Obiettivi Formativi

Lo studente apprenderà il concetto teorico di speciazione chimica e studierà gli equilibri in soluzioni multicomponenti quali i fluidi naturali. Sarà in grado di eseguire sperimentalmente uno studio di speciazione mediante tecniche strumentali quali potenziometria, spettrofotometria e voltammetria e ne utilizzerà i relativi programmi di calcolo. Inoltre l’insegnamento promuove nello studente la conoscenza della teoria e dei principi dei metodi termici di analisi; dei metodi cromatografici di esclusione, di affinità e con fluido supercritico, dell’elettroforesi; della spettroscopia Raman; della spettrometria di massa elettrospray, MALDI-TOF, tandem (MS-MS) e delle principali applicazioni in campo analitico. Le esercitazioni di laboratorio favoriranno la comprensione dei metodi termici di analisi.

Learning Goals

The student will learn the theoretical concept of chemical speciation and study the equilibria in multicomponent solutions, such as natural fluids. It will also be able to perform an experimental study of speciation using instrumental techniques such as potentiometry, voltammetry and spectrophotometry, and it will use the related computer programs. Moreover, the course promotes the student's knowledge of the theory and principles of methods of thermal analysis; of chromatographic methods of exclusion, affinity and supercritical fluid, of electrophoresis; of Raman spectroscopy; electrospray mass spectrometry, MALDI-TOF, tandem mass spectrometry and main applications in the analytical field. The laboratory experiments will promote understanding of the methods of thermal analysis.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula; esercitazioni di laboratorio con utilizzazione di strumentazione utile agli studi di speciazione nei fluidi naturali e l'impiego di tecniche di analisi termica su solido ed in soluzione.

Teaching Methods

Lessons in the classroom; laboratory experiments with instrumentation useful to the speciation studies and the use of thermal analysis techniques on solids and in solution.

Prerequisiti

Conoscenze di base di chimica analitica, in particolare equilibri in soluzione acquosa. Conoscenze di chimica analitica strumentale, in particolare di spettrofotometria UV-VIS, spettrometria di assorbimento atomico, potenziometria, voltammetria, dei principi della cromatografia liquida, della gas-cromatografia e della spettrometria di massa.

Prerequisites

Basic knowledge of analytical chemistry, in particular equilibria in aqueous solution. Knowledge of instrumental analytical chemistry, especially UV-VIS spectrophotometry, atomic absorption spectrometry, potentiometry, voltammetry, principles of liquid chromatography, gas-chromatography and mass spectrometry.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede una prova orale e la valutazione delle relazioni sulle singole prove di laboratorio. I 12 CFU del corso verranno acquisiti dallo studente con il superamento di un unico esame relativo a Complementi di Chimica Analitica Strumentale e Chimica Analitica Superiore.

Assessment

The evaluation of the learning includes an oral examination and the analysis of the reports of the laboratory tests. The 12 CFU of the course will be acquired after passing one single examination regarding Superior Analytical Chemistry and Complements of Instrumental Analytical Chemistry.

Programma del Corso

Il Corso è suddiviso in due moduli: Chimica Analitica Superiore e Complementi di Chimica Analitica Strumentale. Chimica Analitica Superiore. - Speciazione di sistemi naturali: definizione, applicazioni, metodologie di studio (5 ore) - Interazioni fra i vari componenti in soluzione: reazioni di idrolisi, formazione di complessi e coppie ioniche (5 ore) - Interazioni tra fasi: equilibri di scambio ionico e di adsorbimento, capacità di adsorbimento, isoterma di Langmuir, isoterma di Freundlich (5 ore) - Modelli per la dipendenza dei parametri termodinamici dalla forza ionica e dalla temperatura (5 ore) - Utilizzo delle tecniche potenziometriche, spettrofotometriche e voltammetriche per gli studi di speciazione (4 ore) Esercitazioni di Laboratorio: utilizzo delle tecniche potenziometriche (10 ore), spettrofotometriche (10 ore) e voltammetriche (10 ore) e dei relativi software per gli studi di speciazione Complementi di Chimica Analitica Strumentale. Il corso consta di 40 ore di lezioni frontali e 10 ore di esercitazioni di laboratorio e uso di programmi di calcolo. Il programma delle lezioni frontali comprende: - Metodi termici di analisi (6 ore). Metodi termogravimetrici, analisi termica differenziale, calorimetria differenziale a scansione; calorimetria di titolazione: principi ed applicazioni. - Metodi cromatografici (12 ore). Cromatografia ad esclusione dimensionale, cromatografia di affinità, cromatografia con fluido supercritico ed estrazione con fluido supercritico: principi ed applicazioni. - Metodi elettroforetici (8 ore). Principi dell’elettroforesi. Elettroforesi capillare, elettroforesi capillare di zona, elettroforesi capillare su gel, isotacoforesi capillare, frazionamento in flusso su colonna impaccata: strumentazione ed applicazioni. - Spettroscopia Raman (4 ore). Teoria, strumentazione, sorgenti, applicazioni. - Spettrometria di massa (10 ore). Sorgenti ioniche: ad impatto elettronico (EI), a ionizzazione chimica (CI), a ionizzazione di campo, per desorbimento laser assistita su matrice (MALDI), ionizzazione elettrospray (ESI), a bombardamento con atomi veloci (FAB). Spettrometri di massa. Sistemi di introduzione del campione. Analizzatori di massa. Spettrometria di massa elettrospray (ESI-MS), MALDI-TOF e principali applicazioni analitiche. Spettrometria di massa tandem (MS-MS): strumentazione ed applicazioni analitiche. Analisi di miscele con metodi accoppiati alla spettrometria di massa. Le esercitazioni di laboratorio prevedono l’impiego dei metodi termici come la termogravimetria e la calorimetria di titolazione (10 ore).

Course Syllabus

The course is divided into two modules: Superior Analitycal Chemistry and Complements of Instrumental Analytical Chemistry. Superior Analitycal Chemistry. - Speciation of natural systems: definition, applications, methods of study (5 hours) - Interactions between the various components in solution: hydrolysis reactions, complex formation and ion pairs (5 hours) - Interactions between phases: ion exchange and adsorption equilibria, adsorption capacity, Langmuir isotherm, Freundlich isotherm (5 hours) - Models for the dependence of the thermodynamic parameters on the ionic strength and temperature (5 hours) - The use of potentiometric, spectrophotometric and voltammetric techniques for speciation studies (4 hours) Laboratory exercises: use of potentiometric techniques (10 hours), spectrophotometric (10 hours) and voltammetric (10 hours) and related software for the study of speciation. Complements of Instrumental Analytical Chemistry. The course consists of 40 hours of lessons and 10 hours of laboratory experiments and use of calculation programs. The program of lessons includes: - Methods of thermal analysis (6 hours). Thermogravimetric methods, differential thermal analysis, differential scanning calorimetry, titration calorimetry: principles and applications. - Chromatographic methods (12 hours). Size exclusion chromatography, affinity chromatography, supercritical fluid chromatography and supercritical fluid extraction: principles and applications. - Electrophoretic methods (8 hours). Principles of electrophoresis. Capillary electrophoresis, capillary zone electrophoresis, capillary gel electrophoresis, flow fractionation of packed column: instrumentation and applications. - Raman spectroscopy (4 hours). Theory, instrumentation, sources, applications. - Mass Spectrometry (10 hours). Ion sources: electron impact (EI), chemical ionization (CI), field ionization, matrix-assisted laser desorption (MALDI), electrospray ionization (ESI), fast atoms bombardment (FAB). Mass spectrometers. Systems for sample introduction. Mass analyzers. Electrospray mass spectrometry (ESI-MS), MALDI-TOF and main analytical applications. Tandem mass spectrometry (MS-MS): instrumentation and analytical applications. Analysis of mixtures with methods coupled with mass spectrometry. The laboratory experiments include the use of thermal methods such as thermogravimetry and titration calorimetry (10 hours).