PRESENTAZIONE

L’insegnamento introduce lo studente alle moderne tecniche analitiche strumentali in particolare riferite all’analisi dei farmaci come sostanze pure o come costituenti di matrici complesse, di tipo biologico o quali forme farmaceutiche. Vengono trattate anche tecniche di pretrattamento del campione e tecniche strumentali di separazione e purificazione dei principi attivi.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si articola in una parte teorica e una parte pratica (esercitazioni individuali) inerenti l’analisi quali-quantitativa di sostanze ad uso medicinale, pure o contenute in preparati farmaceutici, mediante le principali metodiche analitiche strumentali (Potenziometria. Assorbimento molecolare nell’UV-visibile, Fluorometria e Fosforometria. Gascro-matografia. HPLC. Elettroforesi capillare). Per ogni metodo sono discussi i principi teorici, le applicazioni in campo farmaceutico e gli aspetti tecnici essenziali inerenti la strumentazione utilizzata. Inoltre sono fornite nozioni teorico-pratiche su nuove metodiche di estrazione dell’analita da matrici complesse (preparati farmaceutici, campioni biologici) quali estrazione in fase supercritica, estrazione su fase solida, microestrazione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La frequenza alle lezioni teoriche frontali e alle esercitazioni di laboratorio (individuali e di gruppo) consentiranno allo studente di.

- conoscere i principi teorici che descrivono e regolano i fenomeni e il funzionamento di base degli strumenti.

- conoscere le principali parti strutturali degli strumenti e conoscerne le caratteristiche e i limiti per potere valutare il loro reale campo di applicazione.

- imparare ad utilizzare metodiche e calcoli per ottimizzare il processo analitico.

- imparare a redigere relazioni contenenti dati sperimentali e risultati analitici.

- utilizzare la vetreria di precisione per pretrattare il campione e prepararlo all’analisi strumentale.

- utilizzare i moderni strumenti ed elaborare i dati sperimentali ottenuti.

PREREQUISITI

Sono necessarie conoscenze di analisi inorganica ed organica con i metodi classici, nonché conoscenze di chimica organica per comprendere le proprietà chimico-fisiche dei farmaci (acidità/basicità, idrofilia/lipofilia, tipi di interazione chimica).

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di lezioni frontali, per un totale di 50 ore e di una parte di laboratorio pratico di 32 ore.

L a frequenza è obbligatoria , come da regolamento didattico.

Il laboratorio è tenuto dal docente titolare, coadiuvato da assistenti e tutor di laboratorio. All’inizio di ogni attività di laboratorio è prevista una breve introduzione teorica. Nella parte pratica gli studenti in esercitazioni individuali o di gruppo (2-3 persone) devono applicare il protocollo sperimentale a loro consegnato. Al termine dell’attività gli studenti dovranno redigere e compilare una relazione con i risultati ottenuti. L’organizzazione e il calendario delle attività di laboratorio sono comunicate direttamente dal docente all’inizio delle lezioni e comunque messe a disposizioni su Aulaweb.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Introduzione ai metodi analitici strumentali

• Classificazione dei metodi analitici strumentali.

• Strumenti per l'analisi: generatori di segnale; rivelatori; elaboratori di segnale; dispositivi di lettura.

• La scelta del metodo analitico. Prestazioni degli strumenti: precisione, distorsione, sensibilità, limite di rivelabilità, intervallo di concentrazioni, selettività.

• Segnali e rumore: rapporto segnale/rumore; sorgenti di rumore; rumore chimico e rumore strumentale;

incremento del rapporto segnale/rumore.

Metodi Spettroscopici

• Introduzione: Proprietà della radiazione elettromagnetica e parametri chimico-fisici associati allo spettro

elettromagnetico. Interazione della radiazione elettromagnetica con la materia. Assorbimento ed emissione

di radiazione. Trasmittanza ed Assorbanza. La legge di Lambert e Beer. Deviazioni dalla legge di L.-Beer:

deviazioni strumentali e deviazioni chimiche. Classificazione dei metodi spettroscopici.

• Strumenti per la spettroscopia ottica: Componenti degli strumenti ottici. Sorgenti di radiazione: s.

continue; s. a righe; i laser. Selettori di lunghezza d'onda: filtri; monocromatori (a reticolo e a prisma).

Contenitori del campione. Rivelatori di radiazione: r. di fotoni a fotoemmissione e a fotoconduzione (fototubi

a vuoto, fotomoltiplicatori, rivelatori a diodi di silicio); r. di fotoni multicanale. Fotometri e spettrofotometri.

• Spettroscopia di assorbimento UV-Visibile: Le specie chimiche che assorbono nell’UV-Vis.: cromofori

organici e inorganici; auxocromi. Parametri che influenzano l’assorbimento: solvente, concentrazione, pH,

temperatura, presenza di interferenti.

Applicazioni qualitative della spettroscopia UV-Vis.: riconoscimento di sostanze assorbenti.

Applicazioni quantitative: procedure di analisi; curve di taratura; curve di taratura in presenza di standard;

Analisi di miscele; titolazioni spettrofotometriche.

• Spettroscopia di Fluorescenza e Fosforescenza: Teoria della Fluorescenza e della Fosforescenza.

Relazione tra fenomeni della Fl. e Fos. e struttura molecolare. Variabili che influenzano i due fenomeni:

temperatura, solvente, pH, concentrazione.

Strumenti per la misurazione della Fl. e Fosf.: componenti (sorgenti, filtri, rivelatori, celle); modelli degli

strumenti: fluorimetri, spettrofluorimetri, fosforimetri. Applicazioni: determinazione fluorimetrica di specie

inorganiche e organiche.

• Spettroscopia atomica: Origine degli spettri atomici. Sp. at. di assorbimento e di emissione. Metodi di

atomizzazione. Assorbimento in fiamma: atomizzatori; proprietà della fiamma; sorgenti e lampade;

strumentazione. Interferenze chimiche e spettrali. Analisi quantitativa tramite spettroscopia di assorbimento

atomico. Emissione in fiamma: strumenti e applicazioni. Emissione a plasma, ad arco e a scintilla.

Alimentatori per il plasma: sistemi DCP, ICP, MIP. Sorgenti ad arco o a scintilla.

Fluorescenza in fiamma: cenni. Applicazioni farmaceutiche

Metodi Cromatografici

• Introduzione Classificazione dei metodi cromatografici. Brevi richiami alla teoria delle separazioni

cromatografiche (piatti teorici e altezza dei piatti teorici, equazione di Van Deemter; efficienza, risoluzione).

• Gascromatografia Principi generali. Strumentazione per gascromatografia: gas di trasporto ed erogatori;

sistemi e modalità di introduzione del campione; sistemi di riscaldamento; colonne in gascromatografia

(impaccate, capillari); fasi stazionarie; sistemi di rivelazione: FID (r. a ionizzazione di fiamma); TCD (r. a

conducibilità termica o catarometri); ECD (r. a cattura di elettroni); TID (r. termoionici); FDP (r. a fotometria di

fiamma; AED (r. a d emissione atomica).

Accoppiamento tra gascromatografia e tecniche spettroscopiche: GC-FTIR; GC-MS.

Applicazioni della gascromatografia qualitative (indice di ritenzione di Kovats, accrescimento del picco,

confronto dei fattori di selettività) e quantitative (misurazione dell’altezza e dell’area del picco, curve di

calibrazione, standard interno, normalizzazione delle aree). Tecniche di derivatizzazione.

• Cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC ) Principi generali. Cromatografia liq.-liq: cr. In fase

legata; supporti e fasi stazionarie; fasi mobili; indice di polarità dei solventi; cr. in fase diretta e in fase

inversa. Efficienza delle colonne in HPLC. Ottimizzazione delle condizioni operative. Apparecchiature per

HPLC: contenitori e dispensatori di fase mobile; sistemi di pompaggio; sistemi di iniezione del campione;

colonne: analitiche, "small bore"; rivelatori: caratteristiche generali; r. ad assorbanza UV; r. a fluorescenza; r.

elettrochimici; r. ad indice di rifrazione; FTIR-HPLC; MSHPLC.

Applicazioni qualitative e quantitative. Tecniche di derivatizzazione. Cromatografia sol-liq (di adsorbimento),

cromatografia a coppia ionica, cromatografia di gel permeazione: cenni.

• Elettroforesi Capillare Principi generali dell’elettroforesi: mobilità elettroforetica, flusso elettroosmotico,

mobilità elettroosmotica. Parametri analitici: velocità di flusso, tempo di ritenzione, efficienza, dispersione e

risoluzione. Variabili che influenzano i parametri analitici: pH, campo applicato, riscaldamento. Metodiche

applicative: CZE, MEKC, CIEF, CITF. Strumentazione.

Applicazioni farmaceutiche.

Nuovi metodi di preparazione del campione

• Introduzione: Caratteristiche della matrice nelle formulazioni farmaceutiche. Metodi di estrazione classici

(liq-liq e liq-sol) (ripasso).

• Estrazione con fluidi supercritici (SFE): caratteristiche dei fluidi supercritici. Vantaggi e limiti della SFE.

Apparecchiature utilizzate. Applicazioni.

• Estrazione in fase solida (SPE): Caratteristiche generali del metodo; Vantaggi e limiti. Apparecchiature e

materiali (cartucce, adsorbenti). Metodiche applicative (in fase direttta, in fase inversa, a scambio ionico).

Sistemi di estrazione multipli: off-line, at-line, on-line, in-line. Sistemi integrati SPE-HPLC.

• Preparazione di campioni da matrici biologiche complesse: Cenni sulle caratteristiche dei principali

fluidi biologici analizzabili e metodiche di estrazione e purificazione di farmaci da essi.

Analisi dei farmaci chirali

• Introduzione: vari tipi di isomeria, ripasso delle nozioni essenziali. Isomeria ottica nei farmaci: eutomero,

distomero, rapporto eudismico.

• Definizione della composizione enantiomerica: eccesso enantiomerico, purezza ottica, purezza

enantiomerica.

• Miscele racemiche solide: Racemati, Conglomerati, Pseudoracemati. Caratteristiche chimico fisiche e

metodiche per la loro differenziazione.

• Metodi per la determinazione della composizione enantiomerica: polarimetria, 1H-NMR (agenti di shift

derivatizzanti e solvatanti chirali), metodi cromatografici di enantioseparazione.

• Metodi (non cromatografici) per la risoluzione di miscele enantiomeriche.

• Metodi cromatografici di enantioseparazione: meccanismi della ricognizione molecolare

enantioselettiva; GLC e HPLC: caratteristiche, tipi ed usi delle fasi stazionarie chirali, con applicazioni

farmaceutiche.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slides utilizzate durante le lezioni e altro materiale didattico sono disponibili su Aulaweb. Sono consigliati alcuni testi di appoggio.

- Chimica Analitica Strumentale - Holler, Skoog, Crouch.- EdiSES 2009

- Fondamenti di chimica analitica – Skoog, West – EdiSES 2015

- Analisi farmaceutica - D. G. Watson - Edra 2014

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

BRUNO TASSO (Presidente)

CHIARA BRULLO

ANDREA SPALLAROSSA

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame consiste di una prova orale della durata di almeno 40 minuti.

Per la determinazione del voto finale verrà tenuta in considerazione anche la valutazione del laboratorio, determinata dai risultati ottenuti nelle esercitazioni tramite la correzione delle relazioni.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

I dettagli sulle modalità di preparazione per l’esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni.

L’esame orale verte sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e ha lo scopo di valutare se lo studente ha raggiunto un adeguato livello di conoscenze e se ha la capacità di analizzare criticamente problemi analitici e di sapere relazionare i diversi argomenti trattati per proporre plausibili soluzioni.

Calendario appelli