Il progetto di ricerca delineato nella presente tesi di dottorato si propone di applicare tecniche cromatografiche e di spettrometria di massa per la caratterizzazione approfondita di matrici naturali e non, con particolare attenzione allo sviluppo e all’impiego di metodologie estrattive e analitiche in linea con i principi previsti dalla Green Chemistry. I punti cardine da tenere in considerazione per rendere i metodi analitici più sostenibili, includono l’eliminazione o la riduzione dell'impiego di sostanze chimiche (solventi, reagenti, additivi), la minimizzazione del consumo energetico, la corretta gestione dei rifiuti analitici e il miglioramento della sicurezza per l'operatore. La preparazione del campione rappresenta una fase critica del processo analitico; nel caso di matrici complesse essa può comprendere numerosi passaggi tra cui campionamento, estrazione, purificazione dell’estratto, eventuale concentrazione o diluizione, determinazione analitica e interpretazione del risultato. Al fine di semplificare e ottimizzare il workflow analitico, per l’analisi delle varie matrici investigate, sono state adottate tecniche che prevedono un trattamento nullo o minimo del campione, quali la microestrazione in fase solida (SPME) per l’estrazione di composti volatili e semi-volatili, nonché procedure di derivatizzazione miniaturizzate e/o automatizzate mediante sistemi dedicati. Inoltre, quale alternativa innovativa alle tecniche convenzionali di rivelazione, è stata investigata la spettrometria di massa a ionizzazione evaporativa rapida in condizioni ambientali (REIMS), che consente un’analisi diretta e pressoché in tempo reale del campione. Gli approcci sviluppati ed applicati sono finalizzati a garantire elevata sensibilità, accuratezza e riproducibilità analitica, riducendo al contempo il consumo di solventi, i tempi di analisi e l’impatto ambientale complessivo del processo. Nel dettaglio, la prima parte dell’elaborato è dedicata alla descrizione dei principi teorici alla base delle tecniche analitiche e delle metodiche estrattive impiegate per la determinazione del profilo volatile e non volatile delle diverse matrici investigate con l’obiettivo di effettuare una valutazione quali-quantitativa e di verificarne la genuinità e l’autenticità. La seconda parte dell’elaborato è dedicata a una trattazione approfondita delle metodologie estrattive e delle tecniche strumentali sviluppate e ottimizzate, nella maggior parte dei casi, nel rispetto dei dodici principi della Green Chemistry, per l’analisi di campioni di diversa natura. In dettaglio le tematiche investigate sono le seguenti: • Analisi mediante tecniche gascromatografiche del profilo lipidico di oli di semi non convenzionali (previa derivatizzazione del campione), e del loro profilo volatile in seguito ad estrazione degli analiti mediante tecnica HS-SPME; • Messa a punto di un processo di derivatizzazione del campione miniaturizzato e totalmente automatizzato per l’investigazione del profilo lipidico di sangue umano prima e dopo assunzione di integratori a base di ω-3 mediante gascromatografia; • Analisi del profilo volatile e non volatile di oli essenziali di mandarino mediante tecniche cromatografiche GC ed LC convenzionali, ed investigazione del profilo enantiomerico in seguito alla messa a punto di un sistema gascromatografico monodimensionale innovativo a doppia rivelazione simultanea; • Analisi del fingerprinting di olio essenziale e assoluta di Calendula Officinalis L. egiziana mediante l’utilizzo di tecniche di ionizzazione ambientale, nello specifico spettroscopia di massa a rapida ionizzazione evaporativa (REIMS); • Caratterizzazione di campioni di eroina adulterati mediante tecniche di cromatografia liquida e gassosa accoppiate a rivelatori di spettrometria di massa e spettroscopia ad infrarosso; • Ottimizzazione delle metodologie di estrazione e quantificazione di vitamina B12, vitamina C, vitamina E, carotenoidi e pigmenti fotosintetici in campioni di macroalghe del Mediterraneo, analizzati mediante cromatografia liquida.
Sviluppo e applicazione di tecniche estrattive e cromatografiche sostenibili per la caratterizzazione di matrici complesse
VENTO, Federica
2026-07-03
Abstract
Il progetto di ricerca delineato nella presente tesi di dottorato si propone di applicare tecniche cromatografiche e di spettrometria di massa per la caratterizzazione approfondita di matrici naturali e non, con particolare attenzione allo sviluppo e all’impiego di metodologie estrattive e analitiche in linea con i principi previsti dalla Green Chemistry. I punti cardine da tenere in considerazione per rendere i metodi analitici più sostenibili, includono l’eliminazione o la riduzione dell'impiego di sostanze chimiche (solventi, reagenti, additivi), la minimizzazione del consumo energetico, la corretta gestione dei rifiuti analitici e il miglioramento della sicurezza per l'operatore. La preparazione del campione rappresenta una fase critica del processo analitico; nel caso di matrici complesse essa può comprendere numerosi passaggi tra cui campionamento, estrazione, purificazione dell’estratto, eventuale concentrazione o diluizione, determinazione analitica e interpretazione del risultato. Al fine di semplificare e ottimizzare il workflow analitico, per l’analisi delle varie matrici investigate, sono state adottate tecniche che prevedono un trattamento nullo o minimo del campione, quali la microestrazione in fase solida (SPME) per l’estrazione di composti volatili e semi-volatili, nonché procedure di derivatizzazione miniaturizzate e/o automatizzate mediante sistemi dedicati. Inoltre, quale alternativa innovativa alle tecniche convenzionali di rivelazione, è stata investigata la spettrometria di massa a ionizzazione evaporativa rapida in condizioni ambientali (REIMS), che consente un’analisi diretta e pressoché in tempo reale del campione. Gli approcci sviluppati ed applicati sono finalizzati a garantire elevata sensibilità, accuratezza e riproducibilità analitica, riducendo al contempo il consumo di solventi, i tempi di analisi e l’impatto ambientale complessivo del processo. Nel dettaglio, la prima parte dell’elaborato è dedicata alla descrizione dei principi teorici alla base delle tecniche analitiche e delle metodiche estrattive impiegate per la determinazione del profilo volatile e non volatile delle diverse matrici investigate con l’obiettivo di effettuare una valutazione quali-quantitativa e di verificarne la genuinità e l’autenticità. La seconda parte dell’elaborato è dedicata a una trattazione approfondita delle metodologie estrattive e delle tecniche strumentali sviluppate e ottimizzate, nella maggior parte dei casi, nel rispetto dei dodici principi della Green Chemistry, per l’analisi di campioni di diversa natura. In dettaglio le tematiche investigate sono le seguenti: • Analisi mediante tecniche gascromatografiche del profilo lipidico di oli di semi non convenzionali (previa derivatizzazione del campione), e del loro profilo volatile in seguito ad estrazione degli analiti mediante tecnica HS-SPME; • Messa a punto di un processo di derivatizzazione del campione miniaturizzato e totalmente automatizzato per l’investigazione del profilo lipidico di sangue umano prima e dopo assunzione di integratori a base di ω-3 mediante gascromatografia; • Analisi del profilo volatile e non volatile di oli essenziali di mandarino mediante tecniche cromatografiche GC ed LC convenzionali, ed investigazione del profilo enantiomerico in seguito alla messa a punto di un sistema gascromatografico monodimensionale innovativo a doppia rivelazione simultanea; • Analisi del fingerprinting di olio essenziale e assoluta di Calendula Officinalis L. egiziana mediante l’utilizzo di tecniche di ionizzazione ambientale, nello specifico spettroscopia di massa a rapida ionizzazione evaporativa (REIMS); • Caratterizzazione di campioni di eroina adulterati mediante tecniche di cromatografia liquida e gassosa accoppiate a rivelatori di spettrometria di massa e spettroscopia ad infrarosso; • Ottimizzazione delle metodologie di estrazione e quantificazione di vitamina B12, vitamina C, vitamina E, carotenoidi e pigmenti fotosintetici in campioni di macroalghe del Mediterraneo, analizzati mediante cromatografia liquida.Pubblicazioni consigliate
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