Workshop sugli sviluppi della ricerca scientifica e tecnologica dell'inrim Programma della terza giornata

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1 lunedì 23 marzo 2015 Workshop sugli sviluppi della ricerca scientifica e tecnologica dell'inrim Programma della terza giornata 9:00 9:20 A. Balsamo Metrologia dimensionale - metrologia a coordinate 9:20 9:40 G. B. Picotto Interferometria e campioni per le misure dimensionali e la nanometrologia delle superfici 9:40 10:00 M. Astrua Metrologia dimensionale - angoli e rotondità 10:00 10:20 M. Pisani Misure interferometriche dalla nano scala, alla geodesia, allo spazio 10:20 10:40 pausa caffè 10:40 11:00 L. Giordani Sviluppo e applicazione di metodi di analisi per la misura della quantità di sostanza 11:00 11:20 M. Battuello Nuova definizione e Mise en Pratique del kelvin 11:20 11:40 G. Coppa Contact thermometry techniques for the new definition of the kelvin, its Mise en Pratique and other applications 11:40 12:00 C. Musacchio The MeteoMet project: INRiM activities and key achievements 12:00 12:20 A. Merlone Thermal metrology for environment 12:20 14:00 pausa pranzo 14:00 14:20 E. Taralli Transition-Edge Sensors: at INRIM every photon counts 14:20 14:40 A. Cultrera Electrical Resistance Tomography for thin films and 2D materials 14:40 15:00 E. Orrù Metrology of electrochemical measurements 15:00 15:20 A. Troia Chimica e Ultrasuoni 15:20 15:40 P. A. Giuliano Albo Misura di precisione della velocità del suono nei fluidi e sviluppo di equazioni di stato termodinamiche

2 Metrologia dimensionale metrologia a coordinate Abstract per il workshop INRIM Alessandro Balsamo, Emanuele Audrito, Davide Corona, Andrea Egidi, Claudio Francese La metrologia dimensionale si occupa di forme e dimensioni di oggetti fisici e di distanze fra punti nello spazio (dove è contigua con la geodesia). L'angolo è adimensionale, in quanto rapporto fra lunghezze; le dimensioni sono invece omogenee con la lunghezza. In definitiva, la metrologia dimensionale si occupa di applicare l'unità SI metro a misurazioni concrete, declinandola per le innumerevoli geometrie incontrate nella pratica, ed elevandola da grandezza scalare (1D) a vettoriale (2D e 3D), e da semplice lunghezza (m) ad area (m²) e volume (m³). La storia della definizione del metro è stata assai turbolenta nei secoli, ma ha raggiunto ora una maturità tecnologica che la rende stabile dal 1983, data dell'attuale definizione. Anche la prevista rivoluzione dello SI non toccherà il metro: rimarrà tale, a meno di eventuale riformulazione verbale. L'incertezza nelle misurazioni dimensionali è dominata da due contributi tipici: (1) la temperatura dell'oggetto in misura, il cui valore di riferimento (20 C, ISO 1) non può mai essere realizzato nella pratica in modo esatto e richiede quindi correzione; e (2), nei casi frequentissimi di misurazioni interferometriche, l'indice di rifrazione del mezzo (tipicamente l'aria). In entrambi i casi, è difficilmente superabile il limite di 10-8, e comunque non si supera quello di Per contro, è assai agevole avere campioni di frequenza (tipicamente laser) tarati a 10-8, ed è ben possibile raggiungere se e quando serva. Dunque, nelle misurazioni dimensionali, l'ultimo dei problemi è la realizzazione locale del metro. Compete invece alla metrologia dimensionale di risolvere i mille problemi legati alla numerosità virtualmente infinita di geometrie possibili (e realmente incontrate nella tecnica), e di coprire l'amplissima scala che s'estende dalla nanometrologia (10-9 m) e i microsistemi (10-6 m), alle applicazioni alla scala ordinaria (10-3 m - 1 m), fino alle applicazioni di grande scala (10 m m) (non considero qui le applicazioni spaziali). Nell'ambito della metrologia dimensionale, la metrologia a coordinate vede la sua sfida nell'elevazione di una grandezza scalare ad una vettoriale 3D, e nel confronto con geometrie le più varie e complesse. Lo strumento principe è la CMM (Coordinate Measuring Machine), di cui l'italia è uno dei maggiori produttori al mondo. Gli anni recenti hanno visto uno straordinario sviluppo di tecnologie a complemento e alternative, tutte mirate ad aggredire nuove area d'applicazione tecnica, e a ridurre tempi e costi di misurazione. Questa presentazione è organica con altre due sulla metrologia dimensionale presentate da colleghi; delle tre, questa s'incarica d'introdurre la metrologia dimensionale in generale con le sue sfide e punti di forza, ed è quindi la prima cronologicamente. Nella seconda parte affronta invece specificamente la metrologia a coordinate, le sue sfide, lo stato dell'arte e le prospettive per l'inrim. pag. 1 di 1

3 Workshop sugli sviluppi della ricerca scientifica e tecnologica dell'inrim Interferometria e campioni per le misure dimensionali e la nanometrologia delle superfici Gian Bartolo Picotto Vengono presentate le attività più recenti inerenti il rinnovamento e l aggiornamento dell interferometro per la taratura dei blocchetti pian paralleli corti, l interferometro differenziale già introdotto per la taratura di campioni diametrali, calibri a passi e righe ottiche fino a 400 mm, fino al recente completamento dell interferometro z per il microscopio a sonda. Parallelamente ne vengono descritti lo stato dell arte e gli sviluppi futuri che vedono la realizzazione di un interferometro double ended per gli stessi blocchetti, lo studio di campioni e sistemi riferibili per la metrologia delle forme complesse (jrp ENG56), così come le applicazioni per la micro e nano metrologia delle superfici. Tra queste vi è la definizione e lo studio di nuovi parametri funzionali tali da evidenziare la correlazione tra la morfologia e specifiche caratteristiche funzionali di taluni prodotti tecnologici (PV cells jrp EMPIR srt i08) attraverso le tecniche di microscopia ottico interferometrica e confocale, così come lo studio di nuovi campioni a larghezza di tratto e la caratterizzazione delle micro e nanoparticelle sferiche e non per la microscopia a forza atomica.

4 Metrologia dimensionale angoli e rotondità (Milena Astrua e Marco Pisani) Si descriverà l attività del laboratorio di misure d angolo e rotondità dalla realizzazione del campione, alla disseminazione alla attività di ricerca. Partendo dalla definizione dell unità si descriveranno gli strumenti e gli aspetti pratici delle misure fino alla realizzazione di macchine innovative che permettono di superare lo stato dell arte. In particolare nel JRP SIB 58 Angles ora in corso si realizzerà una tavola goniometrica basata su un encoder rotante per la taratura degli encoder ottici con incertezza di 50 nrad e si realizzerà un generatore di nano angoli basato su in interferometro di Fizeau per tarature riferibili di autocollimatori. Infine si presenterà l attività relativa al premiale RLG che ha per oggetto la realizzazione di un nuovo campione d angolo basato su un ring laser gyroscope.

5 Misure interferometriche dalla nano scala alla geodesia, allo spazio (Milena Astrua, Enrico Massa, Marco Pisani, Carlo Sasso, Massimo Zucco) Negli anni recenti sono stati realizzati interferometri con risoluzioni alla scala delle dimensioni atomiche per applicazioni che comprendono la nanometrologia e la determinazione della costante di Avogadro fino a interferometri per distanze di chilometri per misure di distanza fra satelliti, affrontando problematiche quali le non linearità dovute al polarization mixing e agli effetti dovuti all indice di rifrazione dell aria. Uno dei temi di particolare interesse è la realizzazione di interferometri assoluti, basati su onda sintetica, con risoluzioni sempre migliori e nell uso dell interferometria per misure diverse dal dimensionale (ad es. misura dell indice di rifrazione).

6 Unità di Radiochimica e Spettroscopia INRIM c/o Dipartimento di Chimica Università degli Studi di Pavia L. Giordani, L. Bergamaschi, G. D Agostino, M. Di Luzio, S. Lazzaroni Sviluppo e applicazione di metodi di analisi per la misura della quantità di sostanza Abstract L Unità staccata di Radiochimica e Spettroscopia dell INRIM svolge, presso il Dipartimento di Chimica dell Università di Pavia, attività per lo sviluppo ed applicazione di metodi di analisi per la misura di quantità di sostanza. La principale tecnica analitica utilizzata è l Analisi per Attivazione Neutronica. La sua applicazione consente la quantificazione di elementi principali (%), in tracce (ppm) ed ultratracce (ppb) con un incertezza relativa che può raggiungere, nelle migliori condizioni sperimentali, livelli dello 0.1%. La tecnica è basata sull attivazione nucleare dell analita e il conteggio dei fotoni gamma emessi durante il decadimento dei radioisotopi prodotti. Gli irraggiamenti con neutroni sono effettuati presso il reattore nucleare Triga Mark II dell Università di Pavia. A differenza di altre tecniche analitiche non è richiesta la dissoluzione del campione. Ne consegue che la contaminazione del campione durante la misurazione è generalmente trascurabile. I metodi di Attivazione Neutronica consentono la determinazione quantitativa di circa 75 elementi chimici in numerose tipologie di campione. Ad esempio materiali di tipo ambientale come suoli e particolato atmosferico; prodotti dell industria alimentare quali vini e formaggi per studi di provenienza; indagini tossicologiche per l individuazione di elementi essenziali e tossici per la salute dell uomo; tessuti biologici per studi in ambito medico; manufatti dell industria metallurgica per la determinazione degli elementi presenti come impurezze in leghe o metalli puri; materiali polimerici impiegati nell industria elettronica; materiali lapidei per lo studio e la conservazione dei beni culturali. I metodi d Attivazione Neutronica sono impiegati, in ambito metrologico, in circuiti d interconfronto organizzati da EURAMET e BIPM, per la Certificazione di Materiali di Riferimento proposti da Istituti Metrologici quali NIST (National Institute of Standard and Technology), IRMM (Institute for Reference Materials and Measurements) e IAEA (International Atomic Energy Agency). Nell ambito delle attività di Ricerca Metrologica, l'unità INRIM di Pavia partecipa al Progetto europeo SIB-09 Primary standards for challenging elements, al progetto SIB-03 kilogram NOW ed al progetto Premiale P Implementation of the new SI. Recentemente, ha avviato una nuova attività di ricerca per misure di dosimetria delle radiazioni ionizzanti, nel contesto del progetto PRIN Sviluppo ed applicazione di nuovi materiali dosimetrici per radiazioni ionizzanti, in collaborazione con INMRI-ENEA. Durante la presentazione saranno brevemente descritti i risultati ottenuti e le prospettive delle attuali attività.

7 Workshop sugli sviluppi della ricerca scientifica e tecnologica dell INRIM Nuova definizione e mise-en-pratique del kelvin M. Battuello, R. Gavioso, F. Girard, D. Madonna Ripa, P. Steur La nuova mise-en-pratique del kelvin (MeP-K) che diverrà operativa con il cambio di definizione dell unità di temperatura termodinamica recepisce i recenti sviluppi in termometria primaria e amplia le possibilità di realizzazione dell unità non solamente attraverso le Scale Internazionali di Temperatura, ma anche mediante misure dirette di T termodinamiche. Le attività condotte dai gruppi di ricerca in Metrologia Termica e Acustica Fisica sono alla base dell impegno dell INRIM per la nuova MeP-K. I principali campi di azione previsti sono i seguenti: metodi acustici per la determinazione della costante di Boltzmann k e per la misura delle differenze T-T90; nuovi punti fissi per il miglioramento della Scala Internazionale di Temperatura; misura di T termodinamiche ad alta temperatura con metodi radiometrici primari relativi mediante l utilizzo di punti fissi eutettici metallo-carbonio; sviluppo di una tecnica multi-spettrale (Double Wavelength Technique) per la determinazione di T termodinamiche; sviluppo di metodi di termometria acustica per la disseminazione diretta del nuovo kelvin. Verranno presentati i risultati raggiunti e le prospettive di sviluppo delle attività già in essere nonché di quelle che verranno intraprese.

8 Contact thermometry techniques for the new definition of the kelvin, its mise en pratique and other applications. Graziano Coppa (assegnista di ricerca INRiM) Abstract Contact thermometry, the (metrology) technique to measure temperatures by means of contact (standard) thermometers, covers a wide range of the temperature scale, including the definition of the unit. The thermodynamic temperature generated by the different systems involved in the determination of the Bolzmann constant k b needs to be kept stable and measured by means of contact thermometry techniques, pushed at the limits of metrological capabilities. INRiM is the only NMI in the world having contributed to the thermal aspects in all the three most promising methods for the determination of k b : acoustic thermometry, Doppler broadening thermometry and dielectric constant gas thermometry. The results and the systems made by INRiM and now working at INRiM, PTB and University of Naples 2 are here reported. Recent discussion, at CCT level, on the realization of the temperature scale(s) and the mise en pratique of the kelvin, opened the opportunity to different possibilities and, at the same time, encouraged thermodynamic realization of temperature. In this field, INRiM is giving a relevant contribution in the reduction of the uncertainty related to the realization of the temperature scale in its subrange between the Al and the Ag fixed points, using Gas Controlled Heat Pipes. Those special devices are able to accurately generate phase transition equilibria, and are used at INRiM also for accurate determination of vapor pressure curves of pure metals. INRiM became the leader NMI in this technique, having acquired the experience to design, manufacture and carefully fill those systems, now operating for research and calibration in different NMIs, private companies and accredited services (including INRiM). Potassium, sodium and mercury vapor pressure curves have been measured and published as best determinations now available: the mercury vapor pressure curve measured at INRiM turned out to be determined with an uncertainty one order of magnitude lower with respect to the best NIST determination. The main results delivered and devices manufactured are here reported together with the INRiM involvement in the NOTED EMRP SI project. Finally, the special systems developed at INRiM to guarantee the full traceability and comparability of thermal measurements by means of Capsule Type Standard Platinum Resistance Thermometers (involved in all the k b experiments, and in a number of other applications including environmental studies) are summarized, together with the INRiM proposal for best practice to be adopted by NMIs and users.

9 The MeteoMet project: INRiM activities and key achievements Chiara Musacchio (Ricercatrice a tempo determinato INRiM) Abstract MeteoMet Metrology for Meteorology is an EMRP Joint Research Project coordinated by INRiM since 2010 and funded till Facilities developed by INRiM in the course of the first three years of MeteoMet, such as laboratory and transportable systems for the calibration of temperature and pressure sensors, are now available for a number of research applications addressed to the full traceability of meteorological and climate measurements. Devices have been manufactured and others are at present being designed also to evaluate sensors characteristics and dynamics. Three transportable climatic chambers have been designed, manufactured and used to calibrate instruments in different on site campaigns: the sensors used for the eldest Italian historical temperature series, recording data since 1863; a permanent INRiM calibration laboratory now installed and operating in the Everest Pyramid at 5050 m of altitude in the Kumbu valley (Nepal); a further prototype used in the Arctic metrology 2014 campaign, in the international base of Ny Ålesund (Svalbard) for the German AWI Institute, operating a GRUAN site. A temperature, pressure and humidity controlled 5 m long wind tunnel is being installed in the INRiM thermal metrology building laboratories and will be launched shortly. A study on the ageing effect of solar shields used for weather stations was performed, lasting 2 years of measurements. New activities include a large scale experiment at an Italian airfield, to evaluate the WMO siting classification for weather instruments, experimental evaluation of ISO and WMO guides, permafrost temperature sensors on site calibration campaign and the construction of a special facility, at INRiM, to simulate a permafrost soil column and the measurement conditions faced by the instruments; the supervision of a REG with the Seconda Università di Napoli on the use of spectroscopic methods to measure water content in the air. The talk reports the main results delivered in the first three years of the MeteoMet project and the activities planned for the period

10 Thermal metrology for environment Andrea Merlone (Primo ricercatore INRiM) Abstract Many of the challenges to promote innovation and ensure sustainable growth in the future are dependent on addressing environmental grand challenges, specifically in the areas of climate change [e.g. Directive 2003/87/EC 1 ] To prevent the most severe impacts of climate change, the international community has agreed that global warming should be kept below 2 C compared to the temperature in pre industrial times. 2 Climate change is mainly based on surface air temperature trends, mostly obtained from meteorological observation records. Future reference grade ground based stations for the acquisition of temperature data purposely designed for climate trend records need metrological support in evaluating sensors characteristics, calibration and measurement uncertainties, and even in defining data quality and target uncertainties. For sea surface temperature there is need for a unique definition and homogenous method of measurement. For ice and permafrost temperature measurements practices are emerging but further work is needed to establish standards and calibration procedures and to evaluate measurement uncertainties. The role of thermal metrology is therefore of high relevance to support data robustness and correct traceability. INRiM is constantly enforcing its leading role in thermal metrology for environment. Beside the coordination of large projects, grouping wide consortia of NMIs, Universities, Research centers, hydrometeo Institutions and manufacturers, INRiM is the only NMI now chairing Task Groups on Environment both within EURAMET and BIPM. The involvement of Institute s staff is not limited to Metrology Institutions, but brings a relevant contribution to climate and meteorological organizations worldwide: INRiM researchers are sitting as experts in the WMO CIMO commission, are nominated rapporteurs of the WMO CCl Commission, are requested as scientific advisors of EU FP projects in climate sciences, are full members of International climate Institutions such as ISTI and GCOS GRUAN. This mutual involvement provides a sound basis for plans aimed at delivering valuable results and impact to science and society. Metrology activity should also be targeted to (i) supporting and ensuring the continued quality of long term activity, e.g. GCOS GRUAN and WCRP Polar prediction, (ii) challenges concerning the provision of artefact standards over long periods of time. This talk presents the outcomes of the several INRiM activities in metrology for climate and environment, in terms of scientific production, impact, dissemination and decision making advantages. Focusing on thermal metrology aspects, such worldwide recognized and unique involvement of the Institute is reported, together with the future strategic opportunities and challenges. 1 Directive 2003/87/EC of the European Parliament and of the Council of 13 October 2003 establishing a scheme for greenhouse gas emission allowance trading within the Community and amending Council Directive 96/61/EC 2 EU action on climate,

11 Transition-Edge Sensors: at INRIM every photon counts E. Taralli, L. Lolli, S. Giomi, M. Rajteri, C. Portesi and E. Monticone Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica INRIM, strada delle cacce 91, I-10135, Torino, Italia Transition-Edge Sensors (TESs) are very versatile superconducting devices used to detect radiation from gamma-rays to visible and sub-millimeter wavelength. The intrinsic capability to measure the energy of the absorbed photons and the related possibility to resolve the number of incidents photons make TESs photon-number resolving (PNR) devices. This property is very important in a growing number of applications as quantum optics [1], telecommunication [2,3] as well as quantum metrology [4] and quantum technologies [5]. These new quantum-based technologies require improved traceability and reliability of measurements at the level of a few photons. In this framework, TESs could play a crucial role as the best PNR detectors available. Moreover the evolution of the candela and the impact of its possible reformulation in terms of quantum units (photons) [6] can make the TESs a key element for its realization. In this presentation I show the recent progresses on TESs fabricated at INRIM in terms of some of the most important single photon-counting detector parameters: very high energy resolution (ΔE=0.11 ev) [7], best optimization between energy resolution and time response [8] and maximum quantum efficiency obtained without using any optical structure deposited on the detector [9]. [1] Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption, M. Giustina et. al., Nature 497, (2013) [2] Non-Gaussian operation based on photon subtraction using a photon-number-resolving detector at a telecommunications wavelength, Namekata Naoto et al., Nature Photonics, (2010). [3] Conclusive quantum steering with superconducting transition-edge sensors, Smith Devin H., et al., Nature Communications, (2012). [4] Self consistent, absolute calibration technique for photon number resolving detectors, Avella A. et al., Optics Express, (2011) [5] Ti/Au TES as superconducting detector for quantum technologies, Lolli L., et al., International Journal of Quantum Information, (2011). [6] Photometry, radiometry and 'the candela': evolution in the classical and quantum world, J.C. Zwinkels, E. Ikonen, N.P. Fox, G. Ulm and M.L. Rastello, Metrologia (2010). [7] High intrinsic energy resolution photon number resolving detectors, L. Lolli et. al. Appl. Phys. Lett (2013). [8] Fabrication and characterization of fast TESs with small area for single photon counting, C. Portesi et. al. IEEE Trans. Appl. Supercond., IN PRESS. [9] Characterization of Optical Fast Transition-Edge Sensors With Optimized Fiber Coupling, L. Lolli et. al., IEEE Trans. Appl. Supercond (2013).

12 Electrical Resistance Tomography for thin films and 2D materials Alessandro Cultrera*, Luca Callegaro Divisione Elettromagnetismo, programma E1 metrologia elettrica INRiM, strada delle Cacce 91, Torino Electrical Impedance Tomography consists in the reconstruction of conductivity distribution of a three dimensional object by performing only boundary voltage measurements for a given driving current injected through the the body. Originally thought for clinical non-invasive applications, found also its way in geology and civil engineering [1]. EIT represents a so called inverse problem in which the simple knowledge of boundary conditions (voltage drop at sample border) allows to numerically solve a differential form of the Ohm s law for the whole domain (interior of the sample). In other words we can check for conductivity irregularity (holes for example) by simply observing the exterior of the sample. Fig.1 SnO2:F round area with 8 silver contacts (conductive area marked with a dark circular shade. Removed areas marked in red. When applied in d.c. regime it is called Electrical Resistance Tomography. Remarkably the main intrinsic limiting factor to spatial resolution in ERT is the inter-electrode distance and not the sample dimension. This aspect could be interestingly paired to the excellence in nano lithography present at INRiM. The same setup allows for averaged van der Pauw measurements, and resistance standards could be placed within the measurement chain for absolute reference while developing the technique. Also an extension to low frequency regime, to address the reactive parameters of materials, is part of the project. The experiment (started in June 2014) is in a very early stage. Since now the experimental setup and the inversion code have been tested on reference materials, in particular conductive coatings (SnO2:F) for touch-display and certain photo-catalytic applications, for which the average conductivity is given and industrial samples are commonly available. Even in an this stage, experiments seems promising in order to discriminate deviation from average conductivity much better than actual 20%. Moreover mechanical removal of conductive coating is well reconstructed (compare for example figures 1 and 2). ERT would allow to study thin film samples (semiconductors and graphene for metrology applications) of arbitrary area - hence at the desired scale, with substantial outcome in terms of structural and morphological characterisation. References 1)Borcea, L. Inverse Probl. 18, R99-R136 (2002). Fig.2 Reconstruction of the film in figure 1. Colorbar reports conductivity in siemens. A check by van der Pauw technique for the still uniform film gave a value of 0.13 S for the average conductivity.

13 Metrology of electrochemical measurements Elena Orrù, Francesca Durbiano Water is the main component of many reagents, buffers and diluents used in clinical laboratory testing. It is used to wash and sanitize laboratory instruments and glassware etc. Inadequate control of water contamination is a potential cause of laboratory errors. In quality control, electrolytic conductivity is commonly employed as a measure of water s overall ionic purity. This parameter can be easily determined without expensive equipment, and it is therefore widely employed in pharmaceutical, environmental and microelectronic sectors. However, conductivity values can be trusted only if they are traceable to the International System of Units (SI). To provide measurement results traceable to SI units, INRIM has developed and maintains primary and secondary measurement systems which guarantee calibration and measurement capabilities (CMCs) for the electrolytic conductivity in the range from 5 ms/m to 2 S/m. Many international comparisons were carried out to support and keep CMCs effective, with the aim of disseminating the unit, i.e. to calibrate sensors and to produce reference materials. Currently, the most significant applications of electrolytic conductivity measurements are located beyond the above given INRIM capability range: on the low side, ultra-pure water has conductivity values below 0.5 ms/m; on the high side, seawater, which contains a large amount of salts, has conductivity values of about 5 S/m. The main difficulties related to the measurements of low conductivity values are the solution contamination by air carbon dioxide and the very low frequencies at which the measurements should be carried out. To minimise these problems, in the framework of the European project imera-plus T2.J10 Tracebioactivity, INRIM has developed a measuring system composed of a closed hydraulic circuit with flowing solution and inert gas, and a new impedance spectrometer based on multifrequency excitation and discrete Fourier transform analysis which measures impedance spectra reaching frequencies in the mhz range. The use of ethanol as transport fuel has grown during the last few years. The need for specifications and standards for this application has been highlighted by stakeholders and authorities, but no standard for biofuels has yet been introduced. In the framework of the European project EMRP ENG09 Metrology for Biofuels, INRIM set out a feasibility study for the traceability to SI of conductivity values of solutions alternative to aqueous solutions. In particular ethanol and bioethanol were investigated. Moreover, the study of the homogeneity and stability of ethanol and bioethanol with the aim of producing reference materials took place. In this case the main difficulties were related to the adsorption of moisture, rich of pollutants, which increase the conductivity value. Practical Salinity is currently the world wide measure for the content of dissolved salt in seawater. According to the 1978 Practical Salinity Scale (PSS-78), this quantity is expressed in terms of a conductance ratio between a seawater sample and a defined potassium chloride solution. In the framework of the European project EMRP ENV05 Ocean, INRIM took part in the establishment of the traceability to SI units of the salinity results obtained by the scale of practical salinity, realising a link between electrolytic conductivity and density measurements. The science of food and nutritional analysis has developed rapidly in recent years. Measuring the quality, safety, nutrition and stability of food products is the primary concern of analytical chemists who are working within food processing industry and in academic and governmental food analytical laboratories. Accordingly, there has been a growing tendency to introduce more accurate, reproducible and objective procedures for the evaluation of quality in foods. INRIM intend to use its experience and knowledge to validate procedures and realise reference materials for the hygiene and cleaning in the food production processes and in packaging of foodstuffs in order to ensure and certify the degree of pollution in the materials. Moreover, voltammetric methods represent a promising tool for trace analysis in food. In particular, the stripping voltammetric techniques allow to determine heavy metals, pesticide, fertilizers and veterinary drugs residues; dyes and additives, vitamins, hormones, etc...

14 Chimica e Ultrasuoni (Adriano Troia, Daniele Madonna Ripa, Rugiada Cuccaro, Chiara Magnetto, Simona Lago, Alberto Giuliano Albo) Verranno presentati alcuni esperimenti ed applicazioni innovative che hanno come contesto l'inaspettato legame tra fisica degli Ultrasuoni e Chimica. In primo luogo verrà illustrata in dettaglio l'applicazione degli ultrasuoni e del fenomeno della cavitazione acustica alla scienza dei materiali: dalla sintesi di materiali nanostrutturati, agli effetti meccanici per il size-tuning di nanoparticelle fino alle tecniche di processo trasferibili al campo industriale. Successivamente si intende mostrare come le proprietà chimiche di alcune molecole, in particolare nelle transizioni liquido-gel o nelle reazioni di equilibrio in soluzioni acquosa, influenzino l interazione tra le onde ultrasonore e i simulatori tissutali utilizzati nelle applicazioni biomediche. Infine verranno presentate le attività di ricerca fondamentale sul fenomeno della cavitazione acustica condotte all INRiM ed il contributo che questi studi possono fornire allo sviluppo di tecniche di misura della cavitazione ripetibili e fisicamente fondate, fino alla realizzazione di un cavitometro.

15 Misura di precisione della velocità del suono nei fluidi e sviluppo di equazioni di stato termodinamiche P. A. Giuliano Albo, S. Lago, R. M. Gavioso, D. Madonna Ripa Per produrre risultati affidabili, i modelli termodinamici più sofisticati necessitano di equazioni di stato che descrivano in modo sufficientemente accurato il comportamento dei componenti di un sistema. Tali modelli trovano applicazione in numerosi e diversificati ambiti scientifici e tecnologici: dall'oceanografia all'ingegneria aerospaziale, dalla meteorologia all'industria alimentare. La loro implementazione si basa sulla misurazione diretta di grandezze fisiche utili a descrivere un potenziale termodinamico, solitamente l energia libera di Helmholtz o di Gibbs. Nella presente comunicazione viene descritto un approccio semplificato che consente l'implementazione di equazioni di stato empiriche, ottenute dall integrazione di particolari sistemi di equazioni differenziali le cui grandezze termodinamiche di ingresso sono la densità, il calore specifico e la velocità del suono, misurate in fluidi puri o miscele. Inoltre, vengono presentati i risultati più significativi ottenuti all INRiM sulla base di misure di precisione della velocità del suono nei fluidi ed evidenziate alcune interessanti prospettive di sviluppo specie nel settore della sensoristica innovativa, con importanti applicazioni in-situ sia in campo ambientale, sia in quello energetico (in particolare, l estrazione e la commercializzazione di idrocarburi o solventi). 1

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