87822 - CHIMICA ANALITICA INDUSTRIALE CON LABORATORIO M

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso ha l’obiettivo di fare acquisire agli allievi la capacità, sulla base delle caratteristiche dell‘analita, della matrice e della disponibilità di campione, di individuare l’adeguata strumentazione per la progettazione di uno schema di procedura analitica a partire da opportuni piani di campionamento, anche utilizzando le normative tecniche opportune. Avranno inoltre acquisito la capacità di valutare la qualità di un processo analitico o industriale sulla base di test statistici e carte di controllo.

Contenuti

Obiettivi di apprendimento

Conoscenza e comprensione

Al termine del corso gli allievi conosceranno:

• I metodi statistici per la valutazione dei risultati forniti da più operatori.
• Le modalità per controllare la qualità dei processi
• Semplici procedure di progettazione degli esperimenti (experimental design)
• I principi e gli assetti strumentali delle tecniche elettrochimiche e spettroscopiche, anche in modalità combinata
• I principi e gli assetti strumentali delle tecniche per l’analisi di superficie
• I principi di funzionamento di sensori elettrochimici

  Al termine del corso gli allievi avranno compreso:

• Il ruolo delle procedure statistiche nella gestione e nel controllo di processi analitici e analitici industriali
• Le problematiche relative alla determinazione di analiti a livello di tracce e ultratracce, e dell'analisi di superficie
• La relazione fra i livelli energetici di uno specifico analita e il responso desiderato
• La relazione fra il trasporto di materia in soluzione e il responso elettrochimico di un analita

  Abilità e Competenze

  Al termine del corso gli allievi saranno capaci di:

• Valutare i risultati analitici prodotti da più di due operatori o gruppi
• Costruire e utilizzare curve di controllo per la valutazione della qualità di un processo analitico
• Avviare e gestire piccola e media strumentazione (spettrometria atomica, stazioni elettrochimiche)
• Individuare le corrette procedure e tecniche per controllare le interferenze e il limite di rivelabilità
• Saper progettare una procedura analitica adeguata alla determinazione di uno o più analiti in matrici di moderata complessità, anche sfruttando la normativa tecnica relativa.

  Argomenti del corso

  Carte di controllo. Campionamento in ambienti industriali.

  Metodi statistici per la chimica analitica ed i processi industriali:

  Analisi della Varianza (analysis of variance - ANOVA). Elementi di base della progettazione sperimentale (design of experiments – DOE)

  Spettroscopia e spettrometria:

  Tecniche di spettrometria atomica in emissione: plasma.

  Cenni all’analisi di superficie e metodi di analisi mediante raggi X. Interazione raggi X - materia. Cenni sulle spettroscopie di assorbimento e fluorescenza di raggi X, spettroscopie di fotoelettroni, diffrazione di raggi X di polveri. Tubo a raggi X. Applicazioni industriali delle tecniche di analisi mediante raggi X.

  Interfacce ICP-MS, GC-MS e SIMS.

  Riflessione e rifrazione della luce. Riflessione totale interna e fibre ottiche. Onda evanescente. Riflettanza totale attenuata. Spettrometria Raman.

  Fondamenti di elettroanalitica e sensori elettochimici:

  Trasferimento elettronico. Trasporto di massa (diffusione, migrazione e convezione). Tecniche a potenziale controllato (cronoamperometria, cronocolumbometria, tecniche voltammetriche).

  Tecniche per l'analisi di elementi in tracce ed ultratracce (stripping anodico, catodico e potenziometrico)

  Elettrodi modificati per applicazioni sensoristiche. Sensori e biosensori amperometrici

  Introduzione ai dispositivi di accumulo di energia elettrochimica:

  Batterie e supercapacitori

  Attività di laboratorio e di esercitazioni

  Il corso prevede diverse esperienze di laboratorio e di esercitazioni in aula/laboratorio in gruppi. In tali esperienze è previsto l’impiego di diverse strumentazioni consentendo la comprensione del concetto di approccio analitico: metodi elettrochimici e spettroscopici su campioni reali seguito da analisi statistici.

  Le esperienze contengono elementi di tutti e tre i moduli individuali dell’insegnamento.

  REQUISITI DI CONOSCENZA E ABILITA' PER AFFRONTARE IL CORSO

  In generale sono richieste le conoscenze e abilità acquisite nei corsi della Laurea di primo livello di: Matematica, Fisica, Chimica Analitica e Chimica Analitica Strumentale.

  In particolare gli allievi devono:

• essere in grado di rappresentare graficamente e ricavare matematicamente curve di calibrazione lineari
• conoscere e sapere applicare il metodo della curva di calibrazione e delle aggiunte standard per la determinazione quantitativa nella analisi strumentale
• essere in grado di preparare con adeguata precisione soluzioni a titolo noto a bassa concentrazione
• possedere nozioni elementari di ottica e di algebra
• avere maturato una discreta competenza nell'utilizzo di  semplice strumentazione analitica

Testi/Bibliografia

Sono numerosi i testi, molti dei quali disponibili nelle biblioteche universitarie, che si occupano, con elevata competenza e completezza, dei contenuti del corso.

La studentessa/lo studente può trovare utile consultare quelli riportati nel seguente elenco:

Testi consigliati:

1. J.C. Miller and J.N. Miller, Statistics and Chemometrics for Analytical Chemistry, 6^th ed., Prentice Hall (UK), 2010
2. M.Castino, E. Roletto, Statistica applicata. Trattamento dei dati per studenti universitari, ricercatori e tecnici. Piccin, 1999 (ISBN: 9788829909353)
3. D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch, Chimica Analitica Strumentale, III Ed., Edises, 2009 (ISBN:9788879593427).
4. K. A. Rubinson, J. F. Rubinson, Chimica Analitica Strumentale, Zanichelli, 2002
5. P.M.S. Monk "Fundamentals of Electroanalytical Chemistry" J. Wiley & Sons, New York, 2002.

Su argomenti specifici verranno forniti materiali di approfondimento da parte dei docenti, tramite la piattaformo UniBo Virtuale.

Metodi didattici

Si prevedono una serie di lezioni frontali (apprendimento individuale) e di tre esperienze di laboratorio (lavoro di gruppo e individuale).

La frequenza al laboratorio è obbligatoria. La frequenza verrà accertata mediante firma. In caso di indisponibilità, anche se solo parzialmente, di una studentessa/uno studente per un'esperienza di laboratorio, i docenti devono essere contattati immediatamente per individuare una data o un'attività di laboratorio alternativa. Un calendario con le date degli esperimenti individuali per i gruppi di laboratorio sarà fornito durante le prime due settimane dell'insegnamento.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [link] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame scritto finale, a cui è aggiunta la votazione del laboratorio.

Il voto di laboratorio sarà costituito da:

• Un report per gruppo per uno degli esperimenti svolti, assegnati casualmente dai docenti dell’insegnamento, massimo quattro pagine (50% del voto di laboratorio, scadenza della consegna prima della fine dell’insegnamento.
• Quiz individuale (5 domande risposta multipla) relativo agli aspetti pratici di tutte le tre esperienze svolte in laboratorio (50% del voto del laboratorio, data prima della fine dell’insegnamento).

La prova scritta di esame è costituita da: a) quesiti a risposta multipla o quesiti vero/falso; b) quesito a risposta aperta. La prova contiene elementi di tutti e tre i moduli individuali dell’insegnamento.

La durata della prova scritta è di ore 2.

Durante il quiz individuale di laboratorio e durante la prova scritta non è ammesso l'uso di libri di testo, del cellulare e degli appunti (o delle slide) di lezione. Il materiale sul quale redigere le prove (fogli protocollo, carta millimetrata, ecc.) sarà reso disponibile dai docenti.

È possibile rifiutare fino a un massimo di due esiti positivi.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni frontali saranno dettate anche con l’ausilio di strumenti multimediali. Le esercitazioni e le prove di laboratorio saranno supportate da materiale disponibile sulla piattaforma UniBo Virtuale. L’accesso alle aule è tale da permettere a studenti con disabilità di valutare la fruibilità e provvedere per tempo a chiedere adattamenti.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andreas Stephan Lesch

Consulta il sito web di Barbara Ballarin

Consulta il sito web di Marco Giorgetti