CHIMICA ANALITICA GENERALE E STRUMENTALE - MOD. 2

L'insegnamento Chimica Analitica Generale e Strumentale si inserisce tra le attività formative caratterizzanti del corso di laurea in Chimica e Tecnologie Sostenibili, indirizzo di Scienze e Tecnologie dei Bio e Nanomateriali, volte a fornire agli studenti conoscenze e comprensione dei principali metodi e tecniche di indagine scientifica per lo studio e la caratterizzazione di materiali avanzati, impiegando in modo appropriato le metodiche di trattamento dei dati sperimentali ed il linguaggio tecnico-scientifico corrente.
L'insegnamento si articola in due moduli (definiti come Modulo 1 e Modulo 2), entrambi con lezioni teoriche ed esercitazioni di laboratorio. Gli obiettivi formativi dell'insegnamento includono:
1. Conoscere e comprendere i principi generali su cui si basano i metodi analitici classici e strumentali più comunemente impiegati nell'analisi, nella caratterizzazione di materiali avanzati e nanostrutturati, anche caratterizzati da componenti biologiche, “bionanomateriali”.
2. Sviluppare abilità e competenze per individuare ed applicare le più comuni tecniche analitiche classiche e strumentali all'indagine e caratterizzazione dei materiali nanomateriali in oggetto, nonché per interpretare i dati sperimentali raccolti.
3. 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.
4. Sviluppare senso critico che consenta agli studenti di valutare le potenzialità, i vantaggi ed i limiti delle diverse tecniche analitiche studiate.
5. Sviluppare capacità nella valutazione ed attendibilità di un dato analitico.

Gli obiettivi formativi specifici del modulo 2 dell’insegnamento sono:
1. Fornire agli studenti conoscenze dei principi teorici delle tecniche analitiche strumentali che si basano su metodologie spettroscopiche, elettrochimiche, e cromatografiche, più comunemente impiegate nello studio della Scienza e Tecnologia dei Materiali.
2. Capacità di valutare le tecniche analitiche di tipo invasivo e/o non invasivo più adatte all'applicazione nello studio dei bio e nanomateriali.
3. Sviluppare manualità, dimestichezza e autonomia nell’affrontare sperimentalmente problemi analitici strumentali, sia da soli sia in piccoli gruppi di lavoro.
4. Sviluppare competenze per progettare un approccio sperimentale adeguato all'indagine scientifica e all'utilizzo della strumentazione analitica.
5. Sviluppare abilità nella raccolta, organizzazione ed elaborazione dei dati sperimentale per presentarli mediante una relazione stilata in un linguaggio scientifico adatto.
6. Sviluppare la competenza per interpretare e valutare criticamente i risultati sperimentali in accordo con i principi teorici che sono alla base delle tecniche impiegate.

Risultati di apprendimento attesi relativi al modulo 2:

1. Conoscenza e comprensione
(a) Conoscere i principi fondamentali delle tecniche analitiche basate su spettroscopia, elettrochimica e cromatografia, le leggi su cui si basano e le equazioni che le esprimono.
(b) Conoscenza e comprensione degli elementi che compongono gli strumenti con i quali si realizzano le analisi spettroscopiche, elettrochimiche e chromatografiche.
(c) Conoscere le principali caratteristiche del processo di acquisizione e di elaborazione dei dati sperimentali.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
(a) Capacità di comprensione degli aspetti strumentali e il loro collegamento con la base teorica di un metodo analitico strumentale.
(b) Capacità di utilizzare le leggi e i concetti appresi nel corso teorico per l'applicazione delle tecniche analitiche strumentali nella risoluzione di un problema analitico nel campo della Scienza e Tecnologia dei Materiali.
(c) Capacità di raccogliere i dati sperimentali (da soli e/o in gruppo) ed elaborarli in modo consistente nei risultati finali, resi espliciti mediante la redazione di una relazione scientifica.

3. Capacità di giudizio
(a) Capacità di confrontare le diverse tecniche analitiche disponibili per la scelta di quella più opportuna per la soluzione di un problema specifico.
(b) Capacità di eseguire una valutazione critica dei risultati sperimentali, riconoscendo eventuali errori e proponendo metodi alternativi.
(c) Capacità di valutare la consistenza logica di funzionamento degli strumenti.
4. Abilità comunicative
(a) Comunicare le conoscenze apprese ed 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.

Avere raggiunto gli obiettivi formativi di chimica generale ed inorganica, istituzioni di matematica, fisica, e possibilmente (ma non necessariamente) avendo superato gli esami di tali insegnamenti.

In relazione agli obiettivi formativi ed ai risultati di apprendimento attesi, l'insegnamento Chimica Analitica Generale e Strumentale – Mod. 2 è articolato in tre parti.

PRIMA PARTE – teoria

1. Introduzione alle tecniche analitiche strumentali.
2. Tecniche analitiche spettroscopiche - spettrofotometria atomica. Introduzione ai metodi spettrofotometrici. Spettroscopia atomica. Principi fondamentali di spettroscopia a raggi-X: fluorescenza e diffrazione di raggi X. Spettrometria di assorbimento, emissione atomica. Spettrometria di massa atomica. Laser ablation ICP-MS. Componenti della strumentazione.
3. Tecniche analitiche spettroscopiche - spettrofotometria molecolare. Introduzione alla spettrofotometria di assorbimento molecolare nell'ultravioletto e nel visibile. Spettrofotometria di riflettanza molecolare nel visibile. Componenti della strumentazione. Spettrofotometria infrarossa. Spettroscopia Raman.
4. Tecniche elettrochimiche. Introduzione alla termodinamica ed alla cinetica elettrodica. Trasferimento elettronico: cinetica di Butler-Volmer e Marcus. Metodologie transienti basate su variazione di potenziale: voltammetria ciclica (CV), lineare (LSV), differenziale pulsata (DPV), cronoamperometria (CA). Processi reversibili, irreversibili e quasi-reversibili. Metodologie basate sul controllo di corrente: cronopotenziometria, elettrolisi a corrente costante. Spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Microscopia a scansione di sonda elettrochimica (SECM), anche accoppiata con la microscopia a scansione atomica (AFM-SECM).
5. Introduzione alle separazioni cromatografiche. Presentazione generale dei metodi cromatografici. Gascromatografia (GC). Principi e strumentazione. Colonne e fasi stazionarie per la gascromatografia. Cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). Efficienza della colonna. Strumentazione per HPLC. Diverse tecniche di cromatografia liquida. Cromatografia ionica. Cromatografia su strato sottile.

SECONDA PARTE – laboratorio

Le esperienze di laboratorio riguarderanno le seguenti metodologie.
1. Spettroscopia molecolare UV-vis.
2. Spettroscopia atomica: misure in emissione con atomizzazione al plasma con microonde.
3. Elettrochimica: voltammetria ciclica, lineare e differenziale pulsata di un mediatore redox in soluzione, spettroscopia di impedenza elettrochimica, water-splitting e curve di Tafel.

TERZA PARTE – elaborazione di un progetto virtuale

Il docente fornirà una lista di idee progettuali relative all'analisi scientifica di un (bio-)nanomateriale, dalla quale le studentesse / gli studenti saranno invitati a sceglierne una. A seguito di una ricerca bibliografica dettagliata, l’elaborazione di un progetto virtuale consta nella realizzazione di un documento in PowerPoint che le studentesse e gli studenti (individualmente o a gruppi di due a seconda della numerosità) presenteranno in aula (circa 12 min) durante il corso (generalmente gli ultimi giorni) al docente, al tutor di laboratorio, alle compagne/ai compagni di corso e ad eventuali ospiti. A seguire il docente ed eventualmente il pubblico presente potranno fare delle domande ed intavolare una breve discussione (5 min circa).
A tale scopo, le studentesse e gli studenti saranno invitati a seguire un corso di ricerca bibliografica organizzato dai responsabili della Biblioteca Scientifica al Campus Scientifico.

1. 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).
2. Skoog D.A., Holler F.J., Crouch S.R., Chimica Analitica Strumentale, EdiSES, Napoli, 2009.
3. A. J. Bard, L. R. Faulkner. Electrochemical Methods. Fundamentals and Applications. 2nd ed. New York City: Wiley, 2002.

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

La verifica dell'apprendimento delle attività didattiche relative all'insegnamento di Chimica Analitica Generale e Strumentale - Modulo 2 si svolgerà in due parti:
(a) Valutazione della presentazione del progetto virtuale e discussione del progetto. Peso: 30% del voto.
(b) Esame orale per la valutazione degli obiettivi della parte teorica. L’esame consiste di una serie di domande aperte relative agli aspetti teorici delle diverse tecniche analitiche trattate. Le domande proposte saranno di diversi livelli: comprensione, applicazione, analisi, e valutazione critica. Peso: 70% del voto.

Invece, per ciò che concerne la valutazione delle attività di laboratorio, si terrà conto dei seguenti criteri:
(c) Voti delle relazioni riguardanti le esercitazioni di laboratorio. A tal proposito, si richiede la realizzazione di almeno 80% delle esercitazioni programmate. Sono previste opportune sessioni aggiuntive di laboratorio per consentire eventuali recuperi.
(d) Test di laboratorio costituito da una serie di domande direttamente legate alle esperienze eseguite e riguardanti, soprattutto, la comprensione del lavoro svolto e dell'applicazione delle tecniche analitiche studiate nel laboratorio.

La valutazione globale dell'insegnamento Chimica Analitica Generale e Strumentale – Modulo 2 è calcolata come la media aritmetica dei voti ottenuti per la parte orale (0.3 a + 0.7 b) e per la parte di laboratorio (relazioni + test).

Parte teorica: L'insegnamento si svolgerà attraverso lezioni frontali in cui si presenteranno e discuteranno i principi riguardanti le tecniche analitiche strumentali.

Laboratorio - modulo 2: Gli studenti saranno divisi in piccoli gruppi di lavoro per eseguire le attività sperimentali di chimica analitica strumentale programmate. Alla fine di ogni esperienza gli studenti devono presentare un report con i risultati strumentali ottenuti e la loro elaborazione in modo da presentare il risultato analitico desiderato. I risultati devono essere valutati criticamente in base agli obiettivi dell’esperimento, alla teoria relativa alla tecnica impiegata ed a risultati presenti nella letteratura.

Esercitazione (Progetto virtuale): divisi in piccoli gruppi (normalmente due persone), gli studenti devono svolgere la ricerca prevista per l’elaborazione di un progetto per la risoluzione di un problema riguardo lo studio e la caratterizzazione di un (bio-)nanomateriale diversa per ogni gruppo. Per lo sviluppo del progetto gli studenti dovranno utilizzare le banche dati e le riviste scientifiche del settore disponibili on-line nella biblioteca dell'università e discutere il progetto con una presentazione PowerPoint a tutti i colleghi.

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.

Gli studenti, che a titolo non possono frequentare il corso o parte di esso in presenza, sono tenuti a concordare il programma con il docente prima dell'inizio delle lezioni.

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile