PRESENTAZIONE

L’insegnamento fornisce le conoscenze di base, teoriche e sperimentali, delle tecniche di controllo in linea basate su diversi metodi spettroscopici utili per il monitoraggio della qualità dei prodotti e delle prestazioni dei processi industriali. Inoltre, vengono illustrati i concetti di base della statistica monovariata e multivariata, che permettono una corretta interpretazione dei dati sperimentali (osservazioni). Verrà discussa una serie di casi di studio per favorire l'apprendimento dei concetti teorici e sperimentali discussi.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Scopo dell’insegnamento è quello di fornire la conoscenza fondamentale sull’uso di metodi ottici e spettroscopici per il controllo della qualità dei materiali e delle prestazioni dei processi industriali. Saranno descritte e utilizzate le tecniche di rivelazione remota negli intervalli spettrali UV-Vis, NIR e MIR. Saranno forniti gli strumenti teorici di analisi per una corretta interpretazione dei dati sperimentali di natura chimica (introduzione all’analisi multivariata e alla chemiometria). L’insegnamento è completato da esercitazioni che permettono allo studente di gestire i dati misurati in laboratorio

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'obiettivo di questo insegnamento è duplice: a) fornire conoscenze fondamentali sulle tecniche analitiche di processo (PAT) basate su metodi spettroscopici come: UV-Vis, NIR e MIR, b) fornire agli studenti una comprensione di base delle metodologie e delle tecniche di analisi dei dati per razionalizzare correttamente le osservazioni sperimentali. In particolare, gli studenti acquisiranno conoscenze su:

• comprensione di base dello spettro elettromagnetico e dell'interazione luce-materia;
• fondamenti sull'uso di metodi ottici non distruttivi (fonte di luce, spettrometri, fibre ottiche, filtri, monocromatori e reticoli) per l'indagine delle proprietà dei polimeri, catalisi e processi chimici sia a livello di laboratorio che su scala industriale;
• comprensione di base delle tecniche di rilevamento ottico in linea nelle gamme spettrali UV-Vis, NIR e MIR;
• fondamenti di statistica descrittiva, esplorativa e inferenziale;
• concetti di base di statistica multivariata;
• fondamenti dei criteri di valutazione dei modelli.

Al termine dell’insegnamento, gli studenti saranno in grado di:

• interpretare la qualità delle osservazioni sperimentali utilizzando gli strumenti della statistica monovariata e multivariata;
• identificare le variabili di processo più importanti che influenzano il sistema/processo osservato;
• valutare modelli alternativi che descrivono il sistema investigato;
• progettare sistemi, basati su statistica monovariata e multivariata, per il controllo di qualità e il monitoraggio delle prestazioni del processo

PREREQUISITI

Conoscenze di base di Chimica, Fisica, Matematica e Spettrocopia

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali, dimostrazioni software, lavoro di laboratorio. Presentazioni in PowerPoint del docente e appunti di laboratorio disponibili sul sito web dell'Università (AulaWeb). Semplici esperimenti di spettroscopia in laboratorio sulla qualità dei materiali. Verranno illustrati studi di casi per aiutare gli studenti ad acquisire i concetti trattati in classe.

PROGRAMMA/CONTENUTO

SEZIONE 1: SPETTROSCOPIA (4 CFU)

• Lo spettro elettromagnetico e quantità fondamentali, ottica di base (rifrazione, riflessione, trasmissione, polarizzazione, interferenza, diffrazione, reticoli, fibre ottiche).
• Fondamenti dell'interazione luce-materia (assorbimento UV-Vis, NIR, MIR, fotoluminescenza, Raman).
• Informazioni di base ottenute in diverse gamme spettrali con particolare enfasi sul confronto tra MIR e NIR.
• Principi dei comuni spettrometri, in particolare dei sistemi compatti e trasportabili che consentono la raccolta e la rilevazione di segnali tramite fibre ottiche.
• Utilizzo delle tecniche spettroscopiche (in particolare quelle basate sul telerilevamento) per sondare la qualità dei processi industriali.
• Laboratorio: Esempi delle principali tecniche di raccolta dei campioni (trasmissione, riflessione, ATR, DRIFT, PAS, Raman) per il controllo di processo in linea. Interpretazione dei dati spettroscopici.

SEZIONE 2: ANALISI DEI DATI (2 CFU)

• Introduzione alla statistica descrittiva, esplorativa e inferenziale.
• Covarianza: coefficiente di variazione, intervalli di confidenza.
• Assunzioni di significatività: test a una coda, test a due code, test di Kolmogorov-Smirnov, test MAD.
• Concetti di base di statistica multivariata: Analisi delle Componenti Principali.
• Discriminazione di modelli alternativi.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• Appunti forniti dai docenti e utilizzati per le lezioni e il laboratorio

Testi di consultazione

•   N.B, Colthup, L.H. Daly, S.E. Wiberley, Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy, Academic Press.

•   H.W. Siesler, Y. Ozaki, S. Kawata, H.M. Heise, Near-Infrared Spectroscopy: principles, instruments, applications, Wiley (3rd reprint, 2006); ISBN: 3-527-30149-6.

•   J. Workman, L. Weyer, Pratical Guide to Interpretative Near-Infrared Spectroscopy, CRC Press (2008, Boca Raton - FL, USA).

•   Internal Reflection Spectroscopy, edited by F.M. Mirabella, Marcel Dekker Inc. (1993, New York, USA).

•   Optical Fiber Sensor edited by K.T.V. Grattan and B.T. Meggit,  Kluwer Academic Publisher (1999, Dordrecht, The Netherlands).

•   J.W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in catalysis, Wiley-VCH.

•   H.J. Harrick, Internal Reflection Spectroscopy, Interscience Publisher 1967.

•   M. Spiegel, “Statistics”, Schaum.

•   J.E. Jackson, “A User’s Guide to Principal Components”, John Wiley & Sons.

•   W.J. DeCoursey, “Statistics and Probability for Engineering Applications”, Newnes (2003)

•   D. Himmelblau, “Process Analysis by Statistical Methods”, John Wiley & Sons

•   Yuri A.W. Shardt, “Statistics for Chemical and Process Engineers. A modern approach”, Springer (2022)

Materiali aggiuntivi per studenti lavoratori o studenti con specifiche disabilità di apprendimento sono disponibili su richiesta.

Nota: le copie dei lucidi delle lezioni non sono sufficienti per una buona preparazione all'esame; si consiglia vivamente di utilizzare i libri di testo e i libri di riferimento.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Secondo l'orario riportato qui 

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame orale tenuto da due professori, uno dei quali è D. Comoretto/A. Servida. La durata dell'esame non è inferiore a 30 minuti. Lo studente discute una presentazione originale in PowerPoint o una relazione scritta su un argomento delle attività di classe o di laboratorio. Lo studente, con l'aiuto dell'insegnante, seleziona un argomento che si avvicina maggiormente alle sue capacità/esigenze e che può essere trovato nella letteratura scientifica e/o su AulaWeb (di solito uno o due articoli o brevetti). La presentazione deve essere progettata in modo che possa essere compresa dagli studenti allo stesso livello.

Gli studenti devono dimostrare di aver compreso i principi chiave di fisica/chimica/tecnologia dell'argomento e di poter riportare i risultati utilizzando un vocabolario tecnico adeguato, rispondendo alle domande in modo critico e professionale (fino a 15/30).

Devono inoltre dimostrare di aver compreso le caratteristiche sperimentali delle tecniche descritte (fino a 10/30).

Infine, sarà valutata anche la chiarezza della presentazione (fino a 5/30).

La registrazione deve essere effettuata tramite registrazione online e invio di una e-mail ai docenti del corso entro 7 giorni dalla data della convocazione.

Solo in casi urgenti l'esame può essere svolto in modalità telematica, in conformità con le normative emanate dall'Università.

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: SUSTAINABLE POLYMER AND PROCESS CHEMISTRY 11767 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe.

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Lo scopo della valutazione è verificare il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento. Se questi non vengono raggiunti, allo studente verrà chiesto di approfondire i suoi studi. Inoltre, l'esame orale servirà a verificare il raggiungimento di un livello adeguato di conoscenza degli argomenti trattati nelle lezioni e la capacità di utilizzare la terminologia corretta. Per garantire coerenza tra gli argomenti d'esame e quelli effettivamente trattati nel corso, il programma dettagliato verrà caricato su AulaWeb e descritto all'inizio delle lezioni.

ALTRE INFORMAZIONI

Per qualsiasi altra informazione, gli studenti sono invitati a contattare direttamente i docenti via email (davide.comoretto@unige.it; servida@unige.it), telefono (0103538736/8744; 01013538704) o visitandoli nei loro uffici/laboratori. La partecipazione alle lezioni è fortemente consigliata per familiarizzare con la procedura d'esame, poiché le lezioni sono sempre accompagnate da casi di uso industriale. Il corso ha una sezione teorica (5 CFU) e una sperimentale (1 CFU di laboratorio).