PRESENTAZIONE

L’insegnamento presenta le conoscenze teoriche delle principali metodiche analitiche strumentali utilizzate nell’analisi quali- quantitativa di sostanze ad uso medicinale, pure o contenute in preparati farmaceutici, e descrive brevemente la strumentazione e il relativo meccanismo di funzionamento. Infine le esercitazioni di laboratorio (singole o di gruppo) consentono l’applicazione pratica dei concetti teorici trattati.

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

Il corso ha lo scopo di fornire conoscenze di base dei metodi analitici spettroscopici, cromatografici ed elettroforetici nelle loro applicazioni quali- quantitative.  Al termine delle lezioni teoriche e pratiche lo studente è in grado di

- Conoscere le teorie alla base delle metodiche analitiche strumentali

- Valutare l’applicabilità dei metodi analitici presentati

- Utilizzare strumenti spettrofotometrici e cromatografici mediante esercitazioni di laboratorio

- Applicare metodi di pretrattamento del campione analitico

- Presentare dati e risultati delle esercitazioni effettuate mediante relazioni inviate tramite Aulaweb.

Inoltre il superamento dell'esame con votazione uguale o superiore a 27 consentirà l'acquisizione dell'open badge "Competenza alfabetica funzionale - livello avanzato" che riconosce competenze trasversali quali capacità di comunicare efficacemente in forma scritta e orale, adattamento della propria comunicazione al contesto, utilizzo di fonti e ausili di varia natura, capacità di utilizzare, elaborare e valutare informazioni, abilità di argomentare.

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.

La 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.

In considerazione della attuale situazione sanitaria, le lezioni teoriche potranno essere erogate a distanza. Le esercitazioni di laboratorio potranno essere ridotte e/o sostituite da didattica "alternativa", con dimostrazioni pratiche a distanza.

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)

ANDREA SPALLAROSSA

CHIARA BRULLO (Supplente)

LEZIONI

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame si svolge con prova orale costituita da 3-4 domande (durata di circa 40 minuti). Per la valutazione finale viene tenuto in considerazione anche il risultato delle esercitazioni (suddiviso in tre fasce di merito A, B e C. Solo chi ha ottenuto A può raggiungere una valutazione complessiva di 30/30 con eventuale lode).

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Nelle prove di laboratorio lo studente deve dimostrare la corretta manualità. Nell'elaborazione dei reports deve dimostrare le capacità di impostazione di corretto calcolo e di chiara presentazione dei risultati. Durante l'esame orale lo studente deve dimostrare la conoscenza teorica delle tecniche analitiche e la capacità di ragionamento per risolvere problemi analitici confrontando le diverse metodiche analitiche.

Calendario appelli