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ADVANCED VIBRATIONAL SPECTROSCOPY FOR ENVIRONMENTAL SCIENCE
01XBFRW
A.A. 2026/27
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Ingegneria Civile E Ambientale - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 10 |
| Esercitazioni in laboratorio | 10 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | h.Sem | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bellopede Rossana | Professore Associato | CEAR-02/C | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** | 4 |
|---|
L'obiettivo del corso è introdurre le principali tecniche di spettroscopia vibrazionale, ovvero la spettroscopia infrarossa (IR) e la spettroscopia Raman, per la caratterizzazione di materiali e matrici ambientali.
Oltre all'identificazione chimica delle fasi minerali tramite confronto con database spettrali, il corso tratterà applicazioni più avanzate della spettroscopia vibrazionale. Queste includono, ad esempio, lo studio dello stato di idratazione, del disordine strutturale, delle tensioni residue e dell'orientamento cristallografico, evidenziando come i dati spettroscopici possano fornire informazioni non solo sulla composizione, ma anche sulle proprietà strutturali e fisiche dei materiali di rilevanza ambientale. Il corso si conclude con una breve introduzione alla simulazione e all'elaborazione degli spettri.
The objective of the course is to introduce the main vibrational spectroscopy techniques, namely Infrared (IR) and Raman spectroscopy, for the characterization of environmental materials and matrices.
In addition to the chemical identification of mineral phases through comparison with spectral databases, the course will cover more advanced applications of vibrational spectroscopy. These include, for example, the investigation of hydration state, structural disorder, residual stress, and crystallographic orientation, highlighting how spectroscopic data can provide insight not only into composition but also into the structural and physical properties of environmentally relevant materials. The course is completed by a gentle introduction to spectra simulation and post-processing.
Chimica generale; fisica ottica e elettromagnetismo
Chemistry; Physics optics and electromagnetism
• Spettroscopia infrarossa (5 ore)
o Fondamenti delle vibrazioni molecolari e dell'interazione luce-materia
o Configurazioni di misura nella spettroscopia infrarossa: riflessione, trasmissione, ATR.
• Strumentazione per la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR)
o Metodi di preparazione dei campioni per l'analisi di minerali e rocce
o Interpretazione degli spettri ed elaborazione dei dati
o Casi studio: identificazione di microplastiche, analisi dello stato di idratazione delle argille, identificazione di minerali di amianto
• Spettroscopia Raman (7 ore)
o Introduzione allo scattering Raman
o Strumentazione per la spettroscopia Raman
o Metodi di preparazione dei campioni per l'analisi di minerali e rocce
o Interpretazione di dati ed elaborazione dei dati
o Analisi cristallografica mediante spettroscopia Raman polarizzata
o Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS)
o Imaging Raman e mappatura chimica
o Casi studio: rilevamento di contaminanti nell'acqua tramite SERS, identificazione di microplastiche, attribuzione della fonte di black carbon, stress residuo e orientamento cristallografico nel marmo
• Metodi computazionali per la simulazione e l'interpretazione di spettri Raman e FTIR (4 ore)
o Introduzione ai metodi ab initio e Density Functional Theory (DFT)
o Simulazione di spettri IR e Raman di cristalli: Quantum Espresso
o Simulazione di spettri IR e Raman di molecole: ORCA
• Elaborazione di dati IR e Raman (4 ore)
• Infrared Spectroscopy (5h)
o Fundamentals of molecular vibrations and light–matter interaction
o Measurement configurations in infrared spectroscopy: reflection, transmission, ATR.
o Instrumentation for Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy
o Sample preparation methods for mineral and rock analysis
o Spectral interpretation and data post-processing
o Case studies: microplastic identification, analysis of the hydration state of clays, identification of asbestos minerals
• Raman Spectroscopy (7h)
o Fundamentals of Raman scattering
o Instrumentation for Raman spectroscopy
o Sample preparation methods for mineral and rock analysis
o Spectral interpretation and data post-processing
o Crystallographic analysis by polarized Raman spectroscopy
o Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS)
o Raman imaging and chemical mapping
o Case studies: water-contaminant detection using SERS, microplastic identification, black carbon source apportionment, residual stress and crystallographic orientation in marble
• Computational methods for Raman and FTIR spectra simulation and interpretation (4h)
o Introduction to ab-initio methods and Density Functional Theory (DFT)
o IR and Raman spectra simulation of crystals: Quantum Espresso
o IR and Raman spectra simulation of molecules: ORCA
• IR and Raman data post-processing (4h)
In presenza
On site
Presentazione orale
Oral presentation
P.D.1-1 - Novembre
P.D.1-1 - November