CHIMICA ANALITICA STRUMENTALE E LABORATORIO - MOD.1

L’insegnamento di Chimica Analitica Strumentale si inserisce tra le attività formative caratterizzanti del corso di laurea triennale di Chimica e Tecnologie Sostenibili, volte a fornire allo studente la preparazione adeguata per affrontare un problema chimico nelle sue varie articolazioni e con l'uso appropriato del linguaggio tecnico-scientifico corrente.

L'insegnamento si articola in due moduli (definiti Modulo 1 e Modulo 2), ciascuno di essi suddiviso in lezioni di teoria e esercitazioni di laboratorio. Entrambi i moduli hanno obiettivi formativi comuni di seguito enumerati:

1. Fornire conoscenze dei principi generali su cui si basano le tecniche analitiche strumentali più comunemente impiegate nei laboratori di analisi chimica.
2. Fornire le conoscenze sul funzionamento della strumentazione e sulla modalità di lettura dei responsi ottenuti dai diversi tipi di strumenti e la loro correlazione con gli aspetti teorici trattati.
3. Sviluppare senso critico che consenta agli studenti di valutare le potenzialità, i vantaggi e i limiti delle diverse tecniche analitiche strumentali studiate.
4. Introdurre gli studente alla consapevole valutazione del ruolo dei metodi analitici strumentali nello specifico settore del controllo di qualità.
5. Sviluppare capacità nella valutazione e attendibilità di un dato analitico.
6. Sviluppare manualità, dimestichezza e autonomia nell’affrontare problemi analitici strumentali sperimentali, sia da soli sia in piccoli gruppi di lavoro.
7. Sviluppare abilità di applicare un approccio sperimentale adeguato all'indagine scientifica.
8. Sviluppare abilità nella raccolta, organizzazione e elaborazione dei dati sperimentale e presentarli mediante una relazione scritta stilata in un linguaggio scientifico contestuale.
9. Sviluppare la capacità di interpretare e valutare criticamente i risultati sperimentali in accordo con i principi teorici che sono alla base delle tecniche impiegate.

I risultati attesi sono definiti in funzione dei diversi contenuti dei due moduli in cui si articola l'insegnamento di Chimica Analitica Strumentale.

Risultati di apprendimenti attesi per il modulo 1:

1. Conoscenza e comprensione
A) Conoscenza e comprensione dei principi fondamentali delle tecniche analitiche spettroscopiche ed elettrochimiche, delle leggi su cui si basano e delle equazioni che le esprimono.
B) Conoscenza e comprensione degli elementi che compongono gli strumenti con i quali si realizzano le tecniche analitiche spettroscopiche e elettrochimiche.
C) Conoscere le principali caratteristiche del processo di acquisizione e di elaborazione dei dati sperimentali in particolare riguardo la strumentazione di spettroscopia e elettrochimica.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
A) Capacità di utilizzare le leggi e i concetti appresi per la scelta delle tecniche analitiche strumentali per la risoluzione di un problema analitico.
B) Capacità di comprensione degli aspetti strumentali e il loro collegamento con la base teorica di un metodo analitico strumentale.
C) Capacità di raccogliere i dati sperimentali (da soli e/o in gruppo) e elaborare i risultati in modo consistente nei risultati finali, da rendere esplicita mediante scrittura di una relazione scientifica.
D) Capacità di comprensione degli aspetti strumentali e il loro collegamento con la base teorica di un metodo analitico strumentale.

3. Capacità di giudizio
A) Capacità di esprimere un giudizio sull'applicazione di una determinata tecnica in uno specifico contesto.
B) Capacità di eseguire una valutazione critica dei risultati sperimentali riconoscendo eventuali errori e quindi proporre metodi alternativi.
C) Capacità di valutare la consistenza logica di funzionamento degli strumenti.
D) Capacità di riconoscere eventuali errori tramite un’analisi critica del metodo applicato.

4. Abilità comunicative
A) Comunicare le conoscenze apprese e il risultato della loro applicazione utilizzando un linguaggio appropriato, sia in ambito orale sia scritto.
B) Sviluppare l'abilità di lavorare in gruppo, interagendo con i compagni in modo rispettoso e costruttivo, assumendo con responsabilità il proprio ruolo nel team e rispettando pienamente tutte le norme di sicurezza e prevenzione vigenti in laboratorio chimico.

Avere raggiunto gli obiettivi formativi di: istituzioni di matematica con esercitazioni – 1 e 2, Fisica 2, Chimica analitica, Chimica generale e inorganica, possibilmente (ma non necessariamente) avendo superato l’esame di tali insegnamenti.

Per il raggiungimento degli obiettivi formativi e dei risultati di apprendimento attesi, i contenuti sviluppati nel modulo 1 sono:

1. Introduzione generale ai metodi analitici strumentali. Principi di amplificazione e misura dei segnali. Segnale e rumore. Limite di rivelabilità. Standardizzazione, calibrazione, intervallo dinamico, sensibilità e selettività.
2. Introduzione ai metodi spettrofotometrici. Richiamo delle nozioni di radiazione elettromagnetica. Aspetti quantitativi delle misure spettroscopiche. Strumentazione per la spettroscopia ottica.
3. Introduzione alla spettroscopia atomica. Spettroscopia di assorbimento, emissione e fluorescenza atomica. Tecniche di atomizzazione del campione.
4. Spettroscopia molecolare: Introduzione alla spettrofotometria di assorbimento molecolare nell'ultravioletto e nel visibile. Componenti della strumentazione. Applicazione della spettroscopia molecolare UV-vis. Analisi quantitativa.
5. Introduzione alla chimica elettroanalitica. Richiamo dei fondamenti di elettrochimica: celle elettrochimiche, potenziale di cella, legge di Nernst. Tipi di metodi elettrochimici di analisi.
6. Tecniche analitiche potenziometriche: principi generali; elettrodi indicatori metallici, a membrana, ionoselettivi e enzimatici; elettrodi di riferimento. Strumenti per la misura del potenziale di cella.
7. Voltammetria: principi generali. Segnali di eccitazione e strumentazione. Cronoamperometria - equazione di Cottrell. Voltammetria ciclica - equazione di Randles-Sevcik. Applicazioni della voltammetria.

Esercitazioni di laboratorio:

1. Esperienze di spettroscopia atomica: Spettroscopia di emissione atomica con plasma alle microonde.
- parte a) introduzione all'utilizzo della strumentazione. Calibrazione dello strumento. Costruzione di una retta di taratura. Scelta della lunghezza d'onda.
- parte b) analisi quantitativa: determinazione di analitici di interesse ambientale o industriale in differenti in matrici con il metodo della retta di taratura.

2. Esperienze di spettroscopia molecolare UV-vis:
Parte a) analisi qualitativa degli spettri di assorbimento di sostanze colorate in soluzione acquosa. Analizzare lo spettro di assorbimento molecolare nel visibile di alcune sostanze colorate in soluzione acquosa (KMnO4 in ambiente acido (H2SO4) e blu di bromotimolo in ambiente acido, neutro e basico) e correlare il colore corrispondente all'intervallo di lunghezze d’onda di massimo assorbimento con il colore (complementare) osservato dall'occhio umano.
Parte b) determinazione quantitativa dell'azoto nitroso (N-NO2) contenuto in campioni d’acqua mediante spettrofotometria di assorbimento UV-Vis impiegando il reattivo di Griess e il metodo della retta di taratura per la quantificazione.

3. Esperienze di elettrochimica:
Parte a) potenziometria: preparazione ed impiego analitico di elettrodi di prima e di seconda specie (Ag/Ag+ e Ag/AgCl). Misura del potenziale di cella e verifica della sua variazione in funzione della concentrazione di ioni argento e di cloruro.
Parte b) voltammetria ciclica: studio del comportamento voltammetrico dello ione ferricianuto su elettrodi di carbone vetroso (GC), verifica del controllo diffusivo del segnale, applicazione della voltammetria ciclica per determinare quantitativamente la concentrazione di ferricianuro in un campione incognito.

In tutti gli argomenti svolti e nelle attività di laboratorio sarà dato enfasi agli aspetti di costo economico e ambientale relativi all'applicazione delle tecniche analitiche strumentale studiate. La scelta delle tecniche analitiche e lo sviluppo di nuovi metodi dovrà tenere presente aspetti di sostenibilità.

Come supporto allo studio, sono accettabili i vari testi di Chimica analitica strumentale a livello universitario. Comunque si suggerisce uno dei seguenti testi:

- Skoog D.A., West D.M., Holler F.J., Crough S.R., Fondamenti di Chimica Analitica, EdiSES, Napoli, III ed. (2015), op. II Ed.(2005).
- Skoog D.A., Holler F.J., Crouch S.R., Chimica Analitica Strumentale, EdiSES, Napoli, 2009.
- Skoog D.A. , Leary J.J, Chimica Analitica Strumentale, EdiSES, Napoli, 2000.
- Harris D.C., Chimica Analitica Quantitativa, seconda edizione, Zanichelli, Bologna, 2005.
- Rubinson K.A., Rubinson J.F., Chimica Analitica Strumentale, Zanichelli, Bologna, 2002.


Per le esercitazioni i docenti forniranno dispense con le informazioni necessarie per la realizzazione di ogni esperienza e elaborazione del report corrispondente.

La verifica dell'apprendimento relativa alla parte teorica dell'insegnamento di Chimica analitica strumentale, modulo 1, si effettua tramite un esame scritto. L'esame consiste in una serie di domande aperte che riguardano gli aspetti teorici e applicativi delle diverse tecniche analitiche trattate nelle lezioni. Le domande proposte sono di diversi livelli: comprensione, applicazione, analisi, sintesi e valutazione critica.

La verifica dell'apprendimento relativa alle attività di Laboratorio si effettua tramite la valutazione dei report scritti su ognuna delle esperienze condotte in laboratorio. Si valuterà la coerenza scientifica nel riportare gli obiettivi e i dati ottenuti sperimentalmente, l’uso proprio delle unità di misura e delle cifre significative, la capacità di elaborare i dati seguendo i metodi standard di quantificazione (ad esempio la costruzione di rette di calibrazione, utilizzo del metodo dell’aggiunta standard e dello standard interno), l’impiego di metodi statistici semplici per stabilire la significatività del dato analitico.
Alla fine della serie di esperienze sarà condotto un test scritto, individuale, per stabilire il grado di comprensione delle operazioni sperimentali eseguite in laboratorio.
Per la valutazione della parte di laboratorio, si richiede la realizzazione di almeno il 80% delle attivitàprogrammate. Sono previste opportune sessioni aggiuntive di laboratorio per consentire eventuali recuperi.
Il voto finale dei report sarà la media aritmetica dei report di ogni singola esperienza.
Il voto di laboratorio complessivo sarà la media aritmetica del voto medio acquisito nei report e nel test individuale.

Il voto finale dell'insegnamento di Chimica Analitica Strumentale è composto dalla media aritmetica tra:
- voto dell'esame scritto del Modulo 1;
- voto dell'esame orale del Modulo 2 (la modalità di svolgimento è descritta nel relativo Syllabus);
- voto di laboratorio.

La diversa modalità di verifica dell’apprendimento riguardante la parte teorica dei due moduli di questo insegnamento, cioè scritta per il Modulo 1 e orale per il Modulo 2, è coerente con uno dei risultati attesi relativo allo sviluppo di abilità comunicative sia in forma scritta che orale.

L'insegnamento si svolgerà attraverso lezioni frontali in cui i fondamenti teorici riguardanti le tecniche analitiche strumentali spettroscopiche e elettrochimiche saranno presentati e discussi.

Le attività di laboratorio si svolgono attraverso esperienze da eseguire in laboratorio in gruppi da 3 o 4 studenti. La dispensa fornita dai docenti contiene le indicazioni necessarie per la realizzazione delle esperienze, cioè obiettivi, materiale e strumenti, raccolta e elaborazione dei dati e conclusioni. Sono fornite indicazioni sull'elaborazione del report di gruppo da presentare la settimana successiva alla realizzazione della esperienza. All'inizio di ogni attività il docente fa un breve riassunto del lavoro illustrando il collegamento tra la parte sperimentale e i suoi fondamenti teorici. Si daranno informazioni sull’eventuale criticità di esecuzione di alcune operazioni pratiche, sull’uso appropriato dei materiali, anche in relazione alla sicurezza e tossicità dei reagenti chimici impiegati.

Italiano

Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento: Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato
accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it

LA STRUTTURA E I CONTENUTI DELL'INSEGNAMENTO POTRANNO SUBIRE VARIAZIONI IN CONSEGUENZA DELL'EPIDEMIA DI COVID-19.

scritto

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale naturale e qualità dell'ambiente" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile