Projekti / Programi
Analitika in kemijska karakterizacija materialov ter procesov
01. januar 2015
- 31. december 2019
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P003 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
analizna kemija, bioanalitika, elektrokemija, atmosferska kemija, speciacija, kemijsko izluževanje, analiza sledov, mikroanalitika, kemijsko oslikovanje, aerosoli, kompleksen matriks, varstvo okolja, zdravje in varna hrana, senzorji, mikrosenzorji, ICP-MS, laserska ablacija, TLS, HPLC, FIA, IC
Raziskovalci (40)
Organizacije (2)
Povzetek
Program obsega študije/uporabo novih pristopov pri razvoju sodobnih analiznih metod/orodij za kemijsko analizo ter karakterizacijo materialov/procesov na področjih (a) varstva okolja, (b) zdravja in varne hrane ter (c) raziskave materialov. Raziskave obravnavajo A-metodološko in B-problemsko naravnane vsebine:
Sklop A:
(i) Elementna in molekularna mikroanaliza ter kemijsko oslikovanje; razvoj metod in študije procesov pri direktnem vzorčenju trdnih materialov s tehniko laserske ablacije (LA) v povezavi z masno spektrometrijo (ICP-MS, MS/MS). Razvijali bomo tudi LA-celico za ultra-hitre LA-meritve.
(ii) Anorganska in organska analiza kompleksnih (bio)vzorcev; študij/razvoj in uporaba sklopitve različnih analiznih (separacijskih) tehnik (IC, LC, FIA), mikrofluidnih in detekcijskih sistemov (ICP-MS, ICP-OES, MS/MS, spektrom. toplotnih leč-TLS in TLS mikroskopija) ter senzorjev (elektrokemijski, optični) za karakterizacijo vzorcev s kompleksnejšim matriksom (okoljski, biološki).
(iii) Analitika sledov in ultra-sledov elementov; razvoj/uporaba tehnik ICP-MS in ICP-OES ter s tem povezane študije matričnih efektov pri vzorcih z visokim deležem skupnih raztopljenih snovi. Študirali/razvijali bomo elektrokemijske senzorje, predvsem Bi- in Sb-elektrode, za merjenje ionov (težkih) kovin v sledovih (prenosni/poceni sistemi).
(iv) Miniaturizacija in senzorji; miniaturizacija elektrokemijskih in optičnih senzorjev za merjenje kovinskih ionov in organskih spojin. Razvijali bomo tudi senzorje za in-vivo meritve fiziološko pomembnih spojin (npr. živčni prenašalci) in preučevali uporabo LA za miniaturizacijo elektrod.
Sklop B:
(a) Varstvo okolja; fizikalno-kemijska karakterizacija sub-mikrometrskih aerosolskih delcev in raziskovanje izvorov/procesov nastajanja sekundarnih organskih/anorganskih aerosolov ter vloge nekaterih kovinskih zvrsti (Fe3+/Fe2+) in ligandov biološkega izvora (npr. pioverdin) v atmosferskih procesih. Proučevali bomo razgradnjo farmacevtskih učinkovin/pesticidov z metodami napredne oksidacije ter možnosti njihovega odstranjevanja z biokompatibilnimi kompozitnimi materiali in pri tem uporabljali tehnike kot so LC-MS, laserska bliskovna fotoliza, toksikološki testi.
(b) Zdravje in varna hrana; detekcija/identifikacija bioaktivnih snovi (fenoli, alergeni, toksini, biomarkerji) in metabolitov ter pojasnitev njihove vloge obsega študije/vpeljavo novih in občutljivih (sklopljenih) protokolov za ugotavljanje transporta in porazdelitve izbranih elementov/spojin v različnih bioloških vzorcih (npr. možgani, fiziološke tekočine, rastline, hrana).
(c) Raziskave materialov; kemijska in fizikalna (optične in toplotne lastnosti, defekti) karakterizacija materialov različnega izvora (arheološki, umetniški, industrijski, neznani), študije nedestruktivnih metod s pomočjo mikrovzorčenja in optotermične spektrometrije z odklonom žarka-BDS. Raziskovali bomo pristope za pripravo novih materialov s pomočjo pulzne LA iz (ionskih)tekočin in z inovativno uporabo elektrosprej ionizacijske (ESI) komore.
Pomen za razvoj znanosti
Zaradi usmeritve raziskovalnega programa k aktualnim tematikam/področjem v okviru razvoja sodobnih analiznih metodologij in orodij/senzorjev je možno predvideti, da bodo rezultati in spoznanja znanstveno-raziskovalnih aktivnosti pomenili znaten prispevek k globalni znanosti; to je podprto tudi z dosedanjo intenzivno vpetostjo programske skupine v mnoga domača in mednarodna sodelovanja, tudi z eminentnimi znanstveniki, številne objave (122 od l. 2009), predstavitve in veliko število citacij (preko 4400 v 2009-2014, vir Wos/Scopus).
Na področjih zdravja (biomedicina, diagnostika) in varne hrane ter varstva okolja (monitoring) so vse večje zahteve po občutljivih (analitika sledov), selektivnih, zanesljivih in hitrih analiznih metodah in orodjih ter po miniaturizaciji senzorskih sestavov. Zato bo pomemben prispevek na teh področjih predstavljal študij in razvoj naprednih analiznih protokolov in kemijskih senzorjev, biosenzorjev ter njihova miniaturizacija, skupaj z inovativno uporabo novih in obstoječih (nanostrukturiranih) materialov. Ocenjujemo, da bo na področju elektrokemijske analitike pomemben doprinos nadaljnji študij in širitev možnosti uporabe bizmutove in antimonove elektrode, ki smo ju razvili v okviru naše skupine in v sodelovanju s partnerji iz tujine in predstavljata odličen nadomestek za živosrebrovo elektrodo pri merjenju predvsem sledov ionov težkih kovin; dokaz za to je tudi že preko 500 citatov našega prvega članka o Bi-elektrodi. Elementna in molekularna analiza kompleksnih (bio)vzorcev ter izboljšanje predvsem občutljivosti in selektivnosti analiznih metod in orodij zahtevajo inventivno sklopitev ter študij sodobnih separacijskih in detekcijskih tehnik. Določevanje in študij pojavljanja kemijskih zvrsti je aktualen znanstveni izziv, zato bodo raziskave usmerjene k študijam uporabe kombiniranih nedestruktivnih in destruktivnih analiznih metod; na področjih raziskave (bio)materialov ter elementne in molekularne mikroanalize in kemijskega oslikovanja (sklopitev laserske ablacije (LA) in masne spektrometrije) pričakujemo pomemben napredek, predvsem pri razvoju 2D in 3D oslikovanja - tako pri odpiranju novih možnostih uporabe, kakor tudi pri fundamentalnih študijah interakcije laserja s snovjo. Izredno zanimiv predmet raziskav bo tudi študij LA-aerosolov, ki nastanejo iz različnih prekurzorjev. Na polju varstva okolja bodo razvoj kemijske karakterizacije aerosolov in študije procesov nastajanja sekundarnih aerosolov rezultirali v znanju, ki bo lahko uporabno pri modelih za napovedovanje nastajanja/porazdelitve atmosferskih delcev, kar bo tehten prispevek znanosti k razumevanju kompleksnih atmosferskih reakcijskih mehanizmov. Pri študijah nekaterih naravnih procesov pričakujemo, da bomo z razvitimi (mikro)analiznimi protokoli (LA-ICP-MS, TLS) lahko pojasnili in potrdili nekatere pomembne biološke procese (npr. transport esencialnih in toksičnih komponent v organizmih).
Pomen za razvoj Slovenije
Izbrane aktualne vsebine programa in s tem pridobljena spoznanja ter izkušnje omogočajo posreden ali neposreden prenos in uporabo znanj na področjih družbeno-ekonomskega razvoja Republike Slovenije (tehnološki in trajnostni razvoj); usmerjenost raziskav je podobno kot do sedaj naravnana v skladu s svetovnimi smernicami in potrebami na področjih varstva okolja (preučevanje aerosolov in atmosferskih procesov, speciacija, analiza sledov in ultrasledov kovinskih ionov), zdravja in varne hrane (analiza kompleksnih (bio)vzorcev, razvoj senzorjev, biosenzorjev in mikrosenzorjev, razvoj mikroanaliznih metod potencialno uporabnih v diagnostiki, bioanalitika toksičnih in esencialnih komponent), industrijskega monitoringa in razvoja materialov (analize končnih in medfaznih vzorcev v tehnoloških procesih) ter na področju ohranjanja naravne in kulturne dediščine (nedestruktivna kemijska analiza in mikroanaliza (trdnih) materialov in predmetov zgodovinskega pomena). Dokaz za uspešen prenos znanja je dosedanje sodelovanje z več deset industrijskimi partnerji, med drugim tudi v okviru pogodb (Lek, Krka, Wire, Calcit, Salonit Anhovo, Zav. za gradbeništvo Slovenije, Inštitut za hmeljarstvo in pivovarstvo Slovenije).
Posvečamo se tudi pedagoškemu/mentorskemu delu z do- in podiplomskimi študenti/mladimi raziskovalci ter s podoktoranti z namenom učinkovitega prenosa znanja, izobraževanja in ustvarjanja vrhunskih kadrov. Člani programske skupine so bili v zadnjih letih vpeti v mentorstva in so-mentorstva pri številnih diplomah, magisterijih, doktorskih disertacijah in podoktorskih obiskih. Intenzivno smo vpeti v slovenski znanstveno-raziskovalni prostor v okviru formalnih in neformalnih sodelovanj (Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Biotehniška fakulteta, Medicinska fakulteta, Veterinarska fakulteta, Univerza v Mariboru, Univerza v Novi Gorici, Institut Jožef Stefan) pri koriščenju instrumentalnih kapacitet in izmenjavi znanj. V okviru programa so predvideni tudi pomoč zunanjim akademskim in industrijskim partnerjem pri reševanju zahtevnejših analiznih/razvojnih problemov, organizacija znanstvenih srečanj itd. Predstavitve naših dosežkov na številnih mednarodnih seminarjih, tudi v okviru vabljenih predavanj ter organizacija mednarodnih seminarjev, sigurno prispevajo k promociji oz. prepoznavnosti naše države ter posledično lažjemu dostopu do novih tehnologij, ustvarjanju pogojev za vključevanje v mednarodne projekte in v mednarodno delitev dela.
Nenazadnje se je na področju varstva okolja (in zdravja) potrebno zavedati, da samo podatki o celokupni vsebnosti elementov v okoljskih in drugih vzorcih ne zadoščajo pri sprejemanju odločitev glede sledenja politike trajnostnega razvoja in povezanih ukrepov za zaščito okolja/zdravja, kar daje področju razvoja kemijske speciacije in karakterizacije velik pomen; nova spoznanja bi lahko koristila pri pripravi nacionalnih strategij glede okoljskih in sorodnih predpisov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo,
zaključno poročilo
