Projekti / Programi
Analitika in kemijska karakterizacija materialov ter procesov
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P300 |
Naravoslovno-matematične vede |
Analitična kemija |
analizna kemija; razvoj analiznih metodologij in orodij; analiza sledov; bioanalitika; mikro- in nano- karakterizacija/tehnologija; anorganski in organski onesnaževalci; biološko pomembne spojine; senzorji in biosenzorji; mikrosenzorji; novi detekcijski materiali; sklopljene analizne tehnike; pretočni analizni sistemi; kromatografija; elektroanaliza; elementna masna spektrometrija; laserske tehnike; miniaturizacija; modeliranje; kemijska speciacija elementov in spojin; vzorčenje in karakterizacija aerosolskih trdih delcev; reaktivnost aerosolov; kinetika in mehanizmi atmosferskih kemijskih procesov; okoljski, bio-medicinski in industrijski sistemi; zdravje in varna hrana.
Raziskovalci (29)
Organizacije (2)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.942 |
| 2. |
1540 |
Univerza v Novi Gorici |
Nova Gorica |
5920884000 |
14.060 |
Povzetek
Raziskovalni program, ki ga izvaja skupina sestavljena iz 8 raziskovalcev iz Laboratorija za analizno kemijo (Kemijski inštitut, Ljubljana) in 1 raziskovalca iz Laboratorija za raziskave v okolju (Politehnika, Nova Gorica), je usmerjen v sodobne in relevantne raziskave na področju analitike in kemijske karakterizacije materialov in procesov. Odličnost vključenih raziskovalcev, dostopnost do najmodernejše raziskovalne opreme in sodelovanje s priznanimi domačimi ter mednarodnimi skupinami omogočajo odpiranje in reševanje tematik, ki predstavljajo velike znanstvene izzive, obenem pa omogočajo tudi izredne možnosti za sodelovanje in izobraževanje do-doktorskih ter po-doktorskih študentov. Raziskovalni program je razdeljen na dva medsebojno povezana in dopolnjujoča se tematska sklopa.
Tematski sklop A (raziskave usmerjene v razvoj tehnik)
-Analitika kompleksnih materialov oz. vzorcev
(i) Raziskave na področju sklopitve pretočnih tehnik za separacijo/pripravo vzorcev (tekočinska/ionska kromatografija, pretočna injekcijska analiza) z različnimi detekcijskimi sistemi (elektrokemijska in UV/Vis detekcija z nizom diod, masna spektrometrija z ionizacijo v induktivno sklopljeni plazmi, spektrometrija termičnih leč, resonanca površinskih plazmonov), za pridobivanje natančnih kemijskih informacij o kompleksnih vzorcih, kar vključuje tudi modeliranje separacijskih procesov.
(ii) Raziskave usmerjene k direktni, nedestruktivni analitiki, ki obsegajo razvoj in pripravo različnih elektrokemijskih in optičnih senzorjev ter biosenzorjev, predvsem s pomočjo iskanja in uporabe novih elektrodnih in modifikacijskih materialov (npr. nanodelci, bioaktivne zvrsti), novih tehnik nanašanja, itd., za določevanje izbranih anorganskih in biološko pomembnih spojin v kompleksnih okoljskih ter biomedicinskih vzorcih.
-Analitika sledov in ultra-sledov
(i) Študije so usmerjene k preučevanju in reševanju spektralnih interferenc in interferenc, ki izvirajo iz makrokomponent vzorcev in topil, pri najmodernejših tehnikah za elementno analizo kot so ICP-MS in ICP-AES, z namenom odkriti nove poti in zagotoviti zanesljivost pri analitiki sledov in ultra-sledov.
(ii) Razvoj elektrokemijske (stripping) analitike sledov, v glavnem na osnovi novo vpeljane bizmutove elektrode, s poudarkom na razvoju naprav za hitre/decentralizirane meritve na kraju samem.
-Miniaturizacija detekcijskih naprav
Razvoj novih mikro- in nano-elektrod ter senzorjev na osnovi (jedkanih) ogljikovih ali kovinskih vlaken/žic, paste, mikrocevk, itd. Le-ti so oblikovani in pripravljeni za detekcijo v ekstremno majhnih okoljih (volumen ali lokacija), z namenom odpreti nove možnosti njihove uporbe v biomedicinskih raziskavah, diagnostiki, okoljevarstvu in v industriji.
Tematski sklop B (problemsko usmerjene raziskave)
-Kemijski procesi v atmosferi
Študije so usmerjene v preučevanje transformacij nekaterih plinskih polutantov (SO2, NOx, NH3) v vodni fazi troposfere in nastajanja kislih komponent ter sekundarnih aerosolov. Posebna pozornost je namenjena kovinam prehoda (npr. Fe, Mn), ki delujejo kot katalitsko aktivne zvrsti, in nekaterim organskim komponentam (npr. karboksilne kisline, aldehidi, alkoholi, itd.),vloga katerih pri atmosferskih kemijskih procesih še ni popolnoma razjasnjena.S pomočjo posebej za to razvite instrumentacije preučujemo reakcijsko kinetiko v modelnih raztopinah, kakor tudi kemijsko reaktivnost realnih (večinoma sub-mikrometerskih) aerosolov v odvisnosti od njihove velikosti in sestave.
-Kemijska speciacija
Razvijamo nove metodologije (sekvenčna ekstrakcija in sklopljene tehnike) in uporabljamo specifične pristope (npr. rentgenska absorpcijska spektrometrija) za študij speciacije elementov,izbranih na osnovi stopnje tveganja in onesnaženosti v raznovrstnih okoljskih vzorcih (prst, voda, itd.),s preučevanjem in določevanjem njihovega oksidacijskega stanja, kompleksov ter vezave na trdno fazo.
Pomen za razvoj znanosti
Znanstveno-raziskovalne aktivnosti temeljnega raziskovalnega programa so bile močno usmerjene v iskanje novih konceptov in znanstvenih spoznanj ter razvoj novih metodoloških pristopov in orodij na področju analitike sledov in kemijske karakterizacije različnih kompleksnih (bio)materialov in kemijskih procesov. Zaradi aktualnosti in relevance raziskovalnih tematik je bil prispevek skupine h globalni znanosti znaten, kar dokazuje tudi njena dosedanja znanstvena uspešnost in njena močna vpetost v nacionalno in mednarodno sodelovanje. Za kemijsko analizo kompleksnih vzorcev ali za analizo v bolj eksotičnih okoljih (mikro-prostorninski vzorci, mikro-lokacije) in za izboljšanje občutljivosti, selektivnosti, zanesljivosti ter robustnosti modernih analiznih metod in orodij, je nujno potrebna inventivna sklopitev ter študij naprednih separacijskih in detekcijskih tehnik. Zato so bile naše raziskave, predvsem na področjih kemijske speciacije, bioanalitike in okoljske analitike, izjemno znanstveno aktualne. Zaradi v svetu vse večjih zahtev po hitrih, enostavnih, poceni in decentraliziranih analiznih protokolih ter po miniaturizaciji senzorskih sistemov, je predstavljal pomemben prispevek k sodobni znanosti tudi študij in razvoj kemijskih senzorjev, biosenzorjev ter mikro-senzorjev, skupaj z vpeljavo nano-velikostnih in nano-strukturnih materialov za njihovo izdelavo. Poseben pomen za naš prispevek k razvoju znanosti pripisujemo nadaljnjemu razvoju in širitvi uporabe bizmutove elektrode in nedavno pri nas razvite antimonske elektrode, ki predstavljata odličen nadomestek za strupeno živosrebrovo elektrodo za merjenje težkih kovin v sledovih. Študij, določevanje in razumevanje pojavljanja kemijskih zvrsti je že dolgo znan in aktualen izziv, vendar je to področje zaradi delikatnosti uporabe eksperimentalnih pristopov še vedno precej neobdelano. Zato je bilo naše delo usmerjeno v raziskave z uporabo kombiniranih nedestruktivnih in destruktivnih metod, ki so prinesle nekaj pomembnih znanstvenih prodorov na tem področju. Dosegli smo nekaj opaznih znanstvenih rezultatov na področjih, kjer smo uporabljali novo metodo direktnega mikrovzorčevanja z lasersko ablacijo, te študije bomo v bodoče še razširili in poglobili. Naše raziskave kemijske karakterizacije finih in ultrafinih (sub-mikrometerskih) atmosferskih aerosolov so rezultirale v znanju, ki se lahko vključuje v različne modele za napovedovanje nastajanja in porazdelitve atmosferskih delcev in prispeva k razumevanju kompleksnih atmosferskih reakcijskih mehanizmov. Študij neraziskanih naravnih procesov je velikokrat onemogočen zaradi neustreznih instrumentalnih metod in analiznih pristopov. Z novo razvitimi analiznimi metodami, ki jih odlikuje predvsem visoka občutljivost, smo lahko pojasnili in potrdili nekatere izbrane biološke procese in z njimi povezane ključne dejavnike, kot so npr. transport antioksidantov preko celične membrane, idr. Velik pomen našega znanstveno-raziskovalnega dela je dobro razviden iz številnih objav v vodilnih revijah z zelo visokim faktorjem vpliva, kot so J. Am. Chem. Soc., Anal. Chem., Trends Anal. Chem.(vodilni reviji na področju analizne kemije), J. At. Abs. Spectr., itd. O znanstveni kvaliteti in pomenu našega dela priča tudi izjemno veliko število citacij in citiranih publikacij, plodno sodelovanje z nekaterimi eminentnimi znanstveniki in znanstvenimi ustanovami najvišjega svetovnega ranga in vključitev v že omenjene mednarodne projekte in povezave.
Pomen za razvoj Slovenije
Znanstveno-raziskovalni program P1-0034 je bil sestavljen tako, da je omogočal posreden in neposreden prenos znanja in uporabo rezultatov na več pomembnih segmentih, ki so tesno povezani s stopnjo družbeno-ekonomskega razvoja Republike Slovenije. Z našimi izkušnjami, raziskavami in z novimi spoznanji je naša skupina znatno prispevala k tehnološkemu razvoju in sledenju ciljev trajnostnega razvoja Slovenije. Usmerjenost izbranih raziskav je bila naravnana v skladu s svetovnimi trendi in naraščajočimi potrebami na področju okoljskih problematik (preučevanje aerosolov in z njimi povezanih atmosferskih procesov in vplivov na klimatske spremembe, speciacija, določevanje težkih kovin v sledovih), bio-medicine (kemijska analiza kompleksnih organskih vzorcev, razvoj senzorjev, biosenzorjev in mikro-senzorjev, razvoj mikro-analiznih metod uporabnih v moderni diagnostiki), varne prehrane (bio-analitika nekaterih toksičnih in esencialnih komponent), industrijskega monitoringa (reševanje problemov učinkovite kemijske analize končnih ali medfaznih zvrsti v novih ali že obstoječih tehnoloških procesih) in na področju ohranjanja naravne in kulturne dediščine (nedestruktivna kemijska analiza in mikro-analiza materialov in predmetov zgodovinskega pomena). Dokaz za vključenost v izboljšanje družbeno-ekonomskega statusa Slovenije je tudi naše uspešno sodelovanje s številnimi industrijskimi partnerji, ko so npr. Salonit Anhovo, Fructal, Lek, Krka, idr., ki izražajo močno potrebo po sodelovanju z nami. Dejstvo, ki ga le počasi sprejema tudi Slovenija, da podatki o celokupni vsebnosti elementov v okoljskih in drugih vzorcih ne zadoščajo pri odločitvah uradnih oblasti glede politike trajnostnega razvoja in ukrepov za zaščito zdravja, postavlja področje kemijske speciacije v prvi plan okoljske analitike. Nujno potrebno je določiti legalne meje dopustnih nivojev posameznih kemijskih zvrsti v vseh predelih okolja (zrak, voda, tla), ki so direktno povezani s pitno vodo, prehrambeno verigo, vdihavanjem, itd. Naše raziskave so doprinesle ustrezna znanja in analizna orodja ter metodologije, ki so potrebne za izdelavo učinkovitih in cenovno dostopnih strategij na področju zaščite okolja in zdravja. Velik delež našega dela je bil posvečen mentorskemu delu z do- in podiplomskimi študenti, mladimi raziskovalci ter s podoktoranti z namenom učinkovitega prenosa znanja, izobraževanja in ustvarjanja vrhunskih mladih znanstveno-raziskovalnih kadrov. Tako so bili člani naše skupine v zadnjih petih letih mentorji ali somentorji pri številnih diplomah, magisterijih, doktorskih disertacijah in podoktorskih obiskih gostujočih mladih znanstvenikov. Velik pomen pri izvajanju programa smo pripisovali naši vpetosti v slovenski znanstveno-raziskovalni prostor (Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Biotehniška fakulteta, Medicinska fakulteta, Veterinarska fakulteta v Ljubljani, Univerza v Mariboru, Institut Jožef Stefan, Univerza v Novi Gorici). Pri tem je šlo bodisi za izkoriščanje komplementarnih aparaturnih kapacitet in/ali izmenjavo komplementarnih znanj ter izkušenj. V okviru programa smo izvajali tudi nekatere druge dejavnosti kot npr. usposabljanje specializantov, svetovalna dejavnost, pomoč zunanjim partnerjem pri reševanju posebnih analiznih problemov, organizacija znanstvenih srečanj in delovnih seminarjev, itd. Navzočnost na številnih že omenjenih mednarodnih seminarjih in vključenost v prej opisane mednarodne projekte skupaj z izmenjavo znanstvenih kadrov je prispevala k promociji naše države, lažjemu dostopu do novih tehnologij, ustvarjanje učinkovitih platform za vključevanje v mnoge mednarodne projekte in vključevanje v mednarodno delitev dela.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
