PRESENTAZIONE

La chimica analitica, scienza dell’informazione in ambito chimico, si occupa di caratterizzare la natura di sistemi chimici e di identificarne/quantificarne i componenti. “Analitico” deriva, infatti, dal verbo greco analyo (ἀναλύω), che significa sciogliere/scomporre. Questa disciplina si occupa di risolvere problemi complessi suddividendoli nei costituenti più semplici. In termini applicativi, l'analisi diviene anche uno strumento di controllo e di garanzia della correttezza dei processi e dei prodotti.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Ha lo scopo di fornire le conoscenze di base relative ai blocchi in cui si articola il processo chimico-analitico, processo di acquisizione della informazione chimica relativa al sistema di interesse: definizione del problema, campionamento, scelta del metodo, determinazioni, elaborazione della informazione chimica. Tre punti sono trattati in dettaglio: la statistica della informazione chimica, i fondamenti chimici dei metodi cinetici e titrimetrici (acidimetria, complessometria, gravimetria), la teoria del segnale (specialmente dei segnali elettrici).

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

• Ordinare e descrivere le fasi del processo chimico analitico.
• Definire i parametri di valutazione della qualità di un metodo e di un risultato analitico, sapendoli calare nel contesto di un laboratorio chimico-analitico.
• Descrivere gli equilibri chimici in soluzione, sapendo dimostrare l’impostazione e i passaggi chiave del loro studio analitico.
• Interpretare e illustrare in modo articolato i grafici relativi agli equilibri chimici in soluzione.
• Definire i concetti di locazione, dispersione e i parametri descrittivi per una distribuzione di probabilità.
• Illustrare le diverse tipologie di distribuzioni standardizzate, saperle rappresentare graficamente e interpretare.
• Comprendere i principi dell’inferenza statistica, descrivere e attuare il suo impiego nei test di significato, calati nel contesto di un laboratorio chimico-analitico.
• Saper presentare i concetti chiave dell’analisi della varianza (ANOVA), della regressione univariata e dei test statistici bivariati.
• Definire i concetti di rumore e deriva di un segnale e descrivere le principali metodologie per la loro minimizzazione.
• Saper presentare in modo descrittivo la trasformata di Fourier e il suo impiego nell’analisi del segnale.

MODALITA' DIDATTICHE

Le lezioni del corso si svolgeranno, per un 75%, in modalità lezione frontale: i docenti, con l’ausilio di presentazioni multimediali (includenti materiale grafico e video), illustreranno i contenuti del corso. Inoltre, per la parte di equilibri chimici in soluzione e applicazione della statistica, è previsto lo svolgimento di esercizi in classe e l’assegnazione di esercizi da svolgere in proprio. Le ultime due lezioni del corso saranno dedicate alla correzione degli esercizi assegnati, nonché allo svolgimento di simulazioni d’esame che favoriscano l’autovalutazione.

Il restante 25% del corso sarà svolto in accordo con le più innovative strategie di didattica partecipativa, al fine di stimolare l’apprendimento da parte degli studenti. In particolare, sono previsti:

• l’utilizzo di una App didattica, sviluppata dai docenti del corso e scaricabile dalla piattaforma AulaWeb. Tramite grafici interattivi, lo studente potrà mettere alla prova le conoscenze acquisite durante le lezioni frontali. Tale attività consentirà di sviluppare abilità pratiche e aiuterà lo studente nel controllo metacognitivo, inteso come consapevolezza dei processi di apprendimento.
• una esperienza pratica di laboratorio organizzata secondo i principi della flipped classroom e del team-based learning: lo studente riceverà del materiale da consultare prima di accedere al laboratorio, in cui sarà posto di fronte ad un problema da risolvere. Il lavoro di gruppo e il confronto tra pari saranno stimolati dai docenti al fine di completare l’attività richiesta. Solo in seguito, i docenti presenteranno i contenuti teorici ripercorrendo, con una lezione capovolta, quanto appreso dagli studenti in laboratorio.

A seconda della situazione sanitaria e delle disposizioni di Ateneo, l’attività didattica potrà essere svolta a distanza con l’ausilio di MS-Teams. Il programma del corso e le modalità didattiche non subiranno variazioni, eccezion fatta per l’esperienza pratica di laboratorio.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Metodologia della chimica analitica (1 CFU)

Le fasi del processo chimico-analitico. Importanza del campionamento. Parametri per la valutazione della qualità di un metodo e di un risultato analitico: accuratezza, precisione, esattezza, sensibilità, limiti di rilevamento e quantificazione. Ripetibilità, precisione intermedia e riproducibilità. Utilizzo di standard primari e secondari. Accreditamento. Tracciabilità e rintracciabilità.

Equilibri chimici in soluzione (3 CFU)

Elementi di cinetica e di termodinamica chimica. Attività e costanti di equilibrio. Studio per via algebrica e per via grafica dei principali equilibri chimici in soluzione. Speciazione e calcolo delle concentrazioni all’equilibrio. Frazioni di distribuzione. Equilibri acido-base di Brønsted-Lowry. Potere tampone. Equilibri acido-base di Lewis. Reazioni di complessazione con ligandi unidentati e chelanti. Equilibri di precipitazione/dissoluzione. Caso di reazioni concomitanti. Equilibri di ossidoriduzione. Diagrammi di Flood. Diagrammi di distribuzione semilogaritmici e logaritmici. Curve di neutralizzazione e titolazione a S e a V. Diagrammi di Pourbaix (potenziale vs. pH).

Applicazioni della statistica in chimica analitica (3 CFU)

Basi di statistica descrittiva. Esperimenti random, popolazione e campione. Frequenza assoluta e  relativa. Regolarità statistica. Distribuzioni di frequenza e di probabilità. Teorema del limite centrale. Distribuzione normale e distribuzione cumulativa. Test di normalità di Lilliefors. Locazione e dispersione: parametri descrittivi di una distribuzione di probabilità. Distribuzione normale standard z. Probabilità di fiducia e di significato. Intervalli di significato. Propagazione delle varianze. Distribuzioni della media, chi-quadro, t di Student, F di Fisher. Inferenza statistica e principali test di significato basati sulle distribuzioni z, t, chi-quadro e F. Analisi della varianza (ANOVA). Test Q e G per il rilevamento di dati anomali. Intervalli di fiducia bivariati e test associati. Regressione univariata con il metodo dei minimi quadrati. Rette di calibrazione. Confronto tra due metodi analitici e regressione di Passing-Bablok.

Segnali analitici strumentali e trattamenti di base (1 CFU)

Segnali strumentali nel dominio del tempo e nel dominio delle frequenze. Deriva e rumore. Trasformata di Fourier (cenni) e filtri associati. Filtro a media mobile e filtro polinomiale di Savitzky-Golay.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale fornito dai docenti, sotto forma di presentazioni multimediali, contiene tutte le informazioni necessarie per lo studio della materia così come per il superamento dell’esame di profitto. Il materiale, aggiornato annualmente, è scaricabile in formato .pdf dal sito del corso per l’anno accademico di riferimento, sulla piattaforma AulaWeb.

Inoltre, di seguito, sono indicati due testi a cui fare riferimento per approfondire quanto presentato dai docenti:

Equilibri chimici in soluzione: Valerio Di Marco, Paolo Pastore, G. Giorgio Bombi, "Chimica Analitica - Trattazione algebrica e grafica degli equilibri chimici in soluzione acquosa", EdiSES, ISBN 9788879598842.

Applicazioni della statistica in chimica analitica: Michele Forina, "Fondamenta per la Chimica Analitica", Edizioni SISNIR, ISBN 9788890406461, scaricabile gratuitamente dal sito della Società Italiana di Spettroscopia NIR (http://www.sisnir.org/sisnir/download/fondamenta-per-la-chimica-analitica) e reso disponibile mediante la piattaforma AulaWeb.

Ulteriori testi di consultazione:

M. Forina, "Introduzione alla Chimica Analitica", ECIG, Genova, 2003, ISBN: 887545986X.

D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch "Fondamenti di Chimica Analitica", EDISES, Napoli, 2005, ISBN: 8879593005.

D.S. Hage, J.D. Carr, "Chimica Analitica e Analisi quantitativa", Piccin, Padova, 2012, ISBN: 9788829921188

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

PAOLO OLIVERI (Presidente)

CRISTINA MALEGORI

RAFFAELLA BOGGIA (Supplente)

MONICA CASALE (Supplente)

RICCARDO LEARDI (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Le lezioni inizieranno in accordo con il calendario accademico. Eventuali variazioni all’orario saranno comunicate sulla bacheca del corso sulla piattaforma AulaWeb.

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame si compone di una prova scritta e di una prova orale.

La prova scritta fornisce l’accesso alla prova orale, non prevede una votazione associata ed è considerata superata solo in assenza di errori. Tale prova, da svolgere singolarmente, consiste nello svolgimento di 6 esercizi numerici (5 relativi agli equilibri in soluzione e 1 relativo alle applicazioni della statistica) e ha una durata di 120 minuti. I testi della prova sono generati dai docenti mediante software, al fine di produrre  esercizi diversificati, ma di comparabile complessità, per ciascuno degli iscritti all’appello. Durante la prova è consentito l’utilizzo di una calcolatrice scientifica non programmabile, di testi, formulari e appunti in formato cartaceo. Non è consentito consultare dispositivi dotati di accesso a internet (anche qualora disattivato dallo studente).

Per poter prendere parte all’esame scritto è obbligatorio iscriversi attraverso il portale studenti.

L’esito dell’esame scritto sarà comunicato dai docenti per e-mail a ciascun candidato, individualmente, in accordo con le norme e le direttive per il rispetto della privacy. Il superamento della prova scritta consente l’accesso all’esame orale, per il quale non è richiesta un’ulteriore iscrizione, e che sarà svolto nel corso del medesimo appello, non oltre 10 giorni dallo svolgimento dell’esame scritto. Data e ora della prova orale saranno comunicate dal docente per e-mail, contestualmente alla notifica del superamento della prova scritta.

La prova orale si svolge in presenza di due commissari e verte sull’intero programma del corso. L’esame dura mediamente 45 minuti e prevede un minimo di tre domande: la prima incentrata sugli equilibri in soluzione, la seconda sulle applicazioni della statistica e la terza, a discrezione dei docenti, sulla metodologia della chimica analitica o sui segnali analitici strumentali. Qualora uno studente dovesse sostenere l’esame orale come unico candidato, è richiesta, oltre alla commissione, la presenza di un testimone (solitamente scelto e contattato dal candidato stesso).

A seconda della situazione vigente e delle disposizioni di Ateneo, entrambe le prove d’esame potranno essere svolte a distanza, senza alcuna variazione delle modalità, mediante la piattaforma telematica MS-Teams, in un canale dedicato che sarà comunicato ai candidati nei giorni immediatamente precedenti lo svolgimento della prova scritta. Per consentire ai docenti di vigilare lo svolgimento delle prove è necessario che il candidato mantenga microfono e webcam attivi per tutta la durata dell’esame.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame scritto permetterà di verificare le conoscenze acquisite dallo studente da un punto di vista procedurale, mediante applicazione dei concetti fondanti presentati durante il corso in esercizi numerici, di contenuto e complessità paragonabili a quelli svolti in aula. Ai fini della valutazione, sarà considerata solo l’esattezza del risultato finale presentato per ciascun esercizio, anche in termini di modalità di presentazione del risultato stesso (cifre significative e unità di misura). Non sarà valutato come corretto un esercizio che, pur rispettando una corretta procedura di svolgimento, presenti un risultato inesatto (anche se a causa di errori di distrazione). 

L’esame orale valuterà in modo più approfondito le conoscenze teoriche e saranno incentivati il ragionamento e la creazione di collegamenti intra e interdisciplinari. In questo modo, sarà possibile verificare in dettaglio il raggiungimento degli obiettivi formativi e la capacità di corretto utilizzo della terminologia tecnico-scientifica del settore. Sarà richiesto di calare i concetti teorici nel contesto operativo di un laboratorio chimico analitico, fornendo esempi semplici ma concreti e di buon senso. Durante la prova, la capacità di organizzare un discorso organico e la proprietà di linguaggio saranno considerate fondamentali per il raggiungimento dei pieni voti.

L’insieme di queste due prove consente di verificare, in maniera globale, le abilità dello studente nel ricordare e mettere in pratica le metodiche di base della chimica analitica, di larga diffusione nella maggior parte dei contesti professionali tipici per un laureato in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche.

Calendario appelli