Corsi di studi in Scienze Geologiche (L-34 e LM-74)

Conoscenze di base di matematica, chimica e fisica
Conoscenza (i) dei principali minerali costituenti le rocce (loro classificazione e struttura) e (ii) dei concetti di simmetria della materia (gruppi puntuali e spaziali).

Il corso si propone di illustrare le basi e le applicazioni di alcune tecniche analitiche per la caratterizzazione di geomateriali, che sono fondamentali nelle Scienze della Terra soprattutto in ambito applicativo, ma anche nel campo della ricerca più avanzata. Le tematiche trattate riguardano tecniche analitiche applicabili sia in fase solida (minerali e rocce) sia in fase liquida (soluzioni acquose e inclusioni fluide) anche in vista dell’importanza che quest’ultima assume in campo ambientale. Una parte del corso richiamerà quelle tecniche più tradizionali già trattate altrove (diffrattometria a raggi X; microscopia elettronica TEM e SEM; microanalisi EDS e WDS), per poi dare spazio alla discussione di altre tecnologie, principalmente spettroscopiche, di applicazione sempre più diffusa in determinati contesti. In aggiunta alla presentazione tecnica di varie metodologie analitiche, il corso di propone di far comprendere i fondamenti generali che ne stanno alla base, in modo da aiutare e abituare gli studenti ad affrontare in modo critico i problemi con cui avrà professionalmente a che fare, e a operare la miglior scelta delle tecniche più adatte ad affrontarli.       

Conoscenza delle principale tecniche di indagine per l’identificazione e la caratterizzazione qualitativa e quantitativa di fasi minerali e di fasi fluide, presenti in campioni di varia provenienza. Capacità di leggere e interpretare le analisi ottenute con le diverse tecniche presentate.  Capacità di selezionare le tecniche più opportune per ogni singolo caso.

La metodologia didattica impiegata consiste in:
Lezioni frontali (N. ore): 28;
Esercitazioni in aula e laboratori (N. ore): 40.

L’esame finale prevede una prova orale durante la quale verranno verificati l’apprendimento delle conoscenze illustrate a lezione e di quelle acquisite durante le esercitazioni in aula e laboratorio. In particolare, l’esame consiste in domande aperte volte a verificare le competenze acquisite in ciascuna delle seguenti aree: interazione radiazione-materia, diffrazione a raggi X (teoria e strumentazione), spettroscopia (teoria e strumentazione), microscopia a scansione e microanalisi (teoria e strumentazione).

 

Introduzione al corso e motivazioni, con una panoramica sulle possibili problematiche da affrontare nel campo delle Scienze della Terra che richiedano un approccio di tipo analitico come contributo alla loro soluzione.
Discussione generale sull’interazione di radiazione elettromagnetica ed elettronica con la materia, alla base di tutte le tecniche per il riconoscimento di sostanze, per la loro caratterizzazione chimica e per l’imaging.
Diffrattometria a raggi X: Generazione dei raggi X, equazioni di Laue e Bragg, fattore di diffusione atomica e fattore di struttura. Il reticolo reciproco e la sfera di Ewald. L'intensità di diffrazione: la fase e le coordinate atomiche. Relazione tra simmetria dei cristalli e diffrazione. 
Il metodo delle polveri: camere per la diffrazione per polveri (Debye, Bragg-Brentano, Guinier), esercitazioni sul riconoscimento e sulla misura della relativa cella elementare in minerali delle rocce da diffrattogramma per polveri.
Spettroscopie UV/VIS; spettroscopie vibrazionali (IR e Raman); cenni alle tecniche in fluorescenza X/UV ed elettronica. 
Tecniche di imaging: microscopia elettronica in scansione (SEM-EDS-WDS): teoria; caratteristiche strumentali; analisi chimica dei minerali (analisi qualitativa e quantitativa) e ricalcolo della loro formula chimica. Diffrazione elettronica per mezzo del microscopio elettronico a scansione (EBSD): teoria; che cosa consente di determinare; esempi di applicazioni. 
Cenni di microscopia elettronica in trasmissione (TEM).

I testi base consigliati per il corso sono:

• Hammond C. (2001). The basics of Crystallography and Diffraction. Oxford University Press.
• Putnis A. (1992). Introduction to Mineral Sciences. Cambridge University Press.
• Dispense a cura dei docenti.