Università degli studi dell'Insubria

METODOLOGIE CHIMICHE PER L'AMBIENTE - Mod. A Chimica ambientale applicata

A.A. di erogazione 2018/2019
Insegnamento obbligatorio

Laurea Magistrale in SCIENZE AMBIENTALI
 (A.A. 2018/2019)

Docenti

Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
CHIMICA DELL'AMBIENTE E DEI BENI CULTURALI (CHIM/12)
Crediti: 
6
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
56
Dettaglio ore: 
Lezione (40 ore), Laboratorio (16 ore)

Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze e le abilità necessarie per l’esplorazione e il modellamento di dati complessi utilizzando le principali tecniche di analisi multivariata e tecniche di modellamento (regressione e classificazione).
Al termine del corso lo studente avrà appreso le seguenti conoscenze:
• Possibilità di applicazione di metodologie quantitative per lo studio di problematiche chimico-ambientali
• Struttura dei dati complessi
• Principali tecniche di esplorazione e modellamento di dati complessi mediante metodologie qualitative e quantitative
Lo studente arriverà di conseguenza a sviluppare le seguenti abilità:
• Esplorazione e gestione di sistemi di dati complessi mediante metodologie qualitative quantitative
• Identificazione dei modelli opportuni in base al problema oggetto di indagine
• Costruzione e validazione di modelli predittivi qualitativi e quantitativi
• Applicazione delle conoscenze in un contesto multidisciplinare, con particolare riferimento alle problematiche derivanti dall’impatto delle sostanze chimiche sull’ ambiente

Lo studente dovrà sviluppare un’adeguata abilità comunicativa relativamente all’esposizione dei problemi individuati, dei metodi utilizzati e dei risultati raggiunti, usufruendo di un linguaggio appropriato, oltre che la capacità di formulare un giudizio e di derivare conclusioni in funzione delle informazioni disponibili o derivate mediante l’applicazione delle metodologie di indagine multivariata e modellamento.

Conoscenza di chimica ambientale, in particolare delle problematiche derivanti dalla presenza di sostanze chimiche contaminanti ed inquinanti nei vari comparti ambientali. Elementi di base di Statistica. Familiarità con le funzioni base del software EXCEL.

Introduzione al corso e ripasso di Chimica ambientale II (4h didattica frontale):
Verifica delle conoscenze pregresse della Chimica Ambientale della coorte studentesca. Riepilogo delle principali problematiche dell’inquinamento ambientale, con particolare riferimento alle reattività chimica e biologica dei composti chimici in aria, acqua, suolo e sedimenti e della distribuzione ambientale. La legislazione REACH. Introduzione alla Chemiometria (4h didattica frontale):
Introduzione alla chemiometria e sua utilità nei suoi vari ambiti di applicazione. Concetti base di algebra delle matrici. Analisi della struttura dei dati e metodi di pre-trattamento: indici di tendenza e di dispersione trasformazioni e scalatura delle variabili, associazione tra variabili: covarianza e correlazione.
Metodi di Analisi Esplorativa (8h didattica frontale + 4h esercitazione)
Analisi delle Componenti Principali, Similarità, dissimilarità e Analisi dei Clusters
Metodi di modellamento dei dati (10h didattica frontale + 4h esercitazione)
Introduzione generale alle metodologie di modellamento dei dati con finalità predittive. Fitting e predittività. Tecniche di validazione: cross-validazione, validazione esterna.
Metodi di classificazione: distinzione tra clusterizzazione e classificazione. Parametri di valutazione dell’efficienza della classificazione. k-NN come esempio di metodi basati su minima distanza. CART come esempio di metodi di classificazione ad albero. Analisi discriminante.
Metodi di Regressione multivariata: metodo dei Minimi quadrati Ordinari (OLS). Metodologie di diagnostica. Metodi di selezione delle variabili.
Alternative in silico alla sperimentazione animale (4h frontali +4 h esercitazione)
Introduzione alle metodologie alternative alla sperimentazione animale, la strategia delle 3R, la modellistica QSAR con esempi di applicazione per la predizione dei proprietà ed attività di inquinanti ambientali organici
Esempi di applicazione delle metodologie viste a lezione a problematiche ambientali (10 h frontali + 4 esercitazione)
Applicazione delle metodologie chemiometriche a problematiche relative al contesto ambientale quali farmaci nell’ambiente, bioaccumulo e biotrasformazione delle sostanze chimiche, modellamento di proprietà di nanoparticelle.

La parte di Chimica ambientale può essere approfondita su:
C. Baird M. Cann “Chimica Ambientale” Zanichelli
Per la parte di Chemiometria il testo consigliato è: Roberto Todeschini, Introduzione alla chemiometria. 1998, Edises, Milano.
Altro materiale: slides delle lezioni e articoli di approfondimento saranno messi a disposizione dello studente sul sito di e-learnig.