METODOLOGIE ANALITICHE AVANZATE

Obiettivi formativi

OBIETTIVI L'insegnamento di Metodologie Analitiche Avanzate ha principalmente l'obiettivo di fornire conoscenze fondamentali e principi basilari delle tecniche separative e dei metodi spettroscopici. Per quanto riguarda le tecniche separative, vengono illustrati, oltre ai principi teorici, i principi di funzionamento e le modalità di applicazione, nei sistemi reali, delle principali tecniche separative, della spettrometria di massa e dell’accoppiamento delle tecniche. Inoltre, verranno affrontati i principi e principali campi di applicazione della spettroscopia atomica e molecolare: assorbimento atomico a fiamma e fornetto di grafite; spettroscopia al plasma; spettrofotometria UV-Vis; cenni sulla fluorescenza a raggi X. L'obiettivo principale del corso è quindi quello di far acquisire agli studenti, dopo aver approfondito lo studio delle principali caratteristiche delle tecniche di separazione e spettroscopiche, capacità critica, in relazione alla problematica analitica, nella scelta di un’idonea tecnica di analisi dei campioni reali, unitamente agli aspetti legati al campionamento, alla preparazione del campione e all’elaborazione dati. Le lezioni frontali per la parte di tecniche separative, si sviluppano a partire dalla teoria dell’estrazione e della cromatografia per poi passare allo studio e descrizione delle diverse tipologie di tecniche separative (gascromatografia, cromatografia liquida ed elettroforesi capillare) accoppiate con diversi rivelatori, incluso lo spettrometro di massa. Per la parte di spettroscopia atomica si affronteranno i principi di teoria generale fino alla descrizione di assorbimento atomico a fiamma e fornetto di grafite; spettroscopia al plasma. Per entrambe le tecniche analitiche verranno affrontate applicazioni specifiche su analisi di diverse classi di composti di interesse biotecnologico ed ambientale ecc. Attenzione verrà rivolta anche alle applicazioni nel campo della proteomica e metabolomica, alle misure analitiche, e alla qualità del dato analitico. Le conoscenze acquisite nel presente insegnamento, non solo costituiscono un punto di riferimento e di partenza, ma soprattutto un mezzo per acquisire competenze successive e interdisciplinari. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite) -le principali tecniche separative e spettroscopiche e la loro evoluzione -le principali modalità di lavoro, con esempi pratici applicativi in diversi settori -i più recenti sviluppi della letteratura in tale ambito -aspetti relativi alle attuali applicazioni di ciascuna tecniche a problematiche biotecnologiche, ambientali, industriali, alimentari, tossicologiche, metabolomiche, proteomiche e cliniche Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze ed abilità acquisite): -approfondire autonomamente e in maniera critica le finalità delle metodologie separative e le potenzialità applicative. -comprendere la connessione con altre aree culturali del CdS -sviluppare la capacità di comunicare quanto appreso, attraverso colloqui e prove d'esame orali. - sviluppare lo studio autonomo attraverso l'uso di fonti di aggiornamento accessibili.

Canale 1
GIULIA SIMONETTI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Teoria dell’estrazione e della scienza delle separazioni. Legge di Nernst. Coefficiente di ripartizione. Estrazione di acidi e basi. Rapporto di distribuzione. Estrazione di molecole cariche. Estrattori per solidi e liquidi. Applicazione in campo ambientale. Pararametri cromatografici: Volume di ritenzione, netto e specifico. Rapporto di capacità. Fattore di separazione. Piatti teorici. Equazione di Van Deemter. Risoluzione. Cromatografia in fase gassosa: gas-solido. Fasi stazionarie. Cromatografia gas-liquido: supporti, fasi fisse e loro classificazione. Schema e componenti di un gas cromatografo: gas di trasporto, Iniettori, colonne impaccate e colonne capillari, fasi legate chimicamente. Equazione di Van Deemter per colonne impaccate e capillari. Rivelatori a conducibilità, a ionizzazione di fiamma, e cenni di quelli a cattura di elettroni, a fotometria di fiamma e ad emissione termoionica. Introduzione alla cromatografia ad alta risoluzione (HPLC). Cromatografia di adsorbimento. Adsorbenti. Isoterme di adsorbimento. Serie eluotropica dei solventi. Proprietà dei solventi, viscosità e solubilità dei gas nei solventi, filtrazione dei solventi e loro degassaggio. Cromatografia liquido-liquido. Fasi supportate. Fasi inverse: preparazione, proprietà, end capping, scelta della fase mobile. Fasi modificate: ciano, amminica. Scambio ionico: classificazione, sintesi, rigonfiamento, capacità di scambio, selettività. Cromatografia di esclusione dimensionale: meccanismo di permeazione, classificazione dei gel, scelta della fase mobile, determinazione del peso molecolare. Cromatografia su fase chirale e di affinità. Moderne fasi stazionarie e nuove tendenze in HPLC. Eluizione in isocratica, a gradino, a gradiente. HPLC di piccole molecole e macromolecole biologiche. Schema e componenti di un cromatografo liquido ad alta risoluzione: solventi, pompe, miscelatori, iniettori, colonne e loro classificazione rispetto al diametro interno. Rivelatori a indice di rifrazione, spettrofotometrici, spettrofluorimetrici, light scattering, cenni su rivelatore elettrochimico e a conducibilità. Elettroforesi capillare. Principi, parametri influenzanti la risoluzione. Tecniche elettroforetiche e loro classificazione: su gel, capillare, elettrocromatografia. Strumentazione. Spettrometria di massa: Massa media, monoisotopica, esatta. Risoluzione. Principi, meccanismi di ionizzazione, frammentazioni, interpretazione. Sorgenti di ioni per piccole molecole: impatto elettronico, ionizzazione chimica, ionizzazione chimica a pressione atmosferica Sorgenti di ioni per macromolecole biologiche: MALDI, ESI, principi di funzionamento, uso, problemi, approcci per la soluzione. Nano ESI Analizzatori di massa: Settore magnetico, quadrupolo, triplo quadrupolo, analizzatore a tempo di volo, trappola ionica, orbitrap, strumenti ibridi. Accoppiamento GC-MS, HPLC-MS, elettroforesi-spettrometria di massa Applicazioni: separazione di proteine, peptidi, amino acidi, acidi nucleici Studi di metabolismo e biotrasformazioni, profili metabolici e metabolomica. Peptidi: frammentazione, determinazione struttura primaria per HPLC-MS-MS. Identificazione proteine. Verifica purezza e struttura prodotti Introduzione alle tecniche spettroscopiche: natura dualistica della radiazione elettromagnetica; lunghezza d’onda, frequenza, numero d’onda. Intervallo di energia delle radiazioni elettromagnetiche. Interazione della radiazione elettromagnetica con la materia. Livelli di energia traslazionale, rotazionale, vibrazionale, elettronica. Forno di grafite – Plasma ad accoppiamento induttivo (ICP) – Strumentazione. Generalità sulle spettroscopie di assorbimento e di emissione. Spettroscopia Atomica in assorbimento ed in emissione. Dettaglio strumentazione ASSORBIMENTO ATOMICO, ICP-OES, ICP-MS. Spettroscopia molecolare ultravioletta e visibile in assorbimento ed in emissione (fluorescenza e fosforescenza): principi chimico-fisici. Strumentazione. Analisi qualitativa e quantitativa: retta di calibrazione, calibrazione diretta, normalizzazione interna, aggiunta dello standard interno, metodo delle aggiunte standard.
Prerequisiti
L’insegnamento di Metodologie Analitiche Avanzate è inserito, nel percorso magistrale, II anno, tra gli insegnamenti fondamentali. Le conoscenze necessarie, acquisite nella laurea triennale, sono quelle fornite dagli insegnamenti di Chimica di base, Chimica Analitica, Chimica organica con elementi di Chimica-fisica.
Testi di riferimento
Introduzione pratica alla Gascromatografia BGJ Baars, A Miliazza (biblioteca dipartimento di chimica) Analisi chimica cromatografica Mentasti, Saini (biblioteca dipartimento di chimica) Modern HPLC for scientist MW Dong Wiley Mass Spectrometry Principles and application Edmond de Hofmann and Vincent Stroombant
Frequenza
La frequenza è utile, non obbligatoria, ma libera anche se sarà valutata positivamente nella valutazione dell’esame finale. Gli studenti sono invitati a partecipare e a prendere parte attiva alle lezioni. Per rendere più comprensibili I contenuti vengono proiettate slides per quanto riguarda il credito di laboratorio la presenza è facoltativa ma anche in questo caso rientrerà nella valutazione dell'esame
Modalità di esame
La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode). La valutazione consiste di una prova orale (tre domande su tre diverse parti del programma). L’esame consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative. Molto importante è la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica mostrata per la risoluzione di problemi analitici reali.
Modalità di erogazione
L’insegnamento prevede 48 ore di didattica frontale. Lezioni frontali I sezione (5 ore): Principi e teoria della scienza delle separazioni e della cromatografia II sezione (14 ore): Tecniche separative III sezione (8 ore): Spettrometria di massa V sezione (8 ore) Principi teorici tecniche spettroscopiche V sezione (5 ore) Analisi quali/quantitativa ed applicazioni Preparazione dei campioni: Schemi di purificazione di matrici reali. Strategie per l’analisi e la purificazione di molecole organiche da matrici complesse. 1 CFU di laboratorio: 12 ore Prevederà una esperienza di GC-FID e una di HPLC-UV oltre a delle esercitazioni teorico pratiche relative alle nozioni del corso di laurea
  • Codice insegnamento1017327
  • Anno accademico2024/2025
  • CorsoBiotecnologie e Genomica per l'industria e l'ambiente
  • CurriculumCurriculum unico
  • Anno2º anno
  • Semestre1º semestre
  • SSDCHIM/01
  • CFU6
  • Ambito disciplinareDiscipline chimiche