METODI DI SPETTROMETRIA DI MASSA E DI SEPARAZIONE DI MOLECOLE ORGANICHE

CHIM/06 - 6 CFU - 2° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

SALVATORE FOTI
Email: sfoti@unict.it
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Scienze Chimiche - Viale A. Doria, 6
Telefono: 095 7385027
Orario ricevimento: da lunedì a venerdì previo appuntamento
ROSARIA SALETTI
Email: rsaletti@unict.it
Edificio / Indirizzo: Edificio 1, viale Andrea Doria, 6 95125 Catania
Telefono: 095 7385026
Orario ricevimento: Tutti i giorni previo appuntamento


Obiettivi formativi

Lo scopo del corso è quello di fornire agli studenti i principi teorici e applicativi di:

- metodi cromatografici al fine di un loro utilizzo per la separazione e purificazione di composti organici;

- spettrometria di massa (MS);

- utilizzo accoppiato di tecniche separative (GC, LC) con la MS;

- uso della MS nella determinazione della struttura di composti organici.

ll laureato in BSCM, con l’insegnamento di METODI DI SPETTROMETRIA DI MASSA E DI SEPARAZIONE DI MOLECOLE ORGANICHE amplia ed approfondisce le conoscenze di base nei settori di ambito affine e integrativo, acquisite con la laurea di primo livello. Matura, inoltre, una comprensione integrata dei fenomeni biologici e una preparazione scientifica avanzata sugli aspetti relativi alle metodologie di studio chimico/biochimico.

In particolare, gli obiettivi formativi specifici di questo corso sono: comprendere i principi sui quali è basato l'isolamento di composti organici da matrici naturali anche di natura biologica, i metodi e le tecniche che si utilizzano a tale scopo, i principi che stanno alla base della caratterizzazione dei composti organici mediante la spettrometria di massa, le tecniche utilizzate per ottenere e interpretare spettri di massa e i principi dell'accoppiamento cromatografia- spettrometria di massa.

Più in dettaglio, con riferimento ai Descrittori di Dublino, questo insegnamento contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione

Capacità di applicare conoscenza

Autonomia di giudizio

Abilità comunicative


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Il corso prevede 6 CFU dei quali 4 di lezioni frontali e 2 di esercitazioni in aula.


Prerequisiti richiesti

Conoscenza della chimica organica di base.



Frequenza lezioni

Il regolamento del corso prevede la frequenza obbligatoria di almeno il 60 % delle ore curriculari previste per l'insegnamento (28 ore di lezioni fontali e 24 di esercitazioni).



Contenuti del corso

CROMATOGRAFIA

Principi teorici delle separazione cromatografica.Tempo di ritenzione e volume di ritenzione. Fattore di capacità. Selettività, risoluzione, simmetria dei picchi. Efficienza di una colonna cromatografica e piatto teorico. migrazione differenziale degli analiti e allargamento della banda cromatografica: percorsi muitipli (effetto Eddy), diffusione longitudinale, trasferimento di massa in in fase mobile, fase mobile stagnante e fase stazionaria. Equazione di Van Deemter. allargamento delle banda non dovuto alla colonna.

Classificazione delle tecniche cromatografiche:

- Cromatografia liquida di adsorbimento (liquido/solido, LS). Cromatografia liquida a pressione atmosferica su colonna (LPC) e cromatografia su strato sottile (TLC). Descrizione del sistema cromatografico a pressione atmosferica.

- cromarografia liquida ad alta prestazione su colonna (HPLC).

Caratteristiche delle fasi stazionarie utilizzate in HPLC in fase normale (liquido/solido) e in HPLC in fase inversa (RP-HPLC, liquido/liquido). descrizione del sistema cromatografico ad alte prestazioni. La valvola di iniezione del campione ("loop").

Le pompe: pompa a siringa, a pistone singolo, pompa reciprocate a doppio pistone. Smorzatori di pressione (dampers).

Fasi mobili per HPLC: proprietà fisiche, potere eluente e selettività. Preparazione della fase mobile: anidrificazione, filtrazione e degasaggio. Preparazione del campione. Fase mobile e fase stazionaria. Esempi di separazione di composti organici mediante HPLC in fase normale e inversa. Ottimizzazione delle condizioni cromatografiche.

Rivelatori per cromatografia liquida. Proprietà generali: (limite di rivelazione (LOD), range dinamico lineare (LDM). Rivvelatori: UV-VIs, Diode array, indice di rifrazione, fluorescenza. spettrometro di massa.

- Cromatografia ad esclusione molecolare. Principi. Fasi stazionarie e fasi mobili. esampi di separazione di biopolimeri.

- Cromatografia a scambio ionico. Principi. Fasi mobili e fasi stazionarie. esempi di separazione di composti organici. L'analizzatore di amminoacidi.

- Cromatografia di affinità. Principi. Fase mobile e fase stazionaria. Cromatografia di affinità colorante proteina per la purificazione delle proteine.

- Gas cromatografia.

Descrizione di un sistema cromatografico. Gascromatografia di di adsorbimento (gas solido, GSC) e gascromatografia di ripartizione (gas liquido, GLC). Colonne capillari e impaccate. Il gas di trasporto. Fasi stazionarie solide e liquide. Scelta delle fase stazionaria.

Rivelatori per gascromatografia: conducibilità termica (TCD), a ionizzazione di fiamma (FID), a ionizzazione di fiamma alcalina, a cattura di elettroni (ECD). Spettrometro di massa

 

SPETTROMETRIA DI MASSA.

Cos’è la Spettrometria di Massa. Principi del metodo. Schema a blocchi di uno strumento. Lo spettro di massa.

- Tecniche di ionizzazione e tipi di analizzatori.

La sorgente di ionizzazione per interazione elettronica (EI).

Analizzatori magnetici e potere risolutivo. Analizzatori a doppia focalizzazione (magnetici - elettrostatici). Alta risoluzione. Masse nominali, masse esatte, masse monoisotopiche, masse molecolare relative. Massa esatta e determinazione della formula molecolare.

Ione molecolare e picchi isotopici. Criteri per il riconoscimento dello ione molecolare. Informazioni deducibili dollo ione molecolare e dai picchi isotopici. Regola dell'azoto.

Ionizzazione per impatto elettronico (EI). Principi delle reazioni di frammentazione degli ioni organici e interpretazione dregli spettri di massa per EI. teoria del quasi equilibrio. Classificazione delle reazioni di frammentazione. Scissione deo legami sigma e riarrangiamenti regola degli elettroni pari. Localizzazione della carica. Criteri per la valutatione dell'intensità degli ioni frammento.

Scissione dei legami sigma in molecole che non contengono gruppi funzionali. Frammentazione di composti contenenti doppi legami o eteroatomi. Scissione alfa (processo promosso dal sito radicalico). Scissione induttiva (processo promosso dal sito carico). mFrammentazione dei composti ciclici. Riarrangiamenti. Frammentazioni tipiche delle piu comuni classi di sostanze organiche.

- Ionizzazioni per desorbimento: ionizzazione laser assistita da matrice (MALDI). La sorgente MALDI. Principi operativi. Matrici MALDI. Preparazione del campione. Calibrazione in MALDI.

- Analizzatori a tempo di volo (TOF). Principi operativi. Miglioramento del potere risolutivo: delayed extraction e ion reflector.

- Ionizzazione per elettronebulizzazione (ESI). Principi operativi. Formazione e trasferimento degli ioni nella sorgente ESI.

- Ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI). Principi operativi.

- Analizzatore quadrupolare. Principi operativi.

- Analizzatore a trappola ionica. Principi operativi

- Spettrometria di massa tandem. Spettrometria di massa tandem nello spezio e nel tempo.

- accoppiamento gascromatografia/spettrometria di massa (GC/MS) s comatografia liquida ad alte prestazioni in fase inversa/spettrometria si massa (RP-HPLC/MS).



Testi di riferimento

1.R. Cozzi, P. Protti, T. Ruaro, ANALISI CHIMICA STRUMENTALE, Zanichelli, 2001

2. J. H. Gross, MASS SPECTROMETRY- A Textbook, Springer 2011

3. F.W. McLafferty, INTERPRETATION OF MASS SPECTRA University Science Books1980

4. K.A. Rubinson, J.F. Rubinson, Chimica analitica strumentale, 1a ed.,Bologna, Zanichelli, luglio 2002. ISBN 88-08-08959-2


Altro materiale didattico

Materiale didattico fornito dai docenti reperibile su Studium



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1*Principi generali di spettrometria di massa. Sorgente a ionizzazione elettronica (EI). Efficienza di ionizzazione. Analizzatori a settore magnetico. Diapositive lezioni. Gross cap 1. 
2*Risoluzione. Calibrazione dell’asse delle masse. Analizzatori a doppio fuoco. Alta risoluzione.Diapositive lezioni. Gross cap. 2. Gross cap. 3 
3*Ione molecolare e picchi isotopici. Massa nominale, massa isotopica e massa media ponderale. Composizione isotopica dei principali elementi.Diapositive lezioni. Gross cap. 3. McLafferty cap 2. 
4* Principi generali di frammentazione. Teoria del quasi-equilibrio. Classificazione delle reazioni di frammentazione. Frammentazione di composti che non contengono insaturazioni o eteroatomi. Diapositive lezioni. Gross cap. 6. McLafferty cap. 4 
5* Scissione alfa. Scissione induttiva. Scissione di composti ciclici. Riarrangiamenti.Diapositive lezioni. Gross cap. 6. McLafferty cap. 4. McLafferty cap. 8 
6* Frammentazioni tipiche delle più comuni classi di composti organici.Diapositive lezioni. McLafferty cap. 9. 
7* Analizzatori a tempo di volo. La sorgente ESI. La sorgente di ionizzazione MALDI.Diapositive lezioni. Gross cap. 12. Gross cap. 11. 
8*Analizzatori a quadrupolo e a trappola ionica. Spettrometria di massa tandem.Diapositive lezioni. Gross cap 4.4 - 4.6. Gross Cap. 9.  
9*Teoria della separazione cromatografica: migrazione differenziale degli analiti. Allargamento della banda cromatografica: percorsi multipli, diffusione longitudinale, trasferimenti di massa in fase mobile, in fase mobile stagnante e in fase stazionaria.Diapositive lezioni. Dispense fornite dal docente. 
10* Concetti di ritenzione e fattore di capacità, efficienza e piatto teorico, selettività, risoluzione, simmetria dei picchi. Equazione di Van Deemter. Allargamenti del picco cromatografico non dovuti alla colonna.Diapositive lezioni. Dispense fornite dal docente. 
11*Classificazione delle tecniche cromatografiche: la cromatografia liquida. Cromatografia liquida su colonna a bassa (LPC) e alta pressione (HPLC). Descrizione di un sistema cromatografico a pressione atmosferica e di un cromatografo ad alta pressione.Diapositive lezioni. Cozzi, Protti, Ruaro Cap. 14 
12*Il sistema di iniezione (“loop”). Le pompe: a siringa, reciprocante a singolo pistone e a doppio pistone. Smorzatori delle pulsazioni (dampers). Sistemi di mescolamento a bassa e ad alta pressione. Tipi di gradiente.Diapositive lezioni.  
13*Gli eluenti per HPLC. Caratteristiche delle fasi stazionarie utilizzate in HPLC. Sistemi di rivelazione per cromatografia liquida; caratteristiche dei rivelatori: limite di rivelabilità (LOD), intervallo dinamico di linearità (LDR).Diapositive lezioni. 
14*Rivelatori nella cromatografia liquida: UV-Vis, a serie di diodi, a indice di rifrazione e a fluorescenza.Diapositive lezioni. 
15Cromatografia liquida ad alte prestazioni in fase normale e inversa (RP-HPLC): principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati.Diapositive lezioni. Dispense fornite dal docente. 
16*Cromatografia ad esclusione molecolare: principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati.Cozzi, Protti, Ruaro Cap. 14 
17*Cromatografia a scambio ionico: principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati. Cozzi, Protti, Ruaro Cap. 14 
18Cromatografia di affinità: principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati. Cozzi, Protti, Ruaro Cap. 14. Dispense fornite dal docente. 
19*Gascromatografia. Il gascromatografo. Gascromatografia di adsorbimento (GSC) e di ripartizione (GLC). Colonne capillari e impaccate. Gas di trasporto.Diapositive lezioni. 
20Fasi stazionarie solide e liquide. Criteri per la scelta della fase stazionaria. Rivelatori in gascromatografia.Diapositive lezioni. 
21*Interfacciamento GC/MS e HPLC/MS.Diapositive lezioni. 


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

L'esame di profitto consiste in una prova orale svolta mediante un colloquio fra lo studente e la commissione esaminatrice teso ad accertare il grado di apprendimento e comprensione degli argomenti contenuti nel programma del corso. In particolare, sarà valutata la pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, la qualità dei contenuti, la capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma, la capacità di riportare esempi, la proprietà di linguaggio tecnico e la capacità espressiva complessiva dello studente.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Le domande di esame vertono su tutti gli argomenti trattati nelle lezioni.




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