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TECNICHE DI ANALISI INORGANICHE: TEORIA ED APPLICAZIONI

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Techniques of Inorganic Analysis: Theory and Applications

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Anno accademico 2020/2021

Codice attività didattica
MFN0261B
Docente
Prof. Mery Malandrino (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Magistrale in Chimica dell'Ambiente D.M. 270 (1° anno)
Anno
1° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
5
SSD attività didattica
CHIM/01 - chimica analitica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Tipologia unità didattica
modulo
Corso integrato
ANALISI INORGANICA E ELETTROCHIMICA CON LABORATORIO (MFN0261)
Prerequisiti

Fondamenti di termodinamica e cinetica chimica. Significato dei potenziali redox e fondamenti delle misure elettrochimiche. Nozioni di base di matematica. Chimica Analitica Strumentale.

Fundamentals of thermodynamics and chemical kinetics. Meaning of redox potentials and basics of electrochemical measurements. Basics of mathematics. Instrumental Analytical Chemistry
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

L'insegnamento, articolato in lezioni teoriche, esercitazioni pratiche ed attività di laboratorio, si pone un duplice obiettivo: fornire le conoscenze e formare le capacità di scelta tra tecniche di analisi strumentali sofisticate applicate per la determinazione di componenti inorganici, fino a livello di ultratraccia, in matrici complesse (es. aria, acqua, suolo), tra cui spettrometria di massa atomica, metodi elettroanalitici classici e sensori avanzati.

 

The teaching, consisting of lectures, practical exercises and laboratory activities, has two objectives: to provide the knowledge and train the ability to choose between sophisticated instrumental analysis techniques applied to the determination of inorganic components, up to the level of ultratrace in complex matrixes (e.g. air, water, soil).

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Risultati dell'apprendimento attesi

Al termine dell'insegnamento, gli studenti dovranno padroneggiare le più importanti tecniche elettrochimiche e di analisi inorganica, saper scegliere criticamente le tecniche più opportune per la risoluzione di problemi analitici ed applicarle in autonomia, ampliare la manualità di laboratorio e le capacità interpretative, ponendo particolare attenzione alle applicazioni ambientali.

At the end of the teaching students will have to demonstrate to have a good command of the most important inorganic analysis and electrochemical techniques, criticism knowledge about how to choose the most appropriate techniques to solve analytical problems and apply them in autonomy, increased manual and interpretive skills in laboratory, paying a special attention to environmental applications.

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Programma

Modulo 1. Tecniche di Analisi Inorganiche: Teoria ed Applicazioni

-        Trattamento e preparazione del campione mediante procedure di attacco per via umida. Modalità di esecuzione di analisi a livello di traccia ed ultratraccia; problemi di contaminazione e metodi per eliminarli. Tecniche di frazionamento (ad es. Tessier e BCR).

-        Metodi di spettrometria di massa atomica: : spettrometria di massa con sorgente a plasma accoppiato induttivamente, ICP-MS (principi ed applicazioni; analizzatore a quadrupolo e ad alta risoluzione; interferenze spettrali e di matrice; accoppiamenti con LA-, GC-, LC-).

-        Metodi chemiometrici: generalità e finalità. Pretrattamento dei dati: dati mancanti, trasformazione delle variabili, scalatura dei dati. Metodi chemiometrici di visualizzazione: Analisi dei Componenti Principali (PCA), Analisi a Cluster (CA), Analisi dei Fattori (FA).

Modulo 3. Tecniche Elettroanalitiche: Teoria ed Applicazioni

-        Breve introduzione sui fondamenti dell'elettroanalisi.

-        Criteri di scelta delle condizioni operative e modalità pratiche di esecuzione di analisi voltammetriche; applicazioni a sistemi reali (campioni di interesse ambientale ed altri).

-        Sensori: caratteristiche generali. Sensori potenziometrici (es. ISE, ISFET); sensori voltammetrici (es. elettrodi modificati, sensori per gas); sensori conduttimetrici e nasi elettronici; sensori piezoelettrici (es. microbilancia al quarzo); sensori termici (es. catalitici); biosensori. Caratteristiche strutturali (es. screen printed; a semiconduttori).

-        Utilizzo di sensori in sistemi in flusso. Applicazioni dei sensori nella quotidianità (es. rilevazione di gas e di fumi). Sistemi lab-on-a-chip.

Module 1. Techniques of Inorganic Analysis: Theory and Applications

-        Sample treatment and preparation by procedures of wet digestion. Procedures for analysis at trace and ultra-trace levels; problems of contamination and methods for its removal. Fractionation techniques (e.g. Tessier and BCR).

-        Atomic mass spectrometry: mass spectrometry with inductively coupled plasma source, ICP-MS (principles and applications; quadrupole and high resolution analyzers; spectral and matrix interferences; hyphenation with LA-, GC-, LC-).

-        Chemometrics: generality and finality. Pretreatment of data: missing data, transformation of the variables, data scaling. Unsupervised chemometric methods: Principal Component Analysis (PCA), Cluster Analysis (CA), Factor Analysis (FA). 

Module 3. Electroanalytical Techniques: Theory and Applications

-        Short introduction on the fundamentals of electroanalysis. 

-        Choice of operating conditions and practical procedures for performing voltammetric analyses; application to real systems (environmental samples and other samples).

-        Sensors: general properties. Potentiometric sensors (e.g. ISE, ISFET); voltammetric sensors (e.g. modified electrodes; gas sensors); conductimetric sensors and electronic noses; piezoelectric sensors (e.g. quartz crystal microbalance); thermal sensors (e.g. catalytic sensors). Biosensors. Structural characteristics (e.g. screen printed, semiconductor-base sensors).

-        Use of sensors in flow systems. Applications of sensors in everyday life (e.g. gas and smoke detection). Lab-on-a-chip systems.

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Modalità di insegnamento

La presenza alle lezioni frontali è facoltativa mentre al laboratorio ed alle esercitazioni è obbligatoria.

Attendance at lectures is optional; it is compulsory during laboratory and exercises.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova orale relativa agli argomenti trattati nei tre moduli. Valutazione in trentesimi.

Gli studenti sono tenuti a preparare una presentazione orale relativa ad una esperienza di laboratorio afferente al modulo 1 o 3 per accedere all'esame. Tale relazione è redatta in gruppi di 3-5 persone.

Ciascun modulo richiede una valutazione delle conoscenze acquisite dallo studente e fa riferimento ad uno specifico docente. Le domande sono principalmente mirate a verificare la comprensione delle basi teoriche chimico-analitiche delle diverse tecniche e della loro applicabilità a contesti differenti e la capacità di trattare i dati in modo adeguato e critico allo scopo di raggiungere il risultato prefissosi. Per ciascun modulo sono previste 2-3 domande che possono essere sia di carattere teorico che pragmatico (risoluzione di problemi e/o casi reali).

Parametri di valutazione generali: comprensione delle basi chimico-analitiche delle diverse tecniche, capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell'esposizione; competenza nell'impiego del lessico specialistico.

Oral examination on the topics explained in the three modules. Evaluation: from 18 (sufficient) to 30/30 (excellent) or 30/30 cum laude (outstanding).

Students are required to prepare a oral presentation related to the laboratory activity regarding to Module 1 or 3 to access the exam. This report is prepared in groups of 3-5 people.

Each module requires an assessment of the knowledge acquired by the student and refers to a specific teacher. The questions are mainly aimed at verifying the understanding of the chemical-analytical theoretical bases of the different techniques and their applicability in different contexts and the ability to treat the data adequately and critically in order to achieve a correct interpretation of the results obtained. For each module there are 2-3 questions that can be both theoretical and pragmatic (for example resolution of problems and / or real cases).

General evaluation parameters: understanding the chemical-analytical bases of the different techniques, ability to discourse knowledge; critical thinking skills on the study; exposure quality; competence in the use of the specialized vocabulary.

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Testi consigliati e bibliografia

I testi base consigliati sono:

Modulo 1

D.A. Skoog, F.J. Holler, S.R. Crouch, "Chimica Analitica Strumentale", Edises, Napoli.

A. Montaser, "Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry" Wiley-VCH, New York.

J. Einax; H.W. Zwanziger; J.W. Einax; S. Geiβ; S. Geiss, "Chemometrics in Environmental Analysis" Vch Verlagsgesellschaft Mbh, Weinheim, Germany.

Modulo 3

D.A. Skoog, F.J. Holler, S.R. Crouch, "Chimica Analitica Strumentale", Edises, Napoli.

D.Diamond, "Chemical and Biological Sensors" Wiley, New York.

J. Wang, "Analytical Electrochemistry", Wiley, New York.

F.G. Thomas, G. Henze, "Introduction to Voltammetric Analysis", CSIRO Publishing, Collingwood (Australia).

Infine sono di seguito indicati siti internet di interesse:

http://www3.interscience.wiley.com/journal/26571/home. E' il sito di "Electroanalysis", una delle riviste scientifiche più prestigiose nel campo della chimica elettroanalitica
http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/504104/description#description. E' il sito della rivista "Sensors and Actuators. B. Chemistry

http://lem.ch.unito.it/chemistry/esp_manual.html É il link del simulatore elettrochimico.

http://www.liv.ac.uk/chemistry/links/links.html É il sito dell'Università di Liverpool in cui sono riportate molti collegamenti a siti che trattano le tecniche affrontate nel corso.

Recommended basic texts are:

Module 1

D.A. Skoog, F.J. Holler, S.R. Crouch, "Chimica Analitica Strumentale", Edises, Napoli.

A. Montaser, "Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry" Wiley-VCH, New York.

J. Einax; H.W. Zwanziger; J.W. Einax; S. Geiβ; S. Geiss, "Chemometrics in Environmental Analysis" Vch Verlagsgesellschaft Mbh, Weinheim, Germany.

Module 3

D.A. Skoog, F.J. Holler, S.R. Crouch, Chimica Analitica Strumentale, Edises, Napoli.

D.Diamond, "Chemical and Biological Sensors" Wiley, New York.

J. Wang, "Analytical Electrochemistry", Wiley, New York.

F.G. Thomas, G. Henze, "Introduction to Voltammetric Analysis", CSIRO Publishing, Collingwood (Australia).

 

Indeed interesting internet sites to look for in-depth study are:

http://www3.interscience.wiley.com/journal/26571/home. It is the site of "Electroanalysis", one of the most prestigious journals in the field of electroanalysis http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/504104/description#description. It is the site of the journal "Sensors and Actuators. B. Chemistry"

http://lem.ch.unito.it/chemistry/esp_manual.html. It is the link to the electrochemical simulator

http://www.liv.ac.uk/chemistry/links/links.html. It is the site of the University of Liverpool, which reports several links to sites dealing with the techniques treated in the course

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Note

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.

The methods of carrying out the teaching activity may vary according to the limitations imposed by the current health crisis. In any case, the remote mode is guaranteed for the entire academic year.

Registrazione
  • Aperta
    Apertura registrazione
    01/03/2020 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    31/12/2022 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 22/06/2020 13:06
    Location: https://chimicaambiente.campusnet.unito.it/robots.html
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