Laboratorio di Chimica Analitica Università di Pavia

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2 Michelle Boscolo e Ilaria Zambruno Istituto G. Marconi di Tortona (indirizzo perito tecnologie-alimentari) Laboratorio di Chimica Analitica Università di Pavia

3 Determinazione di anioni mediante cromatografia ionica in campioni di acque minerali Determinazione di silicio come marker nei casi di annegamento in campioni di sangue ventricolare umano Determinazione della composizione di un balsamo di pino con l utilizzo di HPLC-UV Analisi di antibiotici fluorochinolonici mediante HPLC- UV Estrazione di antibiotici adsorbiti su materiali argillosi: prove di ottimizzazione mediante microonde Analisi di metalli mediante ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectroscopy) Calcolo, preparazione e misura di soluzioni standard per calibrazioni Speciazione di strumentali V(V)/V(IV) in matrici acquose mediante utilizzo di microcolonne di silice ricoperta da TiO 2 nanometrica

4 METODI QUANTITATIVI NELL ANALISI STRUMENTALE Nella chimica analitica strumentale la quantificazione di un analita viene ottenuta indirettamente misurando una proprietà fisica o chimico-fisica dell analita in esame. La grandezza misurata dallo strumento y (parametro misurato, segnale) è collegata alla quantità o concentrazione di analita presente (quantità chimica) C. METODO DELLA CURVA DI TARATURA 1) Si preparano vari campioni, detti Standard, contenenti quantità note (xi) di analita nella stessa matrice del campione incognito o in una matrice equivalente. 2) Si sottopone ciascuno standard alla misura strumentale. Per lo standard i-esimo si rileverà un segnale Si. 3) Si riportano in grafico i punti sperimentali (xi, Si). 4) Si applica un metodo statistico (regressione lineare - metodo dei minimi quadrati) per determinare la curva che meglio si adatta ai punti sperimentali. 5) Si sottopone il campione incognito alla misura strumentale, rilevando un segnale S0. 6) Si esegue una interpolazione sulla curva di taratura per calcolare il valore di x, chiamato x0, che corrisponde a S0. S (segnale strumento) concentrazione delle soluzioni standard bianco (x 1, S 1 )= contiene tutti i componenti presenti nel campione escluso l analita

5 TECNICHE CROMATOGRAFICHE Le tecniche cromatografiche permettono la separazione e la quantificazione dei componenti di matrici complesse. Nei metodi cromatografici i componenti di una miscela si separano distribuendosi tra due fasi: la fase stazionaria (un solido o un liquido su supporto solido inerte) la fase mobile (gas o liquido) che fluisce in modo continuo su quella stazionaria. La diversa affinità dei componenti la miscela per le due fasi porterà alla loro separazione. Nella cromatografia liquida (LC) la fase mobile è un liquido, nella gas cromatografia (GC) la fase mobile è un gas. La Cromatografia Liquida è diventata una tecnica analitica indispensabile in molti settori: farmaceutico, biologico, biomedico, clinico e forense. L acronimo HPLC significa High Performance Liquid Chromatography.

6 I COMPONENTI FONDAMENTALI DEL SISTEMA HPLC SONO: una pompa che regola e mantiene costante il flusso della fase mobile. Poiché la fase stazionaria è costituita da particelle di diametro micrometrico impaccate, il flusso della fase mobile attraverso la fase stazionaria richiede un elevata pressione; un sistema di introduzione del campione; una colonna contenente la fase stazionaria. Può essere presente una precolonna (o colonna di guardia) che riduce la quantità della matrice del campione che entra nella colonna analitica. La colonna può essere termostatata per migliorare la riproducibilità della separazione; un rivelatore che evidenzia, mediante segnali elettrici, gli analiti che eluiscono dalla colonna; il grafico della risposta del rivelatore in funzione del tempo è chiamato cromatogramma.

7 Il riconiscimento degli analiti viene effettuato confrontando il tempo di ritenzione dei picchi del campione con il tempo di ritenzione di soluzioni di riferimento. La concentrazione viene determinata confrontando l area del picco con la curva di taratura dell analita costruita mediante una serie di soluzioni di riferimento a diverse concentrazoni.

8 DETERMINAZIONE DI CL -, NO 3 - E SO 4 2- IN ACQUE MINERALI MEDIANTE CROMATOGRAFIA IONICA Pompa Colonna Soppressore Integratore Contenitori dei solventi che costituiscono la fase mobile Sistema di introduzione del campione (valvola) Rivelatore a conducibilità Condizioni cromatografiche:

9 Le nostre curve di taratura Retta di taratura Cloruri Retta di taratura Nitrati area del picco y = 1E+06x R 2 = Area del picco y = x R 2 = Concentrazione delle soluzioni Standard (ppm) Concentrazioni delle soluzioni Standard (ppm) Concentrazione dei solfati Area del picco y = x R 2 = Concentrazioni delle soluzioni Standard (ppm)

10 MATERIALI NATURALI UTILIZZATI PER LA REMEDIATION DI CONTAMINANTI PERSISTENTI (ANTIBIOTICI FLUOROCHINOLONICI). Fasi adsorbenti utilizzate: argille e zeoliti naturali (materiali facilmente reperibili e a basso costo, caratterizzati da un elevata capacità sia di scambio cationico sia di adsorbimento di sostanze organiche). Prove di estrazione di Marbofloxacina mediante microonde Analisi mediante HPLC-UV Possibilità di rigenerare tali materiali mediante fotodegradazione degli antibiotici adsorbiti per esposizione a luce solare.

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12 Gli antibiotici, come i fluorochinoloni, sono medicinali potenti e grazie alle loro ottime proprietà farmacologiche il loro utilizzo oggi è ampiamente diffuso. Il crescente impiego, e in qualche caso abuso, di queste sostanze sia per uso umano che veterinario (ad. esempio per promuovere la crescita degli animali) ha creato: una forte preoccupazione riguardo la loro diffusione ambientale la loro presenza nelle acque dolci superficiali e nei terreni insorgenza di nuove forme di farmaco-resistenza nei batteri, rendendo sempre più difficile la lotta contro le infezioni causate da questi batteri antibiotico-resistenti

13 DETERMINAZIONE DEL SILICIO IN CAMPIONI DI SANGUE DELLA CAVITA CARDIACA VENTRICOLARE UMANA La diagnosi di annegamento è una delle più difficili in medicina forense, attualmente la si raggiunge non solo mediante rilievi macroscopici ma anche ricercando diatomee ed altri marcatori chimici. Questa ricerca sperimentale ha lo scopo di stabilire se il silicio possa essere utilizzato come marker chimico per stabilire se la morte è avvenuta per annegamento o sommersione post mortem.

14 Durante il periodo dispnoico dell annegamento (dispnea inspiratoria), viene inalata una quantità variabile di liquido che dalle alte vie respiratorie raggiunge: alveoli capillari venule polmonari vene polmonari Cavità cardiache di sinistra In quest ultima cavità gli oligoelementi in essa presenti risultano più concentrati rispetto alle cavità cardiaca di destra, dove il liquido responsabile dell annegamento giunge solo in minima parte e dopo un lungo tragitto.

15 ANALISI DI SPECIAZIONE Processo di: identificazione quantificazione delle diverse specie presenti in un determinato campione. Il presupposto secondo il quale differenti forme chimico-fisiche di un elemento possono manifestare differente impatto ambientale e differente tossicità, ha portato i ricercatori ad effettuare separazioni di Vanadio(V) e Vanadio (IV) con microcolonne di silice ricoperta da TiO2 nanometrica con successiva determinazione mediante ICP-OES. La determinazione della sola concentrazione totale dello elemento, infatti, non fornisce informazioni circa la sua biodisponibilità e la sua interazione con il suolo, i sedimenti, le particelle in sospensione, ecc.

16 Un ringraziamento particolare alla Dott.ssa Sturini e alla Dott.ssa Federica Maraschi che ci hanno accolte nei laboratori e coinvolte nelle loro attività per noi altamente formative. Ringraziamo ulteriormente la Prof.ssa Piccinini per aver stimolato la nostra curiosità e insegnato con passione ad amare la Chimica.