Obiettivi formativi
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di:
-conoscere metodi analitici tipici e innovativi per l'analisi delle diverse matrici ambientali
- saper valutare quali analisi chimiche richiedere e/o eseguire per la risoluzione di un problema ambientale
-saper analizzare correttamente i dati provenienti da una analisi chimica
-essere in grado di pianificare ed eventualmente condurre esperimenti in gruppo
-saper comunicare correttamente mediante relazioni le problematiche riscontrate mediante dati obiettivi
Prerequisiti
Conoscenza della chimica di base e di quella ambientale.
Contenuti dell'insegnamento
- Classificazione dei metodi analitici: classici e strumentali, in funzione di tempi costi e prestazioni, in funzione di matrice, analita e livello di concentrazione.
-informazioni ottenibili dalle varie tecniche strumentali
-utilizzo delle tecniche analitiche in funzione dei vari campioni ambientali e delle informazioni che si devono ricavare
- Il processo analitico dal campionamento in campagna all'ottenimento del report finale
- la valutazione della qualità del dato analitico
- la corretta comunicazione del dato analitico
Programma esteso
Il corso sarà diviso in 3 parti: nella prima parte verranno trattati, in forma semplificata, i principali argomenti della chimica analitica strumentale, nella seconda parte verranno illustrate le applicazioni della chimica analitica alle principali matrici ambientali, nella terza parte verrà effettuata una visita guidata ad una centralina di monitoraggio dell’aria di ARPAE e alcune esperienze di laboratorio.
1a Parte
Introduzione ai metodi di analisi strumentale Classificazione delle tecniche analitiche strumentali Criteri di scelta dei metodi analitici. Validazione dei metodi e definizione di parametri di qualità dei metodi analitici secondo linee guida europee: 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 elementali: spettrofotometria di assorbimento atomico. Origine degli spettri atomici, strumentazione: sorgenti, sistemi di atomizzazione; Spettrofotometria di emissione atomica, strumentazione, sorgente ICP, monocromatori ad alta risoluzione, rivelatori; spettrometria di massa con sorgente a plasma, strumentazione, il problema delle interferenze; analisi qualitativa e quantitativa; comparazione e utilizzo elettivo delle varie tecniche elementali.
Trattamento dei campioni per la determinazione di metalli a basse concentrazioni.
Tecniche spettroscopiche molecolari: spettroscopia UV-Vis, origine degli spettri; correlazione tra transizioni energetiche e zone spettrali, 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 e sua applicazione all'analisi quantitativa; cenni di spettroscopia molecolare di fluorescenza; spettrofotometria molecolare in assorbimento IR, origine degli spettri; relazione tra modi di vibrazione e zone di assorbimento, strumentazione, spettrofotometro a dispersione e spettrofotometro FT-IR, applicazioni alla caratterizzazione di sostanze.
Tecniche separative: principi di cromatografia, cromatografia in fase gassosa ed in fase liquida; gascromatografia, meccanismi di interazione in cromatografia gas-solido e gas-liquido, strumentazione: iniettori, colonne capillari, cenni dei principali rivelatori, analisi 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, cromatografia di adsorbimento, ripartizione, scambio ionico, esclusione molecolare, strumentazione, colonne, pompe, rivelatori, eluizione in isocratica e in gradiente.
Trattamento dei campioni per la determinazione delle sostanze organiche.
Spettrometria di massa: principi. strumentazione, sistemi di ionizzazione, analizzatori a settore magnetico, quadrupolari, a tempo di volo, sistemi a bassa risoluzione ed alta risoluzione, applicazioni, accoppiamento della spettrometria di massa con la gascromatografia e la cromatografia liquida.
2a Parte
La matrice aria: campionamento ed analisi di inquinanti atmosferici, campionamento attivo e passivo il problema del particolato, proprietà origini ed effetti sulla salute, PM10 e PM2,5, campionatori automatici, analizzatori automatici di SO2, NOx, O3, CO, le centraline di monitoraggio, campionamento ed analisi dei principali inquinanti organici
Le matrici acqua e suolo: classificazione degli inquinanti, proprietà dei contaminanti (termodinamiche, trasporto, etc), mobilità degli inquinanti, metodi di campionamento dei suoli, acque e sedimenti, trattamento dei campioni, metodi ufficiali per le acque (O2, COD, TOC, alcalinità durezza, ossidabilità secondo Kubel), determinazione degli anioni, i metalli, forma chimica e stato di ossidazione, la speciazione dei metalli, metodi per la determinazione dei metalli a bassa concentrazione e loro speciazione, estrazioni sequenziali, estrazione secondo Tessier e suo significato, campionamento e analisi dei principali inquinanti organici, tensioattivi, i contaminanti emergenti (distruttori endocrini e estrogeno-mimetici, cosmetici e prodotti solari, PFASs).
3a Parte
Visita guidata ad una centralina di monitoraggio aria ARPAE
Visita guidata ai laboratori di chimica analitica strumentale del dipartimento
Esperienza di laboratorio a posto singolo: ossidabilità secondo KUBEL
Esperienza di laboratorio a gruppi: determinazione dei metalli totali ed estraibili in un terreno.
Bibliografia
C. Baird, M. Cann Chimica Ambientale terza edizione, ed. Zanichelli, ISBN 978-88-08-17378-2.
D.C. Harris, Chimica Analitica Quantitativa terza edizione, ed. Zanichelli, ISBN:978-88-08-82105-8
Metodi didattici
Lezioni frontali Durante le lezioni verranno proposte per uno sviluppo dialettico con gli studenti la soluzione e il commento di problematiche ambientali di attualità prese dai mezzi di informazione. Verranno inoltre commentati metodi ufficiali e articoli scientifici particolarmente rilevanti
E’ parte integrante del corso la frequenza obbligatoria a 2 laboratori, uno con esperienza a posto singolo e una a gruppi ed una uscita per la visita ad una centralina di monitoraggio qualità dell’aria
Modalità verifica apprendimento
esame orale. Al candidato verranno sottoposte di norma 3 domande su 3 argomenti diversi del corso. Qualora il candidato trovi difficoltà verranno proposte ulteriori domande fino ad un massimo di 5 totali. La votazione verrà assegnata in base al livello di comprensione e di approfondimento scaturito dalla risposta dello studente: comprensione piena e approfondimenti personali su tutti gli argomenti: 30 e lode, ottima comprensione su tutti gli argomenti 28-30, comprensione buona su tutti gli argomenti o ottima su almeno 2 e discreta/sufficiente sul terzo 27-26, comprensione discreta su tutti gli argomenti o buona su almeno 25-23, comprensione sufficiente
