SPETTROMETRIA DI MASSA

Obiettivi formativi

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.

Canale 1
CHIARA CAVALIERE Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
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. Richiami sulla ionizzazione elettronica (EI). Ionizzazione chimica (CI). Tecniche di ionizzazione per desorbimento. Ionizzazione laser assistita da matrice (MALDI) e 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. (16 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. Cenni su 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. (20 ore) 4) Accoppiamento della spettrometria di massa con tecniche cromatografiche gassose e liquide. (2 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). (6 ore)
Prerequisiti
Lo studente in possesso della laurea Triennale in Chimica ha tutte le conoscenze idonee a seguire e comprendere gli argomenti del corso
Testi di riferimento
- 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 per approfondire argomenti specifici.
Modalità insegnamento
Il corso viene svolto principalmente mediante lezioni frontali per fornire allo studente le conoscenze di base della spettrometria di massa e capirne le potenzialità applicative (coerentemente con gli obiettivi formativi), anche mediante esempi concreti, stimolando la partecipazione degli studenti. Si fa riferimento alle moderne applicazioni della spettrometria di massa per lo studio delle biomolecole in generale, in particolare per quanto riguarda la metabolomica e la proteomica. Le esercitazioni in aula permettono allo studente di verificare il livello di apprendimento raggiunto.
Frequenza
La frequenza del corso in aula è facoltativa ma fortemente incoraggiata.
Modalità di esame
Al termine del corso, lo studente dovrà sostenere un esame orale. Durante l'esame orale lo studente deve mostrare di aver compreso gli argomenti principali del corso. Le domande verteranno sui principi di base della spettrometria di massa, sulle tecniche di ionizzazione e sugli analizzatori di massa, nonché sulle applicazioni della spettrometria di massa. Spesso verrà chiesto allo studente di fare confronti fra diverse sorgenti di ionizzazione, fra le caratteristiche di diversi analizzatori di massa e fra le tecniche di attivazione per la frammentazione degli ioni. Lo studente inoltre deve essere in grado di argomentare, con esempi pratici suggeriti da lui o dal docente, quali siano le strategie migliori nell'applicazione della tecnica di analisi studiata. Concorreranno a un giudizio finale positivo la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e con linguaggio scientifico appropriato, la capacità di ragionamento e di collegare fra loro gli argomenti del corso. Riassumendo, nella valutazione dell'esame concorreranno alla determinazione del voto finale i seguenti elementi: 1. dimostrazione di aver compreso gli argomenti principali del corso; 2. chiarezza e completezza nell’esposizione orale dei contenuti del programma; 3. capacità di ragionamento; 4. capacità di valutazione critica di una problematica di determinazione di sostanze mediante spettrometria di massa; 5. capacità di operare collegamenti. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, ma soprattutto deve essere in grado di raccordarli in modo logico e coerente.
Bibliografia
Durante lo svolgimento del corso vengono suggerite alcune pubblicazioni per approfondire argomenti specifici
Modalità di erogazione
Il corso viene svolto mediante lezioni frontali per fornire allo studente le conoscenze di base della spettrometria di massa e capirne le potenzialità applicative (coerentemente con gli obiettivi formativi), anche mediante esempi concreti, stimolando la partecipazione degli studenti. Si fa riferimento alle moderne applicazioni della spettrometria di massa per lo studio delle biomolecole in generale, in particolare per quanto riguarda la metabolomica e la proteomica. La frequenza del corso in aula è facoltativa ma fortemente incoraggiata.
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Programma
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. Richiami sulla ionizzazione elettronica (EI). Ionizzazione chimica (CI). Tecniche di ionizzazione per desorbimento. Ionizzazione laser assistita da matrice (MALDI) e 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. (16 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. Cenni su 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. (20 ore) 4) Accoppiamento della spettrometria di massa con tecniche cromatografiche gassose e liquide. (2 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). (6 ore)
Prerequisiti
Lo studente in possesso della laurea Triennale in Chimica ha tutte le conoscenze idonee a seguire e comprendere gli argomenti del corso
Testi di riferimento
- 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 per approfondire argomenti specifici.
Modalità insegnamento
Il corso viene svolto principalmente mediante lezioni frontali per fornire allo studente le conoscenze di base della spettrometria di massa e capirne le potenzialità applicative (coerentemente con gli obiettivi formativi), anche mediante esempi concreti, stimolando la partecipazione degli studenti. Si fa riferimento alle moderne applicazioni della spettrometria di massa per lo studio delle biomolecole in generale, in particolare per quanto riguarda la metabolomica e la proteomica. Le esercitazioni in aula permettono allo studente di verificare il livello di apprendimento raggiunto.
Frequenza
La frequenza del corso in aula è facoltativa ma fortemente incoraggiata.
Modalità di esame
Al termine del corso, lo studente dovrà sostenere un esame orale. Durante l'esame orale lo studente deve mostrare di aver compreso gli argomenti principali del corso. Le domande verteranno sui principi di base della spettrometria di massa, sulle tecniche di ionizzazione e sugli analizzatori di massa, nonché sulle applicazioni della spettrometria di massa. Spesso verrà chiesto allo studente di fare confronti fra diverse sorgenti di ionizzazione, fra le caratteristiche di diversi analizzatori di massa e fra le tecniche di attivazione per la frammentazione degli ioni. Lo studente inoltre deve essere in grado di argomentare, con esempi pratici suggeriti da lui o dal docente, quali siano le strategie migliori nell'applicazione della tecnica di analisi studiata. Concorreranno a un giudizio finale positivo la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e con linguaggio scientifico appropriato, la capacità di ragionamento e di collegare fra loro gli argomenti del corso. Riassumendo, nella valutazione dell'esame concorreranno alla determinazione del voto finale i seguenti elementi: 1. dimostrazione di aver compreso gli argomenti principali del corso; 2. chiarezza e completezza nell’esposizione orale dei contenuti del programma; 3. capacità di ragionamento; 4. capacità di valutazione critica di una problematica di determinazione di sostanze mediante spettrometria di massa; 5. capacità di operare collegamenti. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, ma soprattutto deve essere in grado di raccordarli in modo logico e coerente.
Bibliografia
Durante lo svolgimento del corso vengono suggerite alcune pubblicazioni per approfondire argomenti specifici
Modalità di erogazione
Il corso viene svolto mediante lezioni frontali per fornire allo studente le conoscenze di base della spettrometria di massa e capirne le potenzialità applicative (coerentemente con gli obiettivi formativi), anche mediante esempi concreti, stimolando la partecipazione degli studenti. Si fa riferimento alle moderne applicazioni della spettrometria di massa per lo studio delle biomolecole in generale, in particolare per quanto riguarda la metabolomica e la proteomica. La frequenza del corso in aula è facoltativa ma fortemente incoraggiata.
  • Codice insegnamento10612084
  • Anno accademico2024/2025
  • CorsoChimica
  • CurriculumChimica dei Sistemi Biologici
  • Anno2º anno
  • Semestre1º semestre
  • SSDCHIM/01
  • CFU6
  • Ambito disciplinareDiscipline chimiche analitiche e ambientali