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1020350 -
CHIMICA FISICA IV
(obiettivi)
Gli argomenti trattati in questo insegnamento riguardano le proprietà chimico-fisiche dei sistemi colloidali e delle soluzioni di polimeri e delle tecniche spettroscopiche e strutturali che ne permettono la caratterizzazione. Saranno, quindi, trattati modelli teorici e le relative dimostrazioni per lo studio dei sistemi dispersi.
Alla fine del corso, per quanto riguarda le conoscenze imprescindibili, lo studente dovrà aver acquisito competenze riguardo alle proprietà chimico-fisiche delle soluzioni disperse e alle tecniche e metodologie sperimentali più utilizzate per il loro studio. In particolare, dovrà conoscere i principali processi termodinamici riguardanti tali sistemi, le grandezze in gioco e il loro significato fisico, a livello macroscopico e microscopico. Dovrà essere chiaramente compresa la differenza di comportamento e proprietà dei sistemi dispersi rispetto a quelli continui.
Ci si aspetta che lo studente abbia la capacità di inquadrare il problema in esame nel giusto contesto, selezionare le equazioni e le formule più adatte alla risoluzione di problemi quantitativi. Deve saper scegliere i metodi sperimentali più idonei allo studio dei sistemi proposti dimostrando di saper applicare le competenze acquisite. Inoltre, deve saper argomentare e difendere le scelte fatte e concepire semplici esperimenti basati sulle conoscenze apprese.
Verrà, inoltre, valutata la capacità di analisi, di sintesi e di coerenza logica nell’esposizione e l’abilità dello studente di comunicare in un linguaggio appropriato.
Considerando che l’insegnamento di Chimica Fisica IV appartiene alla Laurea Magistrale in Chimica, per lo studio degli argomenti proposti nel corso, viene suggerito l’uso di più testi, alcuni per approfondimenti, e di articoli pubblicati su riviste internazionali, che verranno discussi in aula. Questo approccio dovrebbe favorire la capacità di apprendimento e l’abitudine a selezionare fonti bibliografiche diverse, in italiano e in inglese. Dovrebbe far comprendere, inoltre, la necessità di un aggiornamento continuo in funzione, ad esempio, dello svolgimento della tesi di laurea magistrale o del dottorato di ricerca.
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SCIPIONI ANITA
( programma)
Introduzione ai colloidi. Definizione di colloidi e loro catalogazione: aerosols, emulsioni, sospensioni colloidali, gels, dispersioni solide, colloidi di associazione, cristalli liquidi. I colloidi e la chimica fisica delle interfasi. Stabilità dei colloidi: forze interparticellari, le forze intermolecolari alla base delle interazioni interparticellari, forze di van der Waals e costante di Hamaker, influenza del mezzo solvente, interazioni elettrostatiche: il doppio strato elettrico, influenza di materiali adsorbiti sulla superficie delle particelle, adsorbimento reversibile, effetto di polimeri. Potenziale DLVO. Processi di distruzione dei colloidi. Cenni sull’interesse dei colloidi nelle nanotecnologie. Applicazioni. (16 ore)
Polimeri e ruolo delle forze che ne determinano la conformazione. Statistica configurazionale di catene polimeriche: distanza end-to-end, raggio di girazione, contour length e lunghezza di persistenza. Volume escluso. Modello di catene random walk. Modello di Porod-Kratki per polimeri rigidi. Applicazioni. (4 ore)
Equilibri conformazionali in polimeri: transizioni cooperative e non cooperative. Trattazione meccanico-statistica delle transizioni cooperative secondo il modello di Ising. Applicazioni. (8 ore)
Interazioni polimeri-ligandi in condizioni di equilibrio. Costanti macroscopiche e microscopiche. Modello dei siti di legame indipendenti: Scatchard plot. Siti di legame interagenti: plot e costanti di legame secondo il modello di Hill. Binding cooperativo e non cooperativo. Applicazioni. (6 ore)
Principi della diffusione di radiazioni. Polarizzabilità della materia (orientazionale, di distorsione ed elettronica). La diffusione elastica e anelastica della radiazione elettromagnetica. Diffusione di Rayleig e di Thompson. Interferenza delle onde diffuse da un distribuzione discreta e continua di diffusori. Radiazione diffusa da una dispersione di particelle colloidali in presenza di solvente (caso dei raggi-X e della luce). Diffusione statica della luce e dei raggi-X. Intensità diffusa da una dispersione di particelle piccole rispetto alla lunghezza d’onda della radiazione incidente. Il fattore di struttura e la funzione di distribuzione radiale. Compressibilità osmotica e sviluppo del viriale. I coefficienti del viriale dalla termodinamica statistica. Il plot di Debye. Intensità diffusa da una dispersione di particelle grandi rispetto alla lunghezza d’onda della radiazione incidente. Fattore di forma e raggio di girazione. Il plot di Zimm, di Guinier. I polimeri e il plot di Kratky. Polidispersità ed effetti sulla determinazione della massa e del raggio di girazione. Ricostruzione della struttura a bassa risoluzione di particelle colloidali in soluzioni diluite. Soluzioni concentrate ed approssimazione di disaccoppiamento. Descrizione delle strumentazioni per misure di diffusione della luce e di raggi-X a piccoli angoli. Esperienze di laboratorio.
Diffusione dinamica della luce. Dipendenza dal tempo dell’intensità diffusa. Funzioni di autocorrelazione del campo elettrico e dell’intensità della luce diffusa. Coefficiente di diffusione collettiva. Polidispersione: analisi dei cumulanti e metodi per la determinazione della distribuzione dei tempi di rilassamento. Funzioni di autocorrelazione per dispersioni di particelle grandi e contributo rotazionale. Applicazioni. (24 ore)
Risonanza magnetica nucleare in gradiente di campo magnetico pulsato. Richiami sui principi della risonanza magnetica nucleare. I tempi di rilassamento. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Spin-echo in gradiente di campo magnetico pulsato: sequenze principali. Il coefficiente di auto diffusione. Polidispersione: valore medio e distribuzione dei coefficienti di diffusione. Applicazioni. (4 ore)
Diffusione traslazionale e proprietà dei colloidi. Effetti delle interazione sui coefficienti di auto diffusione e di diffusione collettiva. Coefficiente di diffusione libera: equazione di Stokes-Einstein e raggio idrodinamico. Metodi per il calcolo del raggio idrodinamico dalla struttura delle particelle. (4 ore)
Dicroismo Circolare. Attività ottica. Origini fisiche del dicroismo circolare. Descrizione della strumentazione. Calcolo del dicroismo circolare di un dimero (exciton splitting). Il dicroismo circolare nelle proteine, acidi nucleici e aggregati supramolecolari. Calcoli semiempirici per la simulazione di spettri. Applicazioni. (10 ore)
 Essendo un insegnamento della laurea magistrale, non c'è un testo di riferimento. Sono consigliati:
1. Colloid Science: Principles, Methods and Applications, Seconda Edizione, Terence Cosgrove Editor, Wyley
2. Principles of Physical Biochemistry – Kensal E. van Holde, W. Curtis Johnson, P. Shing Ho, Seconda Edizione, Prentice Hall (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica)
3. Materiale proiettato a lezione
(Date degli appelli d'esame)
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D'ABRAMO MARCO
( programma)
Introduzione ai colloidi. Definizione di colloidi e loro catalogazione: aerosols, emulsioni, sospensioni colloidali, gels, dispersioni solide, colloidi di associazione, cristalli liquidi. I colloidi e la chimica fisica delle interfasi. Stabilità dei colloidi: forze interparticellari, le forze intermolecolari alla base delle interazioni interparticellari, forze di van der Waals e costante di Hamaker, influenza del mezzo solvente, interazioni elettrostatiche: il doppio strato elettrico, influenza di materiali adsorbiti sulla superficie delle particelle, adsorbimento reversibile, effetto di polimeri. Potenziale DLVO. Processi di distruzione dei colloidi. Cenni sull’interesse dei colloidi nelle nanotecnologie.
Polimeri e ruolo delle forze che ne determinano la conformazione. Statistica configurazionale di catene polimeriche: distanza end-to-end, raggio di girazione, contour length e lunghezza di persistenza. Volume escluso. Modello di catene random walk. Modello di Porod-Kratki per polimeri rigidi.
Equilibri conformazionali in polimeri: transizioni cooperative e non cooperative. Trattazione meccanico-statistica delle transizioni cooperative secondo il modello di Ising.
Interazioni polimeri-ligandi in condizioni di equilibrio. Costanti macroscopiche e microscopiche. Modello dei siti di legame indipendenti: Scatchard plot. Siti di legame interagenti: plot e costanti di legame secondo il modello di Hill. Binding cooperativo e non cooperativo.
Principi della diffusione di radiazioni. Polarizzabilità della materia (orientazionale, di distorsione ed elettronica). La diffusione elastica e anelastica della radiazione elettromagnetica. Diffusione di Rayleig e di Thompson. Interferenza delle onde diffuse da un distribuzione discreta e continua di diffusori. Radiazione diffusa da una dispersione di particelle colloidali in presenza di solvente (caso dei raggi-X e della luce). Diffusione statica della luce e dei raggi-X. Intensità diffusa da una dispersione di particelle piccole rispetto alla lunghezza d’onda della radiazione incidente. Il fattore di struttura e la funzione di distribuzione radiale. Compressibilità osmotica e sviluppo del viriale. I coefficienti del viriale dalla termodinamica statistica. Il plot di Debye. Intensità diffusa da una dispersione di particelle grandi rispetto alla lunghezza d’onda della radiazione incidente. Fattore di forma e raggio di girazione. Il plot di Zimm, di Guinier. I polimeri e il plot di Kratky. Polidispersità ed effetti sulla determinazione della massa e del raggio di girazione. Ricostruzione della struttura a bassa risoluzione di particelle colloidali in soluzioni diluite. Soluzioni concentrate ed approssimazione di disaccoppiamento. Descrizione delle strumentazioni per misure di diffusione della luce e di raggi-X a piccoli angoli. Esperienze di laboratorio.
Diffusione dinamica della luce. Dipendenza dal tempo dell’intensità diffusa. Funzioni di autocorrelazione del campo elettrico e dell’intensità della luce diffusa. Coefficiente di diffusione collettiva. Polidispersione: analisi dei cumulanti e metodi per la determinazione della distribuzione dei tempi di rilassamento. Funzioni di autocorrelazione per dispersioni di particelle grandi e contributo rotazionale. Esperienza di laboratorio.
Risonanza magnetica nucleare in gradiente di campo magnetico pulsato. Richiami sui principi della risonanza magnetica nucleare. I tempi di rilassamento. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Sequenza spin echo ed esperimento di Hahn. Spin-echo in gradiente di campo magnetico pulsato: sequenze principali. Il coefficiente di auto diffusione. Polidispersione: valore medio e distribuzione dei coefficienti di diffusione.
Diffusione traslazionale e proprietà dei colloidi. Effetti delle interazione sui coefficienti di auto diffusione e di diffusione collettiva. Coefficiente di diffusione libera: equazione di Stokes-Einstein e raggio idrodinamico. Metodi per il calcolo del raggio idrodinamico dalla struttura delle particelle.
Dicroismo Circolare. Attività ottica. Origini fisiche del dicroismo circolare. Descrizione della strumentazione. Calcolo del dicroismo circolare di un dimero (exciton splitting). Il dicroismo circolare nelle proteine, acidi nucleici e aggregati supramolecolari. Calcoli semiempirici per la simulazione di spettri.
1. Intermolecular and Surface Forces - Jacob N. Israelachvili, Terza edizione, Elsevier.
2. Principles of Physical Biochemistry – Kensal E. van Holde, W. Curtis Johnson, P. Shing Ho, Seconda Edizione, Prentice Hall
3. Biophysical Chemistry, secondo volume: Techniques for the Study of Biological Structure and Function – Charles R. Cantor, Paul R. Schimmel – W. H. Freeman and Company
4. Colloid Science: Principles, Methods and Applications, Seconda Edizione, Terence Cosgrove Editor, Wyley
5. Materiale proiettato a lezione
6. Alcuni articoli di recente pubblicazione che verranno discussi a lezione
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9
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CHIM/02
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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1020353 -
CHIMICA ORGANICA IV
(obiettivi)
L’obiettivo del corso è quello:
1) di formare lo studente in modo che possa affrontare una discussione riguardante la reattività delle molecole organiche senza difficoltà.
2) di consentire agli studenti, in prima istanza di acquisire le nozioni principali della chimica organica fisica e poi di utilizzare queste basi per trattare i meccanismi di alcune reazioni comuni della chimica organica.
3) di far acquisire agli studenti uno spirito critico che permetterà loro di risolvere indipendentemente i problemi meccanicistici che si troveranno ad affrontare durante la vita lavorativa.
Alla fine del corso lo studente
a) sarà in grado di programmare uno studio sperimentale attraverso il quale poter risolvere problemi meccanicistici inediti.
b) sarà finalmente in grado di comunicare sia il programma sperimentale che intende applicare per risolvere un problema meccanicistico che i risultati che eventualmente otterrebbe.
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DI STEFANO STEFANO
( programma)
I parte
Fenomenologia della cinetica chimica (5 ore). Definizione di meccanismo di reazione. Evidenze non cinetiche. Velocità di
reazione ed equazioni cinetiche. Integrazione delle principali equazioni cinetiche (I ordine, II ordine con Ao=Bo e Ao≠Bo, I
ordine reversibile). Reazioni di ordine 0 e reazioni di pseudo-ordine. Tempi di dimezzamento. Reazioni consecutive e
competitive. Competizione tra ordini. Metodi per la misura delle costanti cinetiche (differenziale ed integrale). Metodi
continui e discontinui per la determinazioni delle costanti cinetiche. Metodi di flusso continuo ed interrotto.
Teoria della cinetica chimica (4 ore). Legge empirica di Arrhenius. Teoria delle collisioni. Teoria di Eyring. Derivazione.
Frequenza universale di decomposizione del complesso attivato. Plot di Eyring e significato dei parametri di attivazione.
Limiti della teoria di Eyring. Coordinata di reazione. Postulato di Hammond. Postulato di Leffler-Hammond. Serie
omologhe. Reattività-Selettività. Curtin-Hammett. Principio della reversibilità microscopica. Reazioni sotto controllo
diffusionale.
Effetto Isotopico Cinetico (3 ore). Definizioni. Primario (EICP). Derivazione quantomeccanica per trasferimenti lineari.
EICPmax. Trasferimenti non lineari. Misura di piccoli valori di EIC. Esempi di EICP. Effetto tunnel. Esempi di Effetto tunnel.
Effetto isotopico cinetico sterico. Secondario (EICS), diretto e inverso. Valori massimi. Esempi di EICS (sostituzione al Cα e al
Cβ). Studio della trasposizione di Cope. Dipendenza dalla temperatura dell’ EIC.
Correlazioni lineari di energia libera A (5 ore). Equazione di Hammett. σ, σp e σm. Aspetti termodinamici ed aspetti
cinetici. Esempi di applicazione della equazione di Hammett. Deviazioni dalla linearità: cambi di stadio lento e cambi di
meccanismo. Equazione di Okamoto-Brown (σ- e σ+) ed esempi di applicazione. Equazione di Yukawa-Tsuno. Separazione di effetti coniugativi ed induttivi. Definizione di σI e σR e σF. Equazione di Taft ed effetti sterici. Limiti delle correlazioni
lineari di energia libera. Temperatura isocinetica e di isoequilibrio. Compensazioni entalpia-entropia
Correlazioni lineari di energia libera B (5 ore). Definizione di catalizzatore. Catalisi acida (basica) specifica e generale.
Metodo dei tamponi. Catalisi acida (basica) generale di I, II (SA-GB e SB-GA), e III tipo. Esempi e distinzione. Equazione di
Brønsted. Derivazione geometrica di α e β. Significato di α e β nella catalisi acida (basica) generale del I e del II tipo.
Applicazioni numeriche dell’equazione di Brønsted. Anomalie dei nitroalcani. Generazione di enolati sotto controllo
cinetico e termodinamico.
Correlazioni lineari di energia libera C (4 ore). Interazioni intermolecolari coinvolgenti solvente e soluto. Effetti del
sovente sulla velocità di reazione. Regole di Hughes e Ingold. Equazione di Winstein-Grunwald. Equazione di Schleyer.
Solvatocromismo. Equazione di Swain-Scott. Relazioni di Brønsted. Equazione di Hansch, cenni. Effetti salini: primario e
secondario.
II parte
Reazioni al carbonio saturo (7 ore). Reazioni di sostituzione. Meccanismi SN1 e SN2 come limiti di uno spettro
meccanicistico continuo. Meccanismo SN1. Evidenze dell’ esistenza di carbocationi. Effetto massa (dello ione a comune) ed
effetto sale (dello ione non a comune). Coppie ioniche. Evidenze cinetiche dell’esistenza di coppie ioniche tight e loose.
Effetto sale speciale. Meccanismo SN2, stereochimica. Cicli di Kenyon-Phillips ed esperienza di Ingold. Effetto del
Nucleofilo. Reazioni SN2 in fase gassosa. Curve a doppio pozzo di Brauman. Diagrammi di More O’Ferral Jencks e Stato di
Transizione Variabile. Potere riducente dei nucleofili e dicotomie meccanicistiche SES-SET. Reazioni di eliminazione. Meccanismi limite delle -eliminazioni E2, E1, (E1cb)IRR ed (E1cb)REV. Interpretazione mediante i diagrammi di More O’Ferrall Jenks delle eliminazioni sui substrati feniletilici di Bunnett. SIN eliminazioni.
Reazioni al carbonio arilico e vinilico (9 ore). Sostituzioni nucleofile aromatiche. a) Meccanismo di
addizione/eliminazione. Generalità ed esempi particolari. Aspetti cinetici. Sostituzioni viniliche b) Meccanismo SN1 a carico
dei sali di diazonio. Caratteristiche dello ione fenilio. Reazione di Sand-Mayer. Sostituzioni viniliche. c) Meccanismo di
eliminazione/addizione via benzino. Fenomenologia e generalità. Danza degli alogeni. Sostituzioni viniliche. d)
Meccanismo SNR1. Esperimenti di Bunnett sui 5- e 6- alogenopseudocumeni. Risoluzione della dicotomia SNR1-SNR2.
Sostituzioni elettrofile aromatiche. Generalità sul meccanismo. Generazione degli elettrofili. Attivazione ed orientamento.
Basicità σ. Correlazione reattività – basicità σ. Struttura dello stato di transizione e forza dell’elettrofilo. Complessi
(complessi EDA e CT). Basicità . Fattori parziali di reattività. Selettività intermolecolare ed intramolecolare. Plot di H.C.
Brown. Interpretazioni della deviazione relativa al NO2BF4. Dicotomia meccanismo ionico – meccanismo ET nelle SEAr.
Effetti “peri” nei naftaleni. SEAr non convenzionali.
Reazioni coinvolgenti il carbonio carbonilico (8 ore). Idrolisi degli esteri. Meccanismi AAc2 e BAc2. Esperiementi di Polanyi e
di Bender. Esperimenti di Yates e meccanismi di idrolisi AAc1 e AAl1. Idratazione di composti carbonilici. Idrolisi di acetali
meccanismi con catalisi acida specifica (A-1 e A-2) e con catalisi acida generale. Transacetalazione. Esistenza del
meccanismo A-2 in casi particolari. Reazione di formazione di Immine. Meccanismo. Catalisi acida e basica. Condensazioni
aldoliche. Meccanismi nella catalisi acida e basica. Condensazioni tipo Claisen-Schimdt con chetoni non simmetrici.
Reazioni intramolecolari (7 ore). Partecipazione del gruppo vicino e assistenza anchimerica. Partecipazione del gruppo
vicino mediante lone pair, nucleo aromatico, legame , legame σ. Carbocationi non classici. Reazioni di ciclizzazione.
Definizione di Molarità Effettiva (EM). Considerazioni di carattere termodinamico. Energie di tensione (SE° ed SE≠
). Grafici LogEM vs numero di rotori (r). Condensazione aciloinica. Valore massimo teorico della EM. Valori di EM eccedenti il valore
teorico massimo. Relazione tra profili di LogEM vs r e struttura dello ST.
Catalisi per complessazione (4 ore). Meccanismi d’azione di un catalizzatore. Catalisi per complessazione (Pauling). Ipotesi
fondamentalista di Schowen. Potere catalitico e selettività. Schema di Michaelis-Menten e significato della costante di
Michaelis. Costante di specificità di un catalizzatore. Enzimi perfetti. Anticorpi catalitici. Esempi di catalizzatori
supramolecolari.
Meccanismi di polimerizzazione (5 ore). Caratteristiche generali dei polimeri (Tg e Tm). Peso molecolare medio numerico e
ponderale. Indice di polidispersione. Classificazione delle polimerizzazioni in base al tipo di reazione o al meccanismo di
reazione. Polimerizzazioni per crescita a stadi irreversibile e reversibile (cenni sulla teoria di Jacobson-Stockmayer) e
relativi esempi. Polimerizzazione per crescita a catena irreversibile e reversibile e relativi esempi. Polimerizzazione di
Ziegler/Natta, meccanismi di generazione di polimeri stereoregolari (isotattici e sindiotattici).
informazioni agiuntive riguardanti il corso sono disponibili nel link:
https://www.chem.uniroma1.it/didattica/offerta-formativa/insegnamenti/chimica-organica-iv
Modern Physical Organic Chemistry, Anslyn-Dougherty, University Science Books, Sausalito, CA (USA), 2006
(Date degli appelli d'esame)
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9
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CHIM/06
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72
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
Gruppo opzionale:
Gruppo opzionale 1 - (visualizza)
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9
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1022305 -
AMBIENTE E SALUTE
(obiettivi)
1) Si presentano agli studenti le problematiche ambientali e l’interazione con la salute e il benessere della popolazione, anche aldilà del mero aspetto chimico-tossicologico (Si prendono in esame anche fattori ambientali di natura fisica o biologica).
2) Vengono pertanto forniti criteri e nozioni multidisciplinari in modo da stimolare una ampia visione dei problemi da esaminare e quindi da avere una visione globale delle problematiche ambientali, iniziando da quelle più rilevanti riscontrabili nel mondo lavorativo.
3) Si stimola la capacità ed autonomia di giudizio dello studente mediante la ricerca e la discussione critica (individuale, ma in confronto con colleghi) di casi documentati ma controversi o oggetto di procedimento giudiziario relativi a problematiche ambientali (parte di esame).
4) Lo studente deve esporre le casistiche oggetto di ricerca/discussione in modo che gli eventuali colleghi partecipino alla discussione in modo attivo e critico.
5) I concetti proposti e sviluppati dovranno essere assimilati dallo studente in modo che nella vita professionale possa affrontare con la giusta metodologia problematiche ambientali – spesso con caratteristiche peculiari - nelle quali sarà coinvolto sempre insieme ad altre figure professionali, con le quali deve essere in grado di dialogare utilmente.
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BACALONI ALESSANDRO
( programma)
concetti generali di pericolo e rischio, valutazione, comunicazione, percezione e gestione del rischio
rischi per la sicurezza, per la salute, per l'ambiente e cenni di normativa specifica
cenni di tossicologia generale, applicata e industriale, meccanismi di cancerogenesi
classificazione sostanze chimiche pericolose, classificazione agenti chimici aerodispersi, valori limite di esposizione, loro significato e peso nella normativa
definizione di rischio chimico, monitoraggio biologico della esposizione a tossici, criteri e metodi di valutazione
definizioni, determinazione e gestione dell'inquinamento atmosferico, gestione dei rifiuti e cenni di normativa correlata
cenni di bonifica di suoli inquinati -
rischio lavorativo ed ambientale da amianto
rischio lavorativo da agenti biologici
rischi lavorativi ed ambientali da radiazioni ionizzanti (radon) e non ionizzanti
rischio lavorativo ed ambientale da rumore e vibrazioni meccaniche
regolamenti europei REACH e GHS-CLP per la classificazione delle sostanze chimiche
Dispense del docente
(Date degli appelli d'esame)
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9
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CHIM/01
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72
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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1022330 -
SPETTROMETRIA DI MASSA CON LABORATORIO
(obiettivi)
Il corso si propone di guidare lo studente in un percorso che parte dalle nozioni base della spettrometria di massa per arrivare alle sue più recenti applicazioni in campo analitico e dello studio di biomolecole. Lo studente alla fine del corso dovrà dimostrare di conoscere i principi teorici di base della spettrometria di massa, nonché delle diverse tecniche di ionizzazione e dei principali analizzatori di massa. Dovrà inoltre aver compreso le potenzialità dell’accoppiamento fra le tecniche di cromatografia liquida e gassosa con la spettrometria di massa, nonché della spettrometria di massa tandem, con particolare riferimento alle miscele complesse e agli analiti presenti in tracce. Lo studente dovrà essere in grado di estrapolare e descrivere le informazioni ottenibili da uno spettro di massa.
Dal punto di vista dell’applicazione delle conoscenze apprese, lo studente dovrà acquisire la capacità, posto di fronte a un problema reale, di scegliere la strumentazione più adeguata e le modalità di acquisizione adeguate per l’analisi di campioni biologici, ambientali ed alimentari. Importante è anche la capacità di motivare le possibili strategie analitiche scelte.
Lo studente infine dovrà esser in grado, studiando in modo autonomo, di approfondire specifici argomenti mediante la letteratura scientifica.
Gli obiettivi formativi sono di seguito dettagliati declinandoli secondo i Descrittori di Dublino.
Descrittore di Dublino 1 - Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente alla fine del corso ha acquisito i principi teorici di base della spettrometria di massa, nonché delle diverse tecniche di ionizzazione e dei principali analizzatori di massa. Deve conoscere la teoria della spettrometria di massa tandem e averne comprese le potenzialità di determinazione qualitativa e quantitativa. Deve aver capito l’utilità dell’accoppiamento della spettrometria di massa con tecniche separative o la possibilità di analisi rapide in situ. Deve saper distinguere fra informazioni ottenibili dalla spettrometria di massa a bassa e ad alta risoluzione, nonché avere chiaro il concetto di accuratezza di massa.
Descrittore di Dublino 2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente deve acquisire la capacità di affrontare una problematica complessa, risolvibile mediante l’applicazione della spettrometria di massa e di massa tandem, ad esempio in ambito di analisi ambientali o alimentari, tenendo conto anche della normativa europea per quanto riguarda i requisiti dei limiti massimi ammessi di una certa sostanza in funzione dei limiti di rivelabilità ottenibili con la tecnica mediante le diverse modalità di acquisizione. Deve essere in grado di selezionare la tecnica di ionizzazione più opportuna in funzione degli analiti target e del campione, proponendo anche l’eventuale accoppiamento della spettrometria di massa con tecniche separative.
Descrittore di Dublino 3 - Autonomia di giudizio
Lo studente deve sviluppare la capacità di valutazione critica riguardo ad una problematica analitica o di ricerca in generale, risolvibile mediante l’applicazione della spettrometria di massa, integrando le conoscenze acquisite durante il ciclo di studi. Tale capacità viene sviluppata nell’ambito di alcuni esempi tratti dalla letteratura scientifica, con particolare riferimento alle miscele complesse di composti, presenti in tracce e/o di struttura incognita, e alle biomolecole (per esempio proteine e peptidi). Importante è anche la capacità di motivare la scelta della strategia analitica.
Descrittore di Dublino 4 - Abilità comunicative
Lo studente deve essere in grado di esprimere sotto forma di relazione scritta od oralmente le conoscenze apprese in modo sintetico, coerente e ben focalizzato, anche avvalendosi di programmi grafici di presentazione, rivolgendosi sia a interlocutori specialisti sia non specialisti.
Descrittore di Dublino 5 - Capacità di apprendimento
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato gli strumenti atti a stimolare approfondimenti e collegamenti tra contenuti diversi. Dovrà possedere la capacità di consultare in maniera autonoma la letteratura scientifica nell’ambito della spettrometria di massa, per approfondire sia alcuni aspetti teorici sia, soprattutto, gli aspetti applicativi. Dovrà essere in grado, sempre mediante consultazione della letteratura scientifica, di ricavare le informazioni attinenti alla soluzione di problemi nuovi, nonché di cogliere gli elementi essenziali utili alla contestualizzazione della propria attività professionale.
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CAVALIERE CHIARA
( programma)
Il programma del corso è articolato in una parte teorica contente i fondamenti della spettrometria di massa con richiami alle applicazioni (punti 1-5) e una parte di esercitazioni (punto 6), da svolgersi prevalentemente in aula.
1) Cenni di storia della spettrometria di massa e sua evoluzione. Concetti base e applicazioni della spettrometria di massa nei vari campi della chimica. Componenti di uno spettrometro di massa. Principi generali della spettrometria di massa. Spettro di massa e sua rappresentazione. Unità di massa atomica; definizione di massa nominale, massa media e massa monoisotopica. Risoluzione e accuratezza di massa, distribuzione isotopica. Calcolo dei pattern isotopici per l’interpretazione degli spettri di massa.
(4 ore).
2) Sorgenti di ioni: tecniche di ionizzazione hard e soft. Ionizzazione elettronica (EI) e ionizzazione chimica (CI). Tecniche di ionizzazione per desorbimento. Cenni alle tecniche fast atom bombardment (FAB) e secondary ion mass spectrometry (SIMS). Ionizzazione laser assistita da matrice (MALDI) e cenni alle sue varianti. Ionizzazione a pressione atmosferica: elettrospray (ESI), nanoESI, ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI), fotoionizzazione a pressione atmosferica (APPI). Tecniche di ionizzazione in ambiente: desorption ESI (DESI) e direct analysis in real time (DART).
Regole di base per la formazione e la frammentazione degli ioni.
(20 ore)
3) Analizzatori di massa. Quadrupolo, guide ioniche e celle di collisione. Trappola ionica di Paul e lineare (3D e 2D a confronto), espulsione per limite di stabilità e per risonanza. Tempo di volo con reflectron ed estrazione ritardata; accelerazione ortogonale. Settore magnetico ed elettro-magnetico. Spettrometria di massa a trasformata di Fourier: analizzatore Orbitrap e a risonanza ionica ciclotronica. Strumenti ibridi. La risoluzione al variare del rapporto massa/carica. Rivelatori e acquisizione dati.
(24 ore)
4) Accoppiamento della spettrometria di massa con tecniche cromatografiche gassose e liquide.
(4 ore)
5) Reazioni di frammentazione mediante attivazione CID (collision induced dissociation). Spettrometria di massa tandem, modalità di scansione. Applicazioni e analisi quantitativa. Teoria della frammentazione CID: distinzione fra regime ad alta e a bassa energia cinetica. Applicazione delle tecniche di spettrometria di massa allo studio delle biomolecole: frammentazione di peptidi e proteine. Tecniche di attivazione alternative alla CID: electron capture dissocation (ECD) e electron transfer dissociation (ETD).
(10 ore)
6) Esercitazioni in aula su lettura e accenni di interpretazione di spettri di ionizzazione elettronica e di massa tandem. Illustrazione pratica del funzionamento di uno spettrometro di massa. Esercitazioni su trattamento informatico dei dati acquisiti
(20-24 ore)
- Edmond de Hoffmann and Vincent Stroobant, Mass spectrometry, Principles and Applications. Ed. Wiley, 3rd edition (2007).
- Jürgen H. Gross. Mass Spectrometry. A textbook, second edition. Ed. Springer.
Disponibile anche in italiano: Spettrometria di massa. Ed. Edises.
- Dispense del corso disponibili sulla piattaforma Moodle https://elearning2.uniroma1.it/
- Durante lo svolgimento del corso vengono suggerite alcune pubblicazioni (la cui lettura è a discrezione dello studente) per approfondire argomenti specifici.
(Date degli appelli d'esame)
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CHIM/01
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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