Projekti / Programi
Analitika in kemijska karakterizacija materialov ter procesov
01. januar 2009
- 31. december 2014
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P300 |
Naravoslovno-matematične vede |
Analitična kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
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 (37)
Organizacije (2)
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
Usmeritve raziskovalnega programa P1-0034 "Analitika in kemijska karakterizacija materialov ter procesov" k aktualnim tematikam in področjem v okviru razvoja sodobnih analiznih metodologij in orodij/senzorjev ter študija fizikalno-kemijskih procesov pomenijo, skupaj z rezultati in spoznanji znanstveno-raziskovalnih aktivnosti, znaten prispevek k globalni znanosti. Ta trditev je podprta z dosedanjo intenzivno vpetostjo programske skupine v mnoga domača in mednarodna sodelovanja, tudi z eminentnimi znanstveniki, številne objave (138 od leta 2009), predstavitve in veliko število citacij (preko 5000 v obdobju 2009-2014, vir Wos/Scopus). Na področjih varstva okolja, (bio)medicine, razvoja materialov in industrijske kontrole so vse večje zahteve in potrebe po občutljivih, selektivnih, zanesljivih, robustnih in hitrih analiznih metodah in orodjih, po miniaturizaciji senzorskih sestavov in razumevanju mnogih fizikalno-kemijskih (naravnih) procesov. Pomemben prispevek na teh področjih predstavljajo naši izsledki v okviru študij in razvoja naprednih (mikro)analiznih protokolov, metodologij in kemijskih senzorjev ter biosenzorjev in njihova miniaturizacija, skupaj z inovativno uporabo novih in obstoječih (nanostrukturiranih) materialov in tehnologij. Ocenjujemo, da je bil na področju sodobne elektroanalizne kemije narejen pomemben napredek in doprinos z intenzivnimi študijami razvoja in možnosti širše uporabe bizmutove in antimonove elektrode, ki smo ju razvili v okviru naše skupine in v sodelovanju s partnerji iz tujine. Obe elektrodi, predvsem pa bizmutova, sta in še postajata predmet številnih raziskav v mnogih elektrokemijskih laboratorijih in se uveljavljata na področjih raziskav merjenja ionov (težkih) kovin v sledovih in nekaterih elektrokemijsko aktivnih organskih zvrsti. Najpomembnejši pa je njun pomen kot odličen nadomestek za do sedaj najpogosteje uporabljeno problematično/strupeno živosrebrovo elektrodo; dokaz za to je tudi že preko 540 citatov našega prvega članka o tankoslojni bizmutovi elektrodi. Področje elementne in molekularne analitike kompleksnih (bio)vzorcev ter izboljšanje predvsem občutljivosti in selektivnosti analiznih metod in orodij zahtevajo temeljit študij in sklopitev sodobnih separacijskih in detekcijskih tehnik. Določevanje in študij pojavljanja kemijskih zvrsti je aktualen znanstveni izziv, zato so pomembne raziskave uporabe kombiniranih nedestruktivnih in destruktivnih analiznih metod. Dosegli smo pomemben praktičen in fundamentalen napredek in prispevali doprinos na področjih raziskav (bio)materialov ter elementne in molekularne mikroanalize in elementnega kemijskega oslikovanja, predvsem v okviru sklopitve laserske ablacije (LA) in elementne masne spektrometrije, kjer smo se izkazali z odličnimi dosežki pri razvoju 2D in 3D oslikovanja, tako pri odpiranju novih možnostih uporabe, kakor tudi pri bazičnih študijah interakcije laserja s snovjo. Na področju atmosferske kemije smo zabeležili pomembne dosežke pri kemijski karakterizaciji aerosolov, razvoju za to namenjenih inovativnih metodologij in študiju procesov nastajanja sekundarnih aerosolov, kar bo lahko uporabno tudi pri modelih za napovedovanje nastajanja/porazdelitve atmosferskih delcev, odkritja pa pomenijo znaten prispevek k nadaljnjim študijam in razumevanju kompleksnih atmosferskih reakcijskih mehanizmov. Izjemen napredek je bil izkazan na področju spektrometrije s termičnimi lečami (TLS), kot orodju za fizikalno-kemijsko karakterizacijo tekočin in raztopin. Pomemben je doprinos na področju teorije in razvoja instrumentacije mikroskopske TLS ter njene uporabe v mikrofluidnih sistemih za na primer detekcijo toksičnih snovi v vzorcih okolja in za detekcijo biomarkerjev v bioloških tekočinah.
Pomen za razvoj Slovenije
Pridobljena spoznanja in izkušnje v okviru izvajanja raziskovalnega programa P1-0034 omogočajo posreden in/ali neposreden prenos in uporabo znanj ter širšo korist na aktualnih področjih družbeno-ekonomskega razvoja Republike Slovenije, tako v smislu tehnološkega kot trajnostni razvoja. Program raziskav je bil načrtovan v sozvočju z globalnimi in lokalnimi trendi in potrebami na področjih (i) varstva okolja (preučevanje aerosolov in atmosferskih procesov, analiza sledov ionov (težkih) kovin ter drugih onesnaževal), (ii) zdravja in varne hrane (analiza kompleksnih (bio)vzorcev, razvoj senzorjev in mikrosenzorjev, razvoj mikroanaliznih metod potencialno uporabnih v diagnostiki, bioanalitika toksičnih in esencialnih komponent), (iii) industrijskega monitoringa in razvoja materialov (analize končnih in medfaznih vzorcev v tehnoloških procesih) ter (iv) na področju ohranjanja naravne in kulturne dediščine (nedestruktivna kemijska analiza in mikroanaliza (trdnih) materialov in predmetov zgodovinskega pomena). Med izvajanjem programa smo se posvečali tudi pedagoškemu delu z dodiplomskimi in podiplomskimi študenti/mladimi raziskovalci ter s podoktoranti z namenom kvalitetnega prenosa znanja, izobraževanja in ustvarjanja vrhunskih kadrov, ki bodo lahko konkurenčni na mednarodnem trgu dela. Člani programske skupine so bili v zadnjih letih vpeti v številna mentorstva in somentorstva ter skrbništva pri diplomah, magisterijih, doktorskih disertacijah in podoktorskih obiskih. Intenzivno smo bili vpeti v slovenski znanstveno-raziskovalni prostor v okviru formalnih in neformalnih sodelovanj z na primer Fakulteto za kemijo in kemijsko tehnologijo, Biotehniško fakulteto, Medicinsko fakulteto, Veterinarsko fakulteto, Univerzo v Mariboru, Univerzo v Novi Gorici, Institutom Jožef Stefan, pri koriščenju instrumentalnih kapacitet in izmenjavi znanj, tudi v okviru sodelovanja v infrastrukturnem programu. Aktivnosti članov programske skupine so vključevale tudi podporo in sodelovanje z zunanjimi akademskimi in neakademskim/industrijskim partnerji pri reševanju zahtevnejših analiznih/razvojnih problemov ter organizacijo znanstvenih srečanj in delavnic. Dokaz za koristen in kvaliteten prenos znanja je na primer dosedanje uspešno sodelovanje z več deset industrijskimi partnerji, med drugim tudi v okviru pogodb (Lek, Krka, Wire, Calcit, Salonit Anhovo, Zavod za gradbeništvo Slovenije, Inštitut za hmeljarstvo in pivovarstvo Slovenije). Predstavitve naših dosežkov na številnih domačih in mednarodnih seminarjih, tudi v okviru vabljenih predavanj ter organizacije mednarodnih seminarjev in delavnic so prispevali k promociji in prepoznavnosti naše države ter posledično lažjemu dostopu do novih tehnologij, ustvarjanju pogojev za vključevanje v mednarodne projekte in v mednarodno delitev dela. Na področju varstva okolja (in zdravja) je nujno zavedanje, da samo podatki o celokupni vsebnosti elementov v okoljskih in drugih vzorcih ne zadoščajo pri sprejemanju odločitev glede sledenja politike trajnostnega razvoja in ukrepov za zaščito okolja ter zdravja, kar daje področju razvoja kemijske karakterizacije velik pomen, nova spoznanja pa bi lahko koristila pri pripravi nacionalnih strategij glede okoljskih in sorodnih predpisov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
