CHIMICA ANALITICA II E CHEMIOMETRIA
cod. 1006054

Anno accademico 2018/19
2° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Chimica analitica (CHIM/01)
Field
Discipline chimiche analitiche e ambientali
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
72 ore
di attività frontali
9 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in ITALIANO

Obiettivi formativi

Comprendere la logica dell’inferenza statistica, con illustrazione della teoria e con applicazioni dei test più diffusi nella ricerca e nella professione delle discipline scientifiche. Utilizzare i testi internazionali consigliati per approfondimenti. Sapere come devono essere presentati i dati, come devono essere analizzati, quali software possono essere utilizzati, quali test devono essere applicati in funzione delle ipotesi formulate a priori e delle caratteristiche della distribuzione. Fornire l’interpretazione statistica dei risultati e il loro significato in chimica. Sapere stendere un rapporto con la presentazione dei dati e il risultato dei test.

Comprendere ruolo e significato della potenziometria e voltammetria nelle analisi chimiche per poter scegliere il metodo di analisi adatto agli scopi prefissati.

Di seguito si riassumono le caratteristiche associate ai descrittori di Dublino
Conoscenze e capacità di comprensione: conoscere i princìpi e le procedure di analisi per la caratterizzazione dei composti chimici; conoscere i metodi statistici di gestione ed interpretazione dei risultati analitici
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Al termine dell'insegnamento ci si aspetta che lo studente sia in grado di eseguire calcoli stechiometrici e operazioni pratiche in relazione alla preparazione di soluzioni a concentrazione nota; sia capace di raccogliere dati scientifici attraverso le osservazioni e le misure di laboratorio, di elaborarli e di interpretarli; sia in grado di effettuare il campionamento, la preparazione del campione e redigere la documentazione dell'analisi eseguita; possegga competenze informatiche di base relativamente a sistemi operativi, word processing, fogli elettronici, utilizzazione di basi di dati;
Autonomia di giudizio:
ci si attende che lo studente alla conclusione del corso sia capace di raccogliere e valutare criticamente, presentare e discutere i risultati sperimentali acquisiti in attività svolte in collaborazione; sia capace di programmare e condurre un esperimento, anche progettandone i tempi e le modalità; sia capace di correlare i dati e risultati acquisiti sperimentalmente con modelli teorici.
Capacità comunicative: lo studente dovrà saper comunicare utilizzando, in maniera appropriata, sia in forma orale che scritta, con un rigoroso rispetto del linguaggio chimico; sarà inoltre capace di interagire, comunicare con proprietà di linguaggio e metodo e collaborare proficuamente anche in modo propositivo con altre persone; sarà capace di elaborare e presentare dati sperimentali anche con l'ausilio di sistemi multimediali.
Capacità di apprendimento: verrà anche stimolata nello studente la capacità di intraprendere studi accademici di livello superiore con un sufficiente grado di autonomia o di continuare la propria formazione professionale; si farà in modo che sia capace di lavorare per obiettivi, in gruppo o in modo autonomo e che sappia adattarsi ad ambiti di lavoro e tematiche diverse.

Prerequisiti

Per la parte di chemiometria il corso inizia da un livello elementare per il quale sono sufficienti le conoscenze di matematica e acquisite nei corsi precedenti. Per la parte di chimica Analitica II è richiesto aver superato il corso di Chimica Analitica e Laboratorio

Contenuti dell'insegnamento

Presentazione dei metodi di statistica descrittiva, dalle rappresentazioni tabellari e grafiche alla stima degli indici o statistiche. Illustrazione con esempi di modelli di distribuzioni teoriche, calcolo combinatorio distribuzione binomiale, normale. Test d’inferenza con illustrazioni della teoria e varie applicazioni alla professione e alla ricerca dei chimici: t di Student, ANOVA a 1 via , a 2 vie, ANOVA nested, regressione lineare (metodo dei minimi quadrati per il calcolo del modello di regressione previa esecuzione dei test di normalità, test per la verifica di dati anomali, test per la verifica dell'omoschedasticità dei dati, significatività dell'intercetta, test di Mandel per la verifica della linearità, test LOF) e correlazione lineari.
Potenziometria, elettrogravimetria, voltammetria, Amperometria,

Programma esteso

Tipi di scala e di misurazione. Statistica descrittiva per distribuzioni univariate. Costruzione delle tabelle e rappresentazione grafiche per variabili quantitative e variabili qualitative: istogrammi, poligoni, diagrammi circolari. Indici di tendenza centrale, di dispersione, di simmetria e di curtosi. Numero di decimali e di cifre significative.

Calcolo combinatorio, distribuzione binomiale. Distribuzione normale. Esercizi con uso delle tabelle z.

La distribuzione t di Student. Test per la media di un campione e intervallo di confidenza della media. Confronto tra le medie di due campioni dipendenti e di due campioni indipendenti. Test per l’omogeneità della varianza; test F, test di Bartlett, test di Levene. Esercizi sul test t di Student con varianze uguali e diverse.

Analisi della varianza (ANOVA) a un criterio (one-way): il confronto tra due o più medie. Distribuzione F di Fisher-Snedecor. Condizioni di validità dell’ANOVA e test per l’omoschedasticità con k campioni: test di Hartley, test di Cochran, test di Bartlett, test di Levene e sue varianti. Confronti multipli a priori o pianificati; confronti multipli a posteriori o post-hoc: il rischio alfa e il principio di Bonferroni. Esercitazioni sull’ANOVA
Analisi della varianza a due vie e con interazioni. Analisi dell’interazione tra due fattori, con misure ripetute. Analisi gerarchica o nested a due e a più livelli. Interazione nell’ANOVA a più fattori, crossed, nested e mista.
Assunzioni di validità dell’ANOVA, trasformazioni dei dati
Regressione lineare semplice: stima del coefficiente angolare b e dell’intercetta a; significatività e intervallo di confidenza del coefficiente angolare e dell’intercetta. Il coefficiente di determinazione R-quadro. La predizione inversa o calibrazione. Cenni sulla regressione pesata. test sulla significatività dell'intercetta, test di mandel e del LOF
La correlazione: stima dell’indice di correlazione r di Pearson e sua significatività.

Esercitazioni

Potenziometria

Voltammetria

Amperometria

Bibliografia

Lamberto Soliani (2008) Statistica applicata. UNI.NOVA, Parma.
ISBN:978-88-6319-041-0; www.uninova.net;
Edite dalla casa editrice di testi universitari UNINOVA di Parma, gruppo Pegaso Libreria Via Cavedani, 7;
Zar Jerrold (2010). Biostatistical Analysis, Fifth Edition. Pearson Education International, New Jersey;
J.N. Miller, J.C. Miller "Statistics and chemiometrics for Analytical Chemistry" Prentice Hall;
Spiegel Murray R. "Statistica" edito da The McGraw-Hill Companies, 2003 (collana Schaum);
Sheldon M. Ross, Introduzione alla statistica 2a ed. 2014, Maggioli editore;
Testi internazionali gratuiti in rete,
EPA 530/R-09-007, March 2009, Statistical Analysis of Groundwater Monitoring Data at RCRA Facilities. Unified Guidance, Environmental Protection Agency, United States;
EM 1110-1-4014, 31 Jan 2008, Environmental Quality - ENVIRONMENTAL STATISTICS, Department of the Army, U. S. Army Corps of Engineers.

Metodi didattici

La presentazioni dei concetti e dei metodi avviene con lezioni frontali, discutendo le formule con applicazioni in campo chimico. L’uso di programmi informatici è presentato con la proiezione delle fasi di caricamento dati, l’applicazione dei grafici e dei test, la lettura dell’output e la discussione dei risultati. Gli studenti devono seguire e apprendere le varie fasi di elaborazione dati per poter svolgere autonomamente gli esempi con il loro computer. E' obbligatoria la partecipazione alle esercitazioni al computer per poter sostenere l'esame.

Modalità verifica apprendimento

Esame scritto e colloquio orale con discussione di esempi, per verificare l’apprendimento dei concetti e dei metodi della statistica inferenziale, la capacità di illustrare gli output informatici e di interpretarne criticamente i risultati traendo e comunicando in modo apprpriato le opportune conclusioni dimostrando capacità di adattarsi ad ambiti di lavoro e tematiche diverse. Gli studenti dovranno conoscere i metodi statistici di gestione ed interpretazione dei risultati analitici. Il voto dipenderà dalla entità del programma studiato, dagli approfondimenti sui singoli temi illustrati a lezione, dalla correttezza dell’ipotesi formulate e della procedura statistica usata, dalla correttezza delle conclusioni tratte dal risultato del test e del linguaggio scientifico usato.
Gli studenti devono altresì conoscere le potenzialità della potenziometria e della voltammetria ed essere in grado di relazionare sulle caratteristiche e vantaggi di queste tecniche. Dovranno pertanto conoscere i princìpi e le procedure di analisi per la caratterizzazione dei composti chimici e sapersi adattare alla discussione di tematiche diverse.
La prova scritta verterà sull'argomento "cifre significative" ed avrà durata di 15 min. I risultati saranno inseriti nel sistema ESSE3
La prova orale verterà su tutti gli argomenti trattati durante il corso ed avrà approssimativamente la durata di 30 min. La risposta relativa al superamento dell'esame verrà data immediatamente e sarà formalizzata su ESSE3.
La mancata risposta a 3 domande causerà il mancato superamento dell'esame.

Altre informazioni

il materiale didattico è fornito agli studenti durante il corso