Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[3S024] - CHIMICA ANALITICA STRUMENTALEINSTRUMENTAL ANALYTICAL CHEMISTRY
Cristina TRUZZI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea - [ST01] SCIENZE BIOLOGICHE First Cycle Degree (3 years) - [ST01] BIOLOGICAL SCIENCES
Dipartimento: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'AmbienteDepartment: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'Ambiente
Anno di corsoDegree programme year : 3 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2020-2021
Anno regolamentoAnno regolamento: 2018-2019
Opzionale
Crediti: 6
Ore di lezioneTeaching hours: 48
TipologiaType: D - A scelta dello studente
Settore disciplinareAcademic discipline: CHIM/01 - CHIMICA ANALITICA

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Italiano

Italian


PREREQUISITI PREREQUISITES

Conoscenza degli argomenti degli insegnamenti di Matematica, Fisica, Chimica generale, Chimica organica.

Knowledge of the topics of the courses on Mathematics, Physics, General and Organic Chemistry.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Sono previste sia lezioni teoriche (5 crediti, 40 ore) che esercitazioni pratiche di laboratorio svolte a livello individuale o a piccoli gruppi (2 crediti, 16 ore) ed esercitazioni in campo (viaggi di istruzione). Le lezioni sono tenute con l'ausilio di slide (disponibili agli studenti), collegamenti internet (lavoro su web) e con spiegazioni di dettaglio svolte alla lavagna. Al corso frontale è affiancata un’attività didattica in modalità e-learning contenente materiale didattico, istruzioni per le esercitazioni di laboratorio, prenotazione per le esercitazioni di laboratorio, area riservata ad inserimento relazioni di laboratorio da parte degli studenti, informazioni e prenotazioni per i viaggi di istruzione. Il materiale didattico offerto, integrato da appunti di lezione, è sufficiente per la preparazione e il superamento dell’esame. I testi citati, di consultazione, sono rivolti ad eventuale ampliamento e approfondimento delle conoscenze personali.

Il corso, non essendo rivolto a chimici, è di tipo introduttivo/base propedeutico e di livello intermedio. Esso riguarda la conoscenza dei principi e fondamenti dell’analisi chimica, dell’attrezzatura di base del laboratorio chimico di analisi e del suo uso, nonché di tecniche analitiche classiche e strumentali. In tal senso è propedeutico per affrontare argomenti e tecniche di analisi più avanzati. Approfondita è la trattazione dei calcoli stechiometrici dell’analisi chimica, dove deve essere data dimostrazione di buona padronanza e capacità di risoluzione, anche rapida, di problemi relativamente semplici. Le tecniche classiche di analisi e quelle strumentali sono trattate ad un buon livello di approfondimento, anche se limitati sono gli esempi applicativi presentati. Per le tecniche strumentali, oltre ai principi base, vengono presentati anche i componenti costituenti, limitatamente ai principi di funzionamento e con finalità rivolta alla comprensione e capacità di effettuare la taratura degli strumenti stessi e la messa a punto delle metodiche di analisi. Alcuni approfondimenti sono disponibili nel materiale didattico offerto agli studenti e, in alcuni casi (a giudizio del docente), presentati a lezione, ma non sono richiesti per il superamento dell’esame.

The course consists of theoretical lectures (5 credits, 40 hours) and laboratory practical work carried out individually or at small groups (2 credit, 16 hours) and fieldwork. Lectures are given with the aid of slides (available to students), internet connection (web works) and with explanations of details on the blackboard. An e-learning didactic activity is available in parallel to the normal frontal course. It includes: the didactic material, instructions for the laboratory exercises, booking for the laboratory exercises, a section for the upload of laboratory reports from the students, information and booking for the field work. The offered didactic material, integrated with lecture notes, is sufficient for the preparation and to pass the exam. The quoted textbooks, reported for consultation, are aimed to possible extension and deepening of personal knowledge.

The course, not being aimed at chemists, is of a type introductory/basic and propaedeutic, and of an intermediate level. It concerns of knowledge of principles and fundamentals of the chemical analysis, of the basic instrumentation of the chemical analysis laboratory, and of the classical and instrumenta analytical techniques. In this sense it is propaedeutic to address more advanced topics and analytical techniques. The treatment of stoichiometric calculations is thorough and here it should be given demonstration of a good mastery of the subject and of capacity to solve, even fast, of relatively simple problems. The classical and instrumental analytical techniques are treated at a good level of insights, although limited are the application examples presented. Concerning the instrumental techniques, in addition to the basic principles, the constituent components are also presented, limited to the principles of functioning and with a view to understanding and being able to perform the calibration of the instruments and the set up of the analytical methods. Insights on this point are given in the teaching material offered to the students and, in a few cases (in the teacher’s opinion), they are presented in class, but they are not required to pass the exam.


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

L’insegnamento permette agli studenti di acquisire le conoscenze fondamentali sulle basi teoriche e metodologiche delle principali tecniche dell’analisi chimica classica (gravimetria, volumetria), e strumentali (conduttimetriche, spettroscopiche, cromatografiche ed elettrochimiche), e delle loro applicazioni in campo ambientale (acque di sorgente, acque di fiume, neve, aerosol atmosferico). Vengono inoltre trattati i biosensori e la loro applicazione in campo ambientale.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Attraverso le esercitazioni in laboratorio lo studente dovrà anche acquisire le seguenti abilità professionalizzanti: capacità di effettuare semplici analisi chimiche di laboratorio (gravimetriche, volumetriche, conduttimetriche, potenziometriche, spettrofotometriche) per il controllo analitico di matrici ambientali, inclusa la fase di prelievo di campioni in campo; capacità di raccogliere ed elaborare i dati chimico-analitici.


Competenze trasversali.

L’esecuzione di analisi quantitative in esercitazioni di laboratorio singole e di gruppo, nonché la stesura di relazioni sulle esercitazioni svolte, contribuiscono a migliorare, sia il grado di autonomia di giudizio in generale, sia la capacità comunicativa che deriva anche dal lavoro in gruppo, sia la capacità di apprendimento in autonomia e di trarre conclusioni, dello studente.


Knowledge and Understanding.

The course enables students to acquire the fundamental knowledge of the theoretical and methodological basis of main techniques of classical chemical analysis (gravimetry, volumetry), and of instrumental techniques, (conductimetric, spectroscopic, chromatographic and electrochemical) and their applications in environmental field (spring waters, river waters, snow, atmospheric aerosol). Biosensors and their application in the environmental field are also treated.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

Through the exercises carried out both in laboratory and on the field, the student should also acquire the following professional skills: ability to carry out basic laboratory chemical analyses (gravimetric, volumetric, conductimetric, potentiometric, spectrophotometric) devoted to the analytical control of environmental matrices included the step of field sampling; ability to collect and process chemical-analytical data.


Transversal Skills.

The execution of quantitative analyses in laboratory exercises (alone or in-group), as well as the drafting and editing of reports on the exercises carried out, contribute to improve for the student the degree of judgement autonomy in general, the communicative capacity (which derives also from the teamwork), the learning capacity in autonomy, and the ability to draw conclusions from experimental data.



PROGRAMMA PROGRAM

Contenuti (lezioni frontali, 5 CFU, 40 ore).

Fondamenti dell’analisi chimica. Richiami di quantità di materia, quantità di sostanza, mole, frazione in massa, concentrazione, attività, costante di equilibrio. Bilancia analitica e pesata analitica. Vetreria volumetrica, matracci, pipette, burette. Analisi gravimetrica. Fasi del processo analitico. Calcoli stechiometrici della chimica analitica, contenuto e preparazione di soluzioni, rapporti quantitativi fra sostanze, analisi gravimetrica, cifre significative, incertezza di un risultato calcolato. Errori sistematici e casuali, precisione, accuratezza, materiali certificati, validazione di una metodica analitica. Metodi di determinazione delle concentrazioni. Analisi volumetrica. Titolazioni (acido-base, di precipitazione, di complessamento, di ossido-riduzione), curve di titolazione, metodi di determinazione del punto finale (con indicatori e strumentali). Esempi di analisi volumetriche, anche in campo ambientale (es.: misura acidità delle piogge). Metodi analitici strumentali. Conduttimetria, teoria e strumentazione, titolazioni conduttimetriche: analisi delle acque naturali. Introduzione ai metodi ottici: la radiazione elettromagnetica, parametri ondulatori e relazione con l’energia. Regioni dello spettro elettromagnetico. Spettri di emissione e spettri di assorbimento. Spettrofotometria UV-Vis, teoria e strumentazione; analisi quantitativa, metodi diretti e indiretti (titolazioni fotometriche): applicazioni. Spettrofotometria per assorbimento atomico (AAS), teoria e strumentazione; analisi quantitative: determinazione di elementi tossici in campo ambientale. Spettroscopia di emissione atomica: plasma ad accoppiamento induttivo (ICP), teoria e strumentazione; applicazioni in campo ambientale. Tecniche cromatografiche, teoria. Cromatografia liquida e gascromatografia: strumentazione, analisi quali-quantitativa in cromatografia e applicazioni in campo ambientale. Tecniche elettrochimiche per il monitoraggio ambientale: cenni di potenziometria, amperometria e voltammetria e applicazione ai biosensori.

Esercitazioni in aula, laboratorio e in campo (2 CFU, 16 ore).

In aula: calcoli stechiometrici della chimica analitica. Esempi di analisi in laboratorio: titolazione HCl-NaOH, uso di indicatori acido-base; determinazione acidità di pioggia/neve mediante titolazione potenziometrica; titolazione conduttimetrica di cloruri in acqua di fiume; determinazione potenziometrica di alogenuri in acqua di fiume/termale; determinazioni spettrofotometriche dei nitriti in acqua di fiume; relazione su attività di laboratorio. Parte delle esercitazioni verranno mutuate con l’altro modulo del corso integrato Chimica Analitica e Ambientale: “Chimica Applicata alla Tutela dell’Ambiente”.
In campo: viaggio di istruzione per campionamenti di neve o acque di sorgente con analisi sul posto; visita stabilimenti imbottigliamento acque minerali.

Content (lectures, 5 CFU, 40 hours).

Fundamentals of chemical analysis Recalls of amount of matter, amount of substance, mole, mass fraction, concentration, activity. Analytical balance and analytical weighing. Volumetric glassware, flasks, pipettes, burettes. Gravimetric analysis. Phases of the analytical process. Stoichiometric calculations of analytical chemistry, content and preparation of solutions, quantitative ratios between substances, gravimetric analysis, significant digits, uncertainty of a computed result. Systematic and random errors, precision, accuracy, certified reference materials, validation of an analytical method. Methods for the determination of concentrations. Volumetric analysis. Acid-base titrations, precipitations titrations, complexometric titrations, redox equilibria and titrations, titration curves, acid-base indicators, end-point determination methods (with indicators and instrumentation). Examples of volumetric analyses, also in the environmental field (measurement of the rain acidity). Instrumental analytical methods. Conductimetry, theory and instrumentation, conductimetric titrations: Analysis of natural waters. Introduction to optical methods: the electromagnetic radiation, wave parameters and their relationship with energy. Regions of the electromagnetic spectrum. Emission and absorbance spectra. UV-Vis spectrophotometry, theory and instrumentation; quantitative analysis, direct and indirect methods (photometric titrations): applications. Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS), theory and instrumentation; quantitative analysis: determination of toxic elements in the environmental field. Atomic emission spectrophotometry: inductively coupled plasma (ICP), theory and instrumentation; environmental applications. Chromatographic techniques, theory. Liquid chromatography and gas chromatography: instrumentation, quali-quantitative analysis in chromatography and environmental applications. Electrochemical techniques for environmental monitoring: overview of potentiometry, amperometry and voltammetry and application to biosensors.

Exercises in class, laboratory and in the field (2 credits, 16 hours/student).

In the class: Stoichiometric calculations of analytical chemistry. Example of analyses in the laboratory: Titration HCl-NaOH and use of acid/base indicators; determination of acidity of rain/snow by potentiometric titration; conductimetric titration of chlorides in river water; potentiometric determination of halides in river water and hot spring water; spectrophotometric determinations of nitrites in river water; report on the laboratory activity. Part of the practical lessons will be borrowed with the other module of the integrated course Analytical and Environmental Chemistry: " Applied Chemistry for the Environmental Protection".
In the field: one-day school trip dedicated to field sampling of snow or spring water, with analyses on site; visit to plants for bottling of mineral waters.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

L’esame consiste in un compito scritto e successiva revisione/discussione degli elaborati. Sono previste 5 domande a risposta breve (da 0.5 a 2 punti l'una), 2 domande aperte (da 4 a 6 punti l'una) e 3 esercizi sui calcoli stechiometrici (5 punti ciascuno). Per il voto finale vengono valutate anche le relazioni delle esercitazioni, cui viene assegnato fino ad un massimo di 1 punto. L’esame si intende superato quando il voto del compito scritto è maggiore o uguale a 18.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Nella prova scritta lo studente dovrà dimostrare di conoscere principi e metodi (teoria e pratica) delle metodologie chimico-analitiche gravimetriche, volumetriche, potenziometriche, conduttimetriche, spettrofotometriche, e loro applicazioni in campo ambientale. Nelle relazioni di laboratorio lo studente dovrà dimostrare di aver conseguito la capacità di applicare le conoscenze acquisite durante l’insegnamento ai fini dell’esecuzione di semplici analisi di laboratorio, nonché la capacità di redigere criticamente, in autonomia e/o in gruppo, un rapporto di prova.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Il voto finale viene attribuito tenendo conto della valutazione dello scritto e della relazione di laboratorio, quest’ultima fino ad un massimo di 2 punti. La lode viene attribuita quando il punteggio ottenuto dalla precedente somma superi il valore 30 e contemporaneamente lo studente abbia dimostrato piena padronanza della materia.


Criteri di attribuzione del voto finale.

Il voto finale è attribuito in trentesimi. L’esame si intende superato quando il voto del compito scritto è maggiore o uguale a 18. È prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30 e lode).
Il voto del Corso Integrato di cui questo insegnamento fa parte (con l’insegnamento di Chimica applicata alla tutela dell’ambiente) viene attribuito valutando le risultanze dei due moduli.


Learning Evaluation Methods.

The assessment method is a written classwork and subsequent revision of the script. There will be 5 short answer questions (0.5 to 2 points each), 2 open questions (4 to 6 points each) and 3 exercises on stoichiometric calculations (5 points each). For the final grade are also evaluated the reports of the exercises, which is assigned up to a maximum of 1 point. The exam is considered passed when the grade of the written test is greater than or equal to 18.


Learning Evaluation Criteria.

In the written classwork, the student will have to demonstrate to have acquired a sound knowledge of basics and methods (theory and practice) of the chemical analytical methodologies of gravimetry, volumetry (titrimetry), potentiometry, conductimetry, spectrophotometry, as well as their applications in the environmental filed. In the laboratory reports, the student will have to demonstrate of having achieved the capacity to apply the acquired knowledge during the course to the execution of simple laboratory analyses and the capacity to write critically, in autonomy and/or in-group, a test report.


Learning Measurement Criteria.

The final grade is awarded taking into account the evaluation of the written and laboratory report, the latter up to a maximum of 2 points. The praise is awarded when the score obtained from the previous sum exceeds the value 30 and at the same time the student has demonstrated full mastery of the subject.


Final Mark Allocation Criteria.

The final grade is awarded in thirtieths. The exam is considered passed when the vote of the written test is greater than or equal to 18. It is expected to assign the maximum marks with honors (30 and honors).
nd f the laboratory reports, the latter up to one point. The laud is attributed when the score obtained by the previous sum exceeds the value of 30 and contemporaneously the student demonstrates complete mastery of the matter. The vote of the Combined Course of which this course is part (together with the course of Applied chemistry for environmental protection) is attributed evaluating the results of the two modules.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

- Appunti di lezione
- D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch. Fondamenti di chimica
analitica, 3a ed., EdiSES, Napoli, 2015.
- D.C. Harris. Chimica analitica quantitativa, Zanichelli, Bologna, 2017.
- D.C. Harris. Fondamenti di chimica analitica quantitativa, Zanichelli,
Bologna, 2017.
- C. Baird, M. Cann. Chimica Ambientale, Zanichelli, Bologna, 2013.

- Lecture notes
- D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch. Fondamenti di chimica
analitica, 3rd edn., EdiSES, Napoli, 2015.
- D.C. Harris. Chimica analitica quantitativa, Zanichelli, Bologna, 2017.
- D.C. Harris. Fondamenti di chimica analitica quantitativa, Zanichelli,
Bologna, 2017.
- C. Baird, M. Cann. Chimica Ambientale, 3rd italian edn.,Zanichelli,
Bologna, 2013.


E-LEARNING E-LEARNING

si
https://learn.univpm.it/course/view.php?id=9626

yes
https://learn.univpm.it/course/view.php?id=9626


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2020-2021
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2020-2021

 


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