadrupolari, a trappola ionica, a tempo di volo. Rivelatori.
Tecniche separative
Principi di cromatografia. Cromatografia in fase gassosa ed in fase liquida.
Parametri cromatografici. Tempo di ritenzione. Tempo di ritenzione corretto. Fattore di capacità. Fattore di separazione. Risoluzione. Efficienza di una colonna cromatografica.
Gascromatografia
Meccanismi di interazione in cromatografia gas-solido e gas-liquido. Fasi stazionarie liquide e solide. Strumentazione: iniettori, colonne, rivelatori. Colonne capillari. Rivelatori universali e selettivi. Accoppiamento gascromatografia-spettrometria di massa. Operazioni in isoterma e in programmata di temperatura. Metodo dello standard interno per determinazioni quantitative.
Cromatografia liquida
Meccanismi di separazione su fasi stazionarie solide e liquide. Classi di polarità di sostanze e di fasi stazionarie. Cromatografia di adsorbimento, ripartizione, scambio ionico, esclusione molecolare. Strumentazione per HPLC, colonne, pompe, rivelatori. Eluizione in isocratica e in gradiente di eluizione. Accoppiamento cromatografia liquida-spettrometria di massa: sorgente/interfaccia electrospray.
Bibliografia
K.A. Rubinson, J.F. Rubinson, Chimica Analitica Strumentale, Zanichelli, 2002.
Holler, Skoog, Crouch, Chimica Analitica Strumentale, II edizione, EdiSES, 2009
Metodi didattici
Lezioni frontali. Didattica interattiva.
Modalità verifica apprendimento
Le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione dei concetti trattati sono verificati attraverso un esame orale.
Lo studente viene valutato sui concetti di base della chimica analitica strumentale, sull’acquisizione di un linguaggio formalmente corretto, e sull’elaborazione di collegamenti tra le diverse parti del corso. E’ altresì richiesta una valutazione critica delle tecniche analitiche strumentali e una corretta classificazione dei metodi analitici,con valutazione critica dei parametri di qualità dei metodi.
Altre informazioni
Illustrazione di casi di studio applicativi delle tecniche analitiche strumentali in campo alimentare, ambientale, biologico con riferimento alle biotecnologie.
Slides del corso a disposizione degli studenti.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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