27604 - CHIMICA ANALITICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente: - acquisisce le nozioni fondamentali di chimica analitica utili all'espletamento ed alla valutazione dei controlli dei medicamenti ed alla comprensione degli studi di validazione dei farmaci, anche tramite attività e esperienze laboratoriali e esercitazionali; - raggiunge una visione globale del processo analitico, a partire dalla scelta del metodo di analisi fino all'elaborazione dei risultati, e delle tipologie di metodiche classiche e strumentali di analisi, comunicando in modo chiaro e privo di ambiguità le loro conclusioni, nonché le conoscenze e la ratio ad esse sottese, a interlocutori specialisti e non specialisti; - possiede gli strumenti per poter valutare criticamente (anche per via statistica e chemiometrica) sia i risultati sperimentali ottenuti che quelli riportati negli studi di applicazione dei farmaci e nel controllo di qualità dei medicinali e prodotti per la salute;
- possiede le conoscenze necessarie per affrontare i corsi degli anni seguenti.

Contenuti

- Premessa

Si presuppone che siano noti i fondamenti dei seguenti argomenti:

Chimica generale: Reazioni chimiche, coefficienti stechiometrici, classificazione delle reazioni chimiche, reazioni di ossidoriduzione, numeri di ossidazione, ossidazione e riduzione, bilanciamento delle reazioni, soluzioni, l'acqua come solvente, elettroliti e non-elettroliti, solubilità, processo di solubilizzazione, attività e concentrazione, concentrazione percentuale, molarità o concentrazione molare, definizione di acidi e basi, sistemi acido-base in acqua, espressione dell'equilibrio chimico, costanti di equilibrio, autoprotolisi dell'acqua, costanti di dissociazione acida e basica, pH delle soluzioni acquose. Sistema Internazionale (SI)

Matematica: Logaritmi: significato, uso e calcoli, calcolo con numeri esponenziali, Equazioni di secondo grado.

Statistica: Elementi di statistica, t-Test

ll corso è diviso in due moduli.

PROGRAMMA del Modulo di Chimica Analitica 1 (Mara Mirasoli)

Equilibri chimici in soluzione acquosa, coppie coniugate acido - base, soluzioni tampone. Introduzione alle titolazioni: titolazioni di neutralizzazione, di precipitazione, di complessazione e di ossidoriduzione; calcoli volumetrici e termini usati nelle titolazioni, titolazioni dirette, indirette e retrotitolazioni. Titolazioni di neutralizzazione: curve di titolazione per acidi e basi forti, curve di titolazione per acidi e basi deboli, composizioni delle soluzioni tampone in funzione del pH, titolazione di un acido poliprotico, di una base polifunzionale, di una specie anfiprotica, cenni agli indicatori chimici nelle titolazioni di neutralizzazione, applicazioni delle titolazioni di neutralizzazione.

Introduzione alla potenziometria: potenziale di giunzione, elettrodi di riferimento, elettrodi indicatori di prima specie di seconda specie ed inerti, analisi potenziometrica diretta, elettrodi ionoselettivi, elettrodo a vetro, errori ed uso dell'elettrodo a vetro, elettrodi a vetro combinati e per altri cationi, elettrodi ionoselettivi a membrana cristallina, liquida o polimerica.

Metodi di analisi spettrofotometrica: radiazione elettromagnetica, spettri di assorbimento in fase gassosa e condensata (spettri elettronici, rotazionali e vibrazionali), assorbanza e trasmittanza, legge di Lambert-Beer, deviazioni dalla legge di Lambert-Beer, analisi di miscele, errore spettrofotometrico, strumentazione per spettrofotometria (sorgenti, filtri e monocromatori, celle per il campione, rivelatori, configurazioni strumentali).

LABORATORIO:

Le esperienze di laboratorio si terranno in tre giornate nella settimana dal 02/12/2019 al 05/12/2019. Gli studenti saranno suddivisi in due gruppi, in base alle proprie esigenze organizzative. Il gruppo A frequenterà il laboratorio al mattino e il gruppo B al pomeriggio della stessa giornata.

Per frequentare il laboratorio è obbligatorio avere completato il corso obbligatorio sulla sicurezza sul luogo di lavoro ed avere consegnato alla docente o inviato via email a mara.mirasoli@unibo.it [mailto:mara.mirasoli@unibo.it] copia dell’attestato di superamento della prova finale.

E’ richiesto che ogni studente si procuri ed indossi il camice da laboratorio chimico.

PRIMA ESPERIENZA - TITOLO: Taratura micropipette. SCOPO: Prendere confidenza con il laboratorio e con i dispositivi di dispensazione di volumi noti e di pesata, verificare che la strumentazione da usare sia in condizione ottimale, uso dei parametri statistici più semplici (calcolo dell’intervallo di fiducia, applicazione del test t di Student), scrittura di una relazione.

SECONDA ESPERIENZA - TITOLO: Preparazione di soluzioni tampone, calibrazione del pHmetro, misura potenziometrica del pH delle soluzioni preparate, anche dopo l’aggiunta di acidi e basi forti, misura del pH di una matrice reale (aceto o succo di limone). SCOPO: Preparazione di soluzioni tampone, verifica loro del potere tamponante, calibrazione ed uso corretto del pHmetro.

TERZA ESPERIENZA -TITOLO: Titolazione di un acido debole e costruzione di una curva di titolazione mediante misura potenziometrica del pH. SCOPO: Prendere confidenza con le titolazioni volumetriche, osservare e commentare l’andamento della curva di titolazione in base alle condizioni sperimentali.

PROGRAMMA del Modulo di Chimica Analitica 2 (Stefano Girotti).

- Finalità della Chimica Analitica

- Ricerca Bibliografica in Chimica Analitica, con esercitazione pratica, Revisione tra pari, trappola di Science, etc……..

- Il procedimento chimico-analitico e la strumentazione di base

- Glossario dei termini di Chimica Analitica

- Elaborazione statistica dei dati sperimentali:

Elementi di Chemiometria: Il calcolo e le cifre significative in relazione alla incertezza (strumentale). Principali espressioni della concentrazione e preparazione di soluzioni. Parti per milione (ppm), parti per miliardo (ppb). Titolo

Errori sistematici, casuali e grossolani

Indici di posizione o localizzazione: Valore medio di una serie di dati, moda e mediana, media ponderata, media troncata, media geometrica

Indici di dispersione: Deviazione standard, deviazione standard relativa e coefficiente di variazione, errore standard della media, varianza

Errore assoluto, errore relativo ed errore relativo percentuale

Incertezza assoluta e relativa

Distribuzione della probabilità: Gauss (Binomiale, Poisson, solo nome)

Accuratezza e precisione (inaccuratezza e imprecisione), esattezza

Ripetibilità, riproducibilità

Come misurare la imprecisione e l'inaccuratezza. Test recupero e test diluizione.

Propagazione della imprecisione

Correlazione e regressione: Metodo dei minimi quadrati, coefficiente di correlazione e regressione

Limite di rivelazione e limite di quantificazione

Sensibilità e sensibilità analitica

Intervallo dinamico e intervallo (dinamico) lineare

Cifre di merito

Taratura e Calibrazione; Comparatori, trasduttori, sensori e biosensori

Metodo scientifico: Effetto placebo e Medicine Alternative, Meta-ricerca

Discussione dell’applicazione del metodo scientifico ad un caso/ricerca reale: *La trappola di Science, *Caso Di Bella, *Hulda Clark, *Guida AIFA, *Aura Activator, *Cellule staminali e vitamine, *Chiedi la prova, *Braccialetto dell’equilibrio,*Effetti desiderati, *Chi controlla i placebo, *La medicina bugiarda, *Guida Aifa alle cure miracolose *Le verità scadono, *Cosa fare in mancanza di piene certezze scientifiche?, *Verità manipolate, *Disinformazione, *Cura Zamboni, *L’ostracismo verso la scienza, *Studi Cochrane, *Verifica omeopatia, *Come si possono influenzare anche gli animali, *Le altre medicine, *Stamina, *Farmaci o Medicinali, *Efficacia terapeutica della preghiera, *Aromaterapia, *Etichette, *Lo scienziato che perdona il diesel e la diossina, etc.

Metodo del diagramma (retta) di calibrazione

Metodo dell'aggiunta standard, metodo delle aggiunte standard, recupero percentuale

Metodo dello standard interno

Test t di Student

Decisioni statistiche: ipotesi nulla Ho

Modi di esprimere il risultato dell'analisi

Limiti (o intervalli) di attendibilità o di fiducia del valore vero

Applicazione del test t: Confronto tra valore vero e media, confronto fra medie, confronto per campioni appaiati (misura sullo stesso campione, confronto per campioni multipli o differenti). Applicazione per l’analisi di Corticosteroidi. Verifica mediante t-Test della correlazione

Cenni su Test F (prove di significatività)

Test di Dixon (o Q-test)

- Controllo di qualità:

Sistema Qualità (ISO 9000:2015) e Controllo di Qualità Analitico

Affidabilità, Commutabilità, Riferibilità, Validazione

Classificazione degli standard (per pesi atomici, definitivo, primario, di lavoro, secondario) e dei metodi di analisi (definitivo, riferimento, a errore noto, a errore ignoto)

Standard e materiale di riferimento (certificato e non)

Grado di purezza dell’acqua

Standard di controllo (sieri di controllo)

Carte di controllo

Buona Pratica di Laboratorio

Analisi qualitativa e quantitativa

Scelta e convalida di un metodo analitico

Misure di Sicurezza

- Trattamento del campione:

Campionamento di materiali omogenei e segregati

Tipi diversi di campioni, procedure per il trattamento dei campioni

Costante di campionamento

Numero di campioni ed errore del campionamento

Errore di campionamento ed errore analitico

Intervalli (valori) di riferimento

Principali applicazioni in campo chimico, farmaceutico, ambientale ed alimentare dei metodi analitici sopraelencati.

Corso on-line 7.1 Brevetti e domanda di brevetto del Progetto TOX-OER (https://toxoer.com/):

Brevetti e domande di brevetto, sono esempi di brevettazione, brevettabilità, il diritto di priorità, la brevettazione in campo chimico, convenzioni internazionali come la convenzione del brevetto europeo.

Principali applicazioni in campo chimico, farmaceutico, ambientale ed alimentare dei metodi analitici sopraelencati.

- Esercizi applicati ai principali argomenti.

- Esercitazione pratica: Ricerca bibliografica della collocazione di una rivista scientifica. Discussione dell’applicazione del metodo scientifico ad un caso/ricerca reale: *La trappola di Science, *Caso Di Bella, *Hulda Clark, *Guida AIFA, *Aura Activator, *Chiedi la prova, *Cellule staminali e vitamine, *Braccialetto dell’equilibrio,*Effetti desiderati, *Chi controlla i placebo, *La medicina bugiarda, *Guida Aifa alle cure miracolose *Le verità scadono, *Cosa fare fare in mancanza di piene certezze scientifiche?, *Verità manipolate, *Disinformazione, *Cura Zamboni, *L’ostracismo verso la scienza, *Studi Cochrane, *Verifica omeopatia, *Come si possono influenzare anche gli animali, *Le altre medicine, *Farmaci o Medicinali, *Efficacia terapeutica della preghiera, *Aromaterapia, *Etichette, *Lo scienziato che perdona il diesel e la diossina, *Olio di palma, etc.

Testi/Bibliografia

Materiale didattico: il materiale didattico presentato a lezione è messo a disposizione dello studente in formato elettronico sulla piattaforma IOL.

Il materiale didattico e gli appunti presi a lezione sono indispensabili per la preparazione dell'esame, così come lo studio su uno dei seguenti testi:

- Fondamenti di Chimica Analitica Quantitativa", Daniel C. Harris (Zanichelli Editore, Bologna, 2017).

- "Fondamenti di Chimica Analitica di Skoog e West”, F. J. Holler, S. R. Crouch (Edizione: III, EdiSES, S.r.l., Napoli, 2015).

- “Chimica Analitica e Analisi Quantitativa”, D.S. Hage, J.D. Carr, (Piccin Nuova Libraria SpA, Padova, 2012).

- "Chimica Analitica Quantitativa", Daniel C. Harris (Zanichelli Editore, Bologna, 2017).

Altri testi di chimica analitica di livello universitario possono essere liberamente scelti dallo studente.

In seguente testo, nel quale la parte teorica è solo richiamata a grandi cenni, riporta numerosi esercizi svolti:

- "Esercizi per la Chimica Analitica, con richiami di teoria", S. Araneo, (Progetto Leonardo, Esculapio, Bologna, edizioni 2012 e 2018).

Metodi didattici

Lezioni frontali in cui sono presentati e discussi gli argomenti del corso, con esercizi numerici esplicativi svolti dai docenti alla lavagna. Esercitazione pratica: Ricerca bibliografica della collocazione di una rivista scientifica, seminari di approfondimento.

Attività di laboratorio con esercitazioni pratiche a piccoli gruppi, elaborazione di una relazione, con discussione all’esame.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso il solo esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di un colloquio orale e la risoluzione di problemi numerici su tutto il programma svolto, su entrambi i moduli didattici, che possono essere scissi in momenti di verifica separati fra loro, come prove propedeutiche. Le valutazioni ottenute nei due moduli vengono integrate per ottenere il voto finale di esame mediante media ponderata finale e hanno scadenza di validità annuale.

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite Almaesami, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Si invita a cancellarsi se non interessati a sostenere la prova d'esame, possibilmente prima della chiusura della lista o, se necessario, anche inviando un messaggio email al docente (mara.mirasoli@unibo.it [mailto:mara.mirasoli@unibo.it] o stefano.girotti@unibo.it [mailto:stefano.girotti@unibo.it] ) .

Il criterio di valutazione si basa sulla dimostrazione da parte dello studente di saper utilizzare ed applicare le conoscenze, le informazioni e gli strumenti culturali forniti dal corso, con controllo della Ricerca Bibliografica e discussione della relazione di laboratorio. La soglia di sufficienza dell'apprendimento è rappresentata in particolare dalla dimostrazione della comprensione critica e capacità di discussione degli argomenti del corso, oltre che la risoluzione di problemi numerici.

Per sostenere l’esame del Modulo di Chimica Analitica 2 (Girotti) bisogna dimostrare di saper usare la calcolatrice per i calcoli necessari calcolare la retta di regressione (minimi quadrati). Per sostenere l’esame bisogna portare i documenti richiesti per la Ricerca bibliografica effettuata e il certificato inerente la frequentazione e il superamento del corso on-line 7.1 Brevetti e domanda di brevetto del Progetto TOX_OER (https://toxoer.com/). Tali prove assieme alla discussione della applicazione del metodo scientifico ad un caso/ricerca reale sarà propedeutica al proseguimento dell’esame orale.

I docenti sono disponibili per chiarimenti ulteriori e per verificare il livello di preparazione pre-esame tramite appuntamento.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC, collegamenti a Internet e You Tube.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Mara Mirasoli

Consulta il sito web di Stefano Girotti