1014211 - CHIMICA ANALITICA II E LABORATORIO M - Z

Il corso è mirato a fornire le basi teoriche delle tecniche di analisi strumentale. Le conoscenze acquisite dovranno consentire di valutare le potenzialità, i vantaggi ed i limiti delle metodologie trattate con particolare riferimento alle tecniche spettroscopiche ed elettrochimiche.

In particolare, gli studenti dovranno acquisire le seguenti capacità:

Conoscenze e capacità di comprensione nel settore della chimica analitica strumentale con particolare riferimento alle tecniche spettroscopiche ed elettrochimiche, all'elaborazione statistica dei dati sperimentali e alla presentazione dei risultati.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione acquisite nell'ambito della chimica analitica strumentale al fine di affrontare e risolvere  tutte le problematiche relative agli argomenti trattati.

Autonomia di giudizio e sviluppo dell'apprendimento critico perseguito attraverso la interazione tra il docente e gli studenti in virtù delle esperienze svolte durante il laboratorio didattico.

Abilità comunicative basate sulla capacità di comunicare con proprietà di linguaggio le conoscenze acquisite, esponendo in modo chiaro e comprensibile informazioni ed idee.

Capacità di apprendimento permanente necessarie ad intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

 Il corso di insegnamento si articola in lezioni frontali ed ore di laboratorio. Durante le lezioni verranno fornite le informazioni necessarie per permettere la esecuzione e la comprensione delle esperienze di laboratorio, con valutazione critica ed elaborazione dei dati sperimentali e presentazione dei risultati.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Conoscenza dei concetti fondamentali della Chimica Generale, Chimica Organica, Fisica, Matematica e Chimica Analitica I.

Obbligatoria come precisato nel Regolamento didattico del corso di laurea e nel Regolamento didattico di Ateneo (art. 24). Tali regolamenti prevedono anche i casi per i quali possa essere riconosciuta una dispensa totale o parziale dall’obbligo.

1. Spettroscopia
Radiazione elettromagnetica: natura ondulatoria, natura corpuscolare, effetto fotoelettrico e diffrazione, principio di Heisenberg. Descrizione matematica di un’onda, sovrapposizione di onde. Spettro elettromagnetico. Radiazione visibile: caratteristiche dell’occhio. Rifrazione, indice di rifrazione, legge di Snell, riflessione interna totale. Interazione radiazione materia: riflessione, trasmissione/assorbimento, diffusione (Rayleigh, Mie, Raman). Polarizzazione delle radiazioni. Assorbimento ed emissione delle radiazioni. Assorbimento atomico, numeri quantici,momento angolare totale, accoppiamento jj e Russel-Saunders, termini spettroscopici, regole di selezione. Assorbimento molecolare. Moti vibrazionali e rotazionali. Fluorescenza, fosforescenza e fluorescenza ritardata.Diagrammi di Jablonski. Rilassamenti radiativi e non radiativi.

2. Spettroscopia UV-vis
Caratteristiche generali. Trasmittanza, assorbanza, Legge di Beer, sua derivazione. Additività dell’assorbanza. Limitazioni della legge di Beer: limitazioni reali, deviazioni chimiche, deviazioni strumentali. Fotometro e spettrofotometro. Spettrofotometro a raggio singolo, Spettrofotometro a doppio raggio: nello spazio, nel tempo. Sorgenti: a spettro continuo (Tungsteno, deuterio, xenon), a righe (Hg). Selettori di lunghezza d’onda: filtri ad interferenza, monocromatori: a prisma, a reticolo (a gradinata: dispersione angolare, potere risolvente). Trasduttori: detettività e responsività, celle fotovoltaiche, fotocatodi, tubi fotomoltiplicatori, serie di diodi, ad iniezione di carica, a carica accoppiata.

3. Spettroscopia infrarossa

Caratteristiche generali. Oscillatore armonico ed anarmonico, momento dipolare di transizione, moti rotazionali e spettri roto-vibrazionali. Modi vibrazionali molecolari. Principali segnali IR: zona gruppi funzionali, zona fingerprint. Spettrofotometri a dispersione. Spettrofotometri in trasformata di Fourier: Dominio del tempo e dominio delle frequenze, trasformata di Fourier, Interferometro di Michelson. Sorgenti: Globar, Nernst, Tungsteno, Arco di mercurio, Laser. Rivelatori: fotodiodi (fotovoltaici e fotoconduttori), piroelettrici. Caratteristiche spettro IR ed interferenze. Celle per analisi di gas e liquidi. Analisi di solidi. Riflettanza diffusa. Riflettanza totale attenuata. Microscopia. Analisi da remoto.

4. Spettroscopia Raman
Caratteristiche generali. Effetto Raman. Polarizzabilità. Confronto con spettroscopia IR. Intensità segnale Raman. Rapporto di depolarizzazione. Resonance-enhanced Raman Scattering. Surface enhanced Raman Scattering. Componenti strumentali: Sorgenti. Spettrometro dispersivo ed in trasformata di Fourier. Microscopia Raman.

5. Metodi elettrochimici
Caratteristiche generali. Cella galvanica. Potenziale elettrodico. Equazione di Nernst. Cella elettrolitica. Potenziale di giunzione, ponte salino. Doppio strato elettrico. Metodi elettroanalitici. Potenziale ohmico. Polarizzazione dell’elettrodo: concentrazione, reazione, adsorbimento, desorbimento, cristallizzazione, trasferimento di carica, trasporto di massa ed equazione di Nernst-Planck, legge di Fick. Potenziometria. Elettrodi di riferimento: standard ad idrogeno, calomelano, Ag/AgCl. Elettrodi indicatori: prima, seconda e terza specie, redox, a membrana. Elettrodo a vetro: cosè il vetro, potenziale di interfase, potenziale di asimmetria, calibrazione, errore alcalino ed acido. Elettrodo a vetro combinato. Potenziometro, errore di carico, inseguitori di tensione. 

6. Fluorescenza di Raggi X (XRF)
Principi fondamentali, l’emissione di raggi X, radiazione continua e caratteristica, legge di Moseley, resa di fluorescenza e processi competitivi, regole di selezione, notazione di Siegbahn e notazione IUPAC. Interazione dei raggi X con la materia. Attenuazione dei raggi X. Assorbimento dei raggi X. Componenti strumentali: a) filtri e monocromatori, b) sorgenti di raggi X: tubo a raggi X, tubo ad anodo rotante, sorgenti a radioisotopi, luce di sincrotrone, c) rivelatori: a riempimento gassoso, a scintillazione, in stato solido, d) selettore di ampiezza degli impulsi. Spettroscopia di fluorescenza di raggi X a dispersione di energia (EDXRF). Spettroscopia di fluorescenza di raggi X a dispersione di lunghezza d’onda (WDXRF). Cenni: scanning electron microscope EDS/WDS, Particle induced xray emission (PIXE), Total reflection XRF (TR-XRF). Analisi quantitativa: Effetti matrice e loro correzione, correzione ZAF. Esempi di applicazione dei metodi analitici basati sulla fluorescenza di raggi X.

7. Laser
Proprietà radiazioni Laser. Emissione spontanea e stimolata. Popolazione degli stati ed inversione della popolazione. Cavità risonante.Laser in stato solido: Laser al Rubino, Laser Nd:YAG. Laser gassosi: Laser He-Ne, Laser Ar+, Laser ad eccimeri. Laser a coloranti.

8. Statistica delle misure ripetute

Errore assoluto e relativo. Tipi di errori. Accuratezza e precisione. Statistica descrittiva: Istogrammi, Parametri di posizione, media , moda, mediana, quartili. Parametri di dispersione: varianza, deviazione standard, errore standard, deviazione standard relativa, campo di variazione, scarto interquartile. Distribuzioni di probabilità. Distribuzione Normale, Distribuzione Normale standardizzata, Distribuzione di Student, Distribuzione del χ2, Distribuzione di Fisher-Snedecor. Inferenza Statistica. Teoria delle stime, Distribuzione media campionaria, distribuzione varianza campionaria. Teorema del limite centrale. Intervallo di confidenza per la media e per la varianza e per la differenza tra due medie. Test di verifica di ipotesi. Correlazione tra variabili, covarianza, coefficiente di correlazione. Regressione lineare: metodo dei minimi quadrati, deviazione standard della regressione, della pendenza, dell’intercetta e dei valori dedotti dalla retta, bontà dell’adattamento, coefficiente di determinazione. Effetto matrice, recupero, metodo delle aggiunte standard. Sensibilità. Limite di rivelazione e di quantificazione.

Esperienze di laboratorio:
Costruzione di un fotometro per misure di assorbanza:
Circuiti stampati. Simboli per componenti elettronici. Legge di Ohm, legge di Kirchhoff, partitore di tensione e partitore di corrente. Resistenze e relative convenzioni. Semiconduttori intrinseci ed  estrinseci, droganti p ed n. Diodi: polarizzazione diretta ed inversa. Light emitting diode(LED). Fotoresistenze. Amplificatori operazionali: dispositivi a comparazione, inseguitori di tensione, amplificatori operazionali invertenti.
Determinazione spettrofotometrica del ferro mediante 1,10 fenantrolina
Titolazioni potenziometriche di: Acido fosforico. Determinazione del contenuto di acido fosforico nella Coca-cola per via potenziometrica.

-Appunti di lezione.

-Skoog, Leary, “Chimica Analitica Strumentale”, Edises.

-Skoog, Holler, Nieman , "PRINCIPLES OF INSTRUMENTAL ANALYSIS" , Brooks Cole.

-Maria Garetto, "STATISTICA Lezioni ed esercizi". QUADERNI DIDATTICI del Dipartimento di Matematica. Università di Torino.

Dispense, presentazioni in pdf, e altro materiale fornito dal docente. Il materiale verrà reso disponibile tramite la piattaforma Studium.

Esame finale: Colloquio orale e valutazione delle relazioni scritte relative alle esperienze di laboratorio.

Il colloquio orale mirerà ad accertare il livello di conoscenza acquisito dallo studente sugli argomenti affrontati durante le lezioni frontali, l'appropriatezza del linguaggio scientifico ed il senso critico in merito a considerazioni e problematiche di carattere applicativo.

Relazioni di laboratorio: lo studente dovrà fornire un elaborato scritto contenente l'obiettivo delle esperienze, le procedure sperimentali seguite, i risultati ottenuti e la loro rielaborazione e valutazione critica.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Proprietà della radiazione elettromagnetica

Fenomeni ondulatori e fenomeni corpuscolari

Analogie e differenze tra Spettroscopia IR e Raman

Differente origine del potenziale in elettrodi metallici e a membrana

Fluorescenza e Assorbimento di raggi X e processi competitivi

Laser a tre e a quattro livelli e laser sintonizzabili

Gli amplificatori operazionali nell'errore di carico