Descrizione del modulo "Metodi di risonanza magnetica (PM.P03.015.003)"

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  • Descrizione del modulo "Metodi di risonanza magnetica (PM.P03.015.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Gli studi effettuati nell'ambito del modulo si inquadrano all'interno di ricerche che mirano a migliorare i processi industriali e agricoli in modo da rispettare le normative ambientali e sanitarie. Questi studi, aumentando le conoscenze sulle problematiche ambientali e sui metodi per tutelare l'ambiente, se trovano applicazione, possono senz'altro rispondere a bisogni individuali e collettivi, migliorando la qualità di vita. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le spettroscopie di Risonanza Paramagnetica Elettronica (EPR) e di Risonanza Magnetica Nucleare sono applicate allo studio di diversi tipi di materiali (suoli, piante e loro estratti, acque) utilizzando tecniche specifiche e ottimizzate per la problematica ambientale affrontata. In particolare l'attività di ricerca è prevalentemente focalizzata su: 1) trasformazioni biotiche ed abiotiche di xenobiotici, quali ad esempio pesticidi e contaminanti industriali, in prodotti vegetali; 2) dinamica della sostanza organica nei suoli in relazione a mutamenti climatici e ad attività antropiche; 3) riciclo di biomasse agroalimentari e rifiuti organici urbani mediante processi di carbonizzazione; 4) inquinamento dei suoli e delle acque, con caratterizzazione dei flussi dei contaminanti, e processi di bonifica o depurazione; 5) risposta degli apparati cellulari vegetali a stress da inquinanti atmosferici o a cambiamenti climatici. (literal)
Competenze
  • I partecipanti alla commessa hanno le competenze per implementare ed applicare tecniche NMR ed EPR anche innovative idonee allo studio dei diversi sistemi presi in esame. Oltre alle competenze strumentali, vi sono competenze per lo studio delle proprietà chimico-fisiche dei diversi tipi di materiali considerati. Sono presenti nella commessa anche le competenze necessarie per l'implementazione di software specifico per l'analisi dei dati e per l'utilizzo di software commerciale per calcoli quantomeccanici utili per l'interpretazione spettrale. Saranno invece utilizzate collaborazioni con personale universitario o di altri istituti di ricerca, nazionali o esteri, per l'interpretazione dei risultati sperimentali nell'ambito delle problematiche geologiche, pedologiche, biologiche e per particolari procedure di preparazione dei campioni. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le indagini spettroscopiche condotte nell'ambito del modulo consentono la caratterizzazione di proprietà microscopiche che forniscono indicazioni su processi di rilevanza per migliorare i processi industriali al fine di ridurre l'impatto ambientale e per fornire in ultima istanza linee guida sulle tecniche di agricoltura orientando le pratiche agricole verso la sostenibilità ambientale e la qualità dei prodotti. (literal)
Tecnologie
  • Gli spettri vengono analizzati mediante software interno agli strumenti o specificamente implementato, ed i risultati vengono elaborati mediante metodi di analisi di dati implementati di volta in volta o utilizzando metodi elaborati negli anni passati dal personale del modulo. I dati ottenuti vengono quindi interpretati mediante modelli teorici presi dalla letteratura eventualmente adattati allo scopo, anche utilizzando procedure di fitting. Gli spettri EPR vengono simulati e interpretati mediante calcoli teorici utilizzando il software commerciale Spartan. (literal)
Obiettivi
  • Le attività del modulo sono mirate a comprendere le dinamiche dei processi molecolari in campo ecologico-ambientali e a sviluppare delle tecnologie efficienti di difesa e/o di recupero. Esse sono rivolte sia a comprendere gli effetti di variazioni climatiche, che a valutare l'impatto ambientale di attività produttive o pratiche agricole cercando di fornire indicazioni su come modificare tali attività in modo da tutelare l'ambiente e la salute umana. Parte delle ricerche mirano a mettere a punto dei processi a basso costo per la produzione di energia da fonti rinnovabili. (literal)
Stato dell'arte
  • I cambiamenti ambientali provocati dall'intensa attività industriale e dalla produzione crescente di rifiuti, richiede una maggiore conoscenza dei processi molecolari ecologico-ambientali al fine di comprenderne le dinamiche e sviluppare delle tecnologie efficienti di difesa e/o di recupero. A tal fine le spettroscopie NMR ed EPR costituiscono tecniche fondamentali. La spettroscopia EPR è la tecnica di elezione per lo studio di sistemi paramagnetici, che possono essere già presenti nei sistemi studiati o introdotti utilizzando spin labels o spin probes. Essa fornisce informazioni sulla struttura e le proprietà elettroniche di composti paramagnetici di metalli di transizione e sulla localizzazione e la dinamica dell'intorno di specie radicaliche. La spettroscopia NMR trova ampio utilizzo grazie alla sua applicabilità a molti nuclei e alla possibilità di applicare diversi tipi di esperimenti sia in soluzione che in fase condensata. Numerose tecniche NMR danno accesso ad osservabili correlabili a proprietà strutturali e dinamiche su scale spaziali e temporali di interesse per lo studio di diversi tipi di sistemi presi in esame. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le tecniche sperimentali di indagine consistono principalmente in esperimenti EPR e NMR sia in soluzione che a stato solido. In particolare, per quanto riguarda la spettroscopia NMR, vengono utilizzati diversi tipi di esperimenti, selettivi e non, su più nuclei di interesse (1H, 2H, 13C, 31P, 29Si, 27Al per citare quelli più comunemente studiati) a seconda delle informazioni richieste, ottenendo sia informazioni statiche (tensori di chemical shift, tensori quadrupolari) che informazioni dinamiche (tempi di rilassamento, forme di riga). Spettri EPR sono registrati per identificare e caratterizzare, a seconda del caso, specie radicaliche o composti di metalli di transizione a temperatura variabile. Inoltre vengono effettuati esperimenti nel tempo per lo studio di cinetiche di processi radicalici. La strumentazione in dotazione al personale afferente al modulo è costituita da uno spettrometro NMR per stato solido e soluzione, uno spettrometro EPR in banda X, ed un rilassometro fast-field cycling per misure di tempi di rilassamento protonici a campi magnetici compresi tra 0.0002 e 0.9 Tesla. (literal)
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