Presentazione del corso

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Presentazione del corso

• Come risolvere un problema di chimica analitica
• Criteri generali
• Impostazione del lavoro
• Ricerca bibliografica
• Scelta della tecnica analitica
• Scelta del pretrattamento
• Esecuzione del lavoro in laboratorio
• Presentazione e discussione dei risultati
• Tecniche analitiche innovative
• LC-MS, ICP-AES, ICP-MS con esercitazioni

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Programma delle lezioni

• Lezione 1 - Introduzione al corso
• Lezione 2 - Le principali tecniche analitiche
• Lezione 3 - Trattamento e manipolazione dei
  campioni
• Lezione 4 - Ricerca bibliografica
• Lezione 5 - ICP-AES, ICP-MS
• Lezione 6 - LC-MS con esercitazione (Fabio
  Gosetti)
• Lezione 7 - Impostazione del lavoro di
  laboratorio
• Laboratorio (10 giorni)
• Lezione 8 - Discussione dei risultati

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Concetti preliminari

• Lobiettivo principale del chimico analitico non
  è la semplice misurazione (ad eccezione delle
  analisi di routine), ma la risoluzione di
  problemi. Non deve, cioè, essere solo la fonte
  remota che dispensa risultati analitici, ma deve
  poter partecipare attivamente ai progetti cui è
  di supporto, permettendo di chiarire i meccanismi
  dei fenomeni in studio
• Per fare questo è necessario che il chimico
  analitico abbia competenze vaste e
  allavanguardia del sapere chimico

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Competenze richieste

• Per risolvere un problema di chimica analitica
  sono necessarie almeno le seguenti competenze

• la comprensione della chimica coinvolta (chimica
  di base, sistematica, equilibri di reazione)
• la conoscenza del campionamento e del trattamento
  del campione
• lutilizzo appropriato dei metodi di separazione
• la valutazione dellimportanza di una giusta
  calibrazione e delluso degli standard
• la capacità di selezionare il metodo o i metodi
  migliori per la fase di misurazione (conoscenza
  delle principali tecniche analitiche)
• intuito il buon senso del chimico

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Fasi dellapproccio analitico

• Lapproccio analitico alla risoluzione dei
  problemi può essere definito dalle seguenti fasi

• corretta definizione del problema
• garanzia che i campioni a disposizione siano
  rappresentativi del problema
• interazione con in cliente per informarlo del
  problema e per definire i limiti di tempestività
  ed accuratezza richiesti
• sviluppo di un piano analitico comprendente una
  valutazione della sequenza e dei metodi migliori
  da seguire
• completamento del lavoro con luso della massima
  competenza e buona conoscenza chimica
• comunicazione di risposte, non di dati, che
  comprendano la precisione e lattendibilità e la
  specificazione delle cautele o delle restrizioni
  nelluso dei dati
• interpretazione dellinformazione e dei risultati
  in una relazione chiara, esauriente e
  significativa che descriva il problema in modo
  chiaro

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Schema del processo analitico
Fase Fonte Esempio
Enunciazione generale del problema Cliente Spargimento di olio in uno strato di terreno nellambito di una zona a verde
Enunciazione analitica Cliente ? Analista A che punto è la contaminazione del terreno da parte di oli minerali
Scelta del procedimento Analista Estrazione del terreno, separazione e quantificazione degli oli
Campionamento Cliente Analista Prelievo di campioni solidi di dimensioni opportune (100 g)
Preparazione del campione Analista Omogeneizzazione, prelievo di sottocampioni ed estrazione con CCl4 in Soxhlet
Misura Analista Gascromatografia di un estratto
Valutazione dei dati Analista Identificazione e quantificazione dei picchi gascromatografici
Conclusioni Analista I valori degli analiti sono al di sotto del limite di tollerabilità?
Relazione finale Analista ? Cliente Consigli per ulteriori azioni atte a risolvere il problema
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Problemi di chimica analitica

• Di che cosa è fatto? analisi qualitativa
• Quanto ce nè? analisi quantitativa
• Che cosa devo fare? problema generale

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Analisi qualitativa

• Materiale di interesse forense
• Materiale di interesse archeologico
• Residui di inquinamento

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Chimica forense

• Nel settore forense, assicurativo e legale si
  richiede spesso una individuazione inequivocabile
  delle cause che hanno generato un fenomeno
  penalmente rilevante
• Ciò può essere fatto a pieno titolo dal chimico
  analitico, il quale è attrezzato ad individuare e
  riconoscere la presenza di eventuali sostanze
  collegate in qualche modo allevento.
• Esempio un incendio del quale sia importante
  stabilire la natura dolosa o accidentale. Si può
  determinare la presenza di sostanze acceleranti,
  impiegate per innescare ed alimentare l'incendio
  nelle sue prime fasi. La tecnica utilizzata è la
  gascromatografia con spettrometria di massa
  (GC-MS). Per approfondimenti si può consultare
  http//www.pd.cnr.it/ist/saca/arson.htm

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Chimica per i Beni Culturali

• Autenticazione di un reperto
• Informazioni tecnologiche
• Informative aggiuntive
• Conservazione e restauro

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Chimica Ambientale

• Identificazione di prodotti inquinanti
• in falde acquifere
• in corsi dacqua
• in alimenti
• nellaria

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Approcci allanalisi qualitativa

• Manuale (saggi con reagenti)
• acidi, basi, solventi organici
• Strumentale non distruttivo
• tecniche superficiali (es. Raman, XRF)
• Strumentale distruttivo
• dissoluzione e analisi (tecniche multiresiduo)

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Analisi quantitativa

• Campioni di interesse ambientale
• acqua, terreno, alimenti
• Campioni di interesse artistico-archeologico
• ceramica, vetro, pietra
• Applicazioni industriali

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Approcci allanalisi quantitativa

• Manuale (titolazione)
• Karl Fisher, durezza, COD
• Strumentale non distruttivo
• tecniche superficiali (XRF)
• Strumentale distruttivo
• dissoluzione e analisi (tecniche multiresiduo o a
  singolo analita)

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Problemi generali

• Ambito vastissimo, non necessariamente in campo
  chimico o scientifico

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Esempio pratico

• Problema sistema di addolcimento delle acque
  dure
• Funziona secondo scambio ionico (resina con
  gruppi SO3-)
• 2(R-Na) Ca2 ? R-Ca2 2Na
• Resina rigenerata con NaCl in eccesso
• R-Ca2 2Na ? 2(R-Na) Ca2
• Se Ca2aq elevata ? Naaq elevata (troppo)
• Soluzione?

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Schema di progetto

• Inquadramento del problema
• Ricerca bibliografica
• Scelta del procedimento analitico
• Esecuzione del lavoro sperimentale
• Discussione dei risultati

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Inquadramento del problema
Molto spesso il problema da risolvere sarà
correlato ad un ambito che va al di là del campo
di competenza del chimico analitico, a volte
anche al di fuori della sfera chimica. Inoltre,
il committente è raramente in grado di apprezzare
le potenzialità della chimica analitica, oppure
ha unidea errata dellimpegno necessario per
ottenere risultati attendibili con i metodi
scientifici Per questi motivi è sempre necessario
un dialogo approfondito tra il cliente e
lanalista prima di iniziare il processo di
risoluzione del problema. Alcuni punti che
lanalista deve chiarire sono i seguenti

• che cosa si richiede esattamente?
• quali sono gli analiti?
• è necessaria unanalisi quantitativa o è
  sufficiente una qualititativa?
• qual è il range presunto di concentrazione degli
  analiti?
• quanto materiale è disponibile per lanalisi?
• qual è la natura della matrice?
• qual è la tempistica richiesta?
• i campioni sono a perdere?

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Ricerca bibliografica

• Prima di intraprendere il lavoro sperimentale è
  assolutamente necessario effettuare una ricerca
  bibliografica per acquisire informazioni sui
  seguenti punti
• che cosa è stato fatto sullargomento?
• quali sono i dati disponibili?
• procedure di trattamento del campione
• concentrazioni di analiti in campioni simili
• quali sono le tecniche analitiche più idonee?

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Affidabilità delle fonti bibliografiche

• Naturalmente è opportuno avere spirito critico
  nel reperire informazioni, valutando se le fonti
  bibliografiche consultate siano affidabili o no
  in termini di parametri analitici (accuratezza,
  precisione, estensibilità dei metodi sviluppati,
  ecc.). Alcuni metodi particolarmente robusti sono
  definiti metodi ufficiali sono quelli richiesti
  dalla legge o da una regolamentazione emessa da
  un ente ufficiale (EPA, FDA, Direttiva Europea,
  ecc.). Inoltre è utile ricordare che esistono
  alcuni enti dediti allo sviluppo di metodi
  analitici, che possono costituire un punto di
  riferimento sicuramente affidabile
• EPA, Environmental Protection Agency
• AOAC, Association of Official Analytical
  Chemists
• IRSA, Istituto di Ricerca sulle Acque

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Scelta del procedimento analitico
La scelta del procedimento analitico è ovviamente
di cruciale importanza, in quanto determina il
costo dellanalisi in termini di lavoro
strumentale e personale, ed è influenzato da una
serie di parametri quali la dimensione del
campione, la disponibilità di tempo e il
contenuto di informazione che si ottiene
dallindagine analitica Si noti che per
procedimento analitico non si intende la semplice
selezione della tecnica di analisi (es. AAS o
ICP-MS, GC o LC, ecc.), bensì linsieme dei
passaggi dal campionamento alla determinazione
passando per il trattamento del campione. È
evidente, però, che laspetto più importante e
decisivo è relativo alla tecnica analitica
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Scelta della tecnica analitica

• Livello di accuratezza e precisione richiesto
• Sensibilità necessaria
• Numero di analiti
• Influenza della matrice
• Disponibilità dello strumento
• Considerazioni economiche

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Accuratezza e precisione

• Analisi fiscali
• ARPA, materiale forense, materiale artistico
• necessità di produrre un certificato di analisi
• Analisi per clienti non competenti
• medici, biologi, archeologi
• Analisi per amici e conoscenti
• acqua potabile, alimenti, olio, vino

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Sensibilità necessaria

• Livello di concentrazione
• componenti maggiori e minori
• componenti in tracce
• componenti in ultratracce
• Limite di rivelabilità

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Numero di analiti

• un solo analita
• un metallo, un composto organico
• una classe di analiti
• metalli pesanti, ammine aromatiche
• più classi di analiti
• metalli anioni inorganici, polifenoli acidi
  organici
• molti parametri diversi
• analisi delle acque ad uso umano

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Influenza della matrice

• Stato fisico del campione
• solido, liquido o gassoso
• omogeneo o eterogeneo
• pH del campione
• Contenuto di sostanze disciolte
• Necessità di pretrattamento
• Selettività

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Considerazioni economiche

• Ambito lavorativo
• ARPA
• Laboratorio privato
• Centro di ricerca
• Università