Percorso b) dalla scatola all'armadio
Thermo Electron ICP-OES SPECTROMETER IRIS Intrepid II (2004)
Quantometro
I metodi ottici sono stati storicamente, fino all'introduzione della cromatografia, quelli più applicati in campo ambientale, alimentare e clinico. All'interno di questi metodi, quelli di assorbimento, basati in origine sulla misura dell'intensità dei colori, si sono fatti preferire in quanto più facilmente commutabili in strumenti (spettrofotometro, fotometro, colorimetro). Successivamente anche i metodi di emissione si sono sviluppati, a partire dai metodi semplici qualitativi dell'analisi in fiamma. L'evoluzione storica di questi metodi si è configurata da prima negli spettrometri di emissione con sorgente a fiamma, ad arco o a scintilla, in relazione all'elemento da determinare. Le temperature infatti dei tre suddetti mezzi di eccitazione sono diverse tra loro anche di alcune centinaia di gradi e quindi producono condizioni di eccitazione energeticamente molto diverse e quindi selettive. Il quantometro rappresenta la versione più versatile e al tempo stesso più precisa (non accurata, l'accuratezza resta sostanzialmente la stessa) dello spettrometro di emissione; con la struttura ingegneristica ad esso applicata è possibile eseguire analisi dello stesso campione anche di alcune decine di elementi contemporaneamente. Ovviamente a questa caratteristica si sono dovute sacrificare le dimensioni che sono divenute dell'ordine del metro. Oggi, ma parliamo delle ultime scoperte, anche su questo si stanno facendo dei passi in avanti verso la trasportabilità dei quantometri.
Robot analitico
L'evoluzione della chimica analitica strumentale ha consentito, con il progresso delle ricerche, di realizzare strumenti che hanno reso possibile le analisi in situ e in continuo. Tale traguardo però non è mai stato considerato come l'ultimo in quanto le analisi in situ possono comportare situazioni ambientali difficili se non addirittura pericolose per lo sperimentatore, e le analisi in continuo richiedono al tempo stesso un attento monitoraggio dei risultati ottenuti. Queste due difficoltà vengono superate con l'introduzione dei robot analitici, i quali possono operare in assenza di un tecnico e possono anche elaborare i dati delle misure da essi stessi eseguite. In tal modo è possibile essere documentati in continuo circa ambienti ostili quali i vulcani, le sedi dei ghiacci perenni, gi abissi marini.
Risonanza magnetica nucleare (NMR)
La risonanza magnetica nucleare è una tecnica di indagine sulla materia basata sulla misura della precessione dello spin di protoni o di altri nuclei dotati di momento magnetico quando sono sottoposti ad un campo magnetico. La risonanza magnetica, intesa come tecnica di indagine, ha applicazioni in medicina, in chimica, in petrografia e in geofisica applicata.
Scoperta indipendentemente nel 1946 dai fisici Felix Bloch ed Edward Purcell, per cui ricevettero il premio Nobel per la fisica nel 1952, tra il 1950 e il 1970 venne utilizzata primariamente nell'analisi della chimica molecolare e della struttura dei materiali. Nel 1949 la società americana Varian ottiene un brevetto per l'utilizzo della RMN per misurazioni nel campo magnetico terrestre. Brown e Gamsom, della Chevron nel 1960 fecero la prima registrazione sperimentale di "NMR logging" in un pozzo per la ricerca petrolifera e nel 1978 la Schlumberger introduce il primo strumento standard di logging chiamato NML (Nuclear Magnetic Logging).
L’inventore della prima apparecchiatura per risonanza magnetica per lo studio del corpo fu l’americano Raymond Vahan Damadian (qui a dx), laureato in medicina e specializzato in nefrologia, biofisica, biochimica. Damadian studiò lo spettro del sodio e del potassio in cellule animali, riuscendo a realizzare un’apparecchiatura in grado di captare le emissioni radio degli atomi sottoposti a un campo magnetico e sollecitati da radiofrequenze. Nel 1971, riuscì a dimostrare che le cellule tumorali dei topi hanno tempi di rilassamento più elevati rispetto a quelli delle cellule sane, anche se le sue intenzioni non erano quelle di produrre immagini morfologiche ma solo dati quantitativi sulle caratteristiche tissutali. Dopo alcuni studi propose al mondo scientifico di prendere in considerazione la risonanza magnetica per la rivelazione delle malattie dell'uomo. Nel 1972 brevettò la prima apparecchiatura Rm per lo studio del corpo umano ma, nonostante un certo interesse da parte dell’opinione pubblica, il suo lavoro venne screditato dai suoi colleghi.
Nel 1973, 16 marzo, il fisico Paul C. Lauterbur ottenne le prime immagini RM di un oggetto campione costituito da piccoli tubi contenenti acqua. Per la ricostruzione dell’immagine ebbe l’idea di usare dei gradienti di campo magnetico per poter ricavare informazione circa la posizione degli atomi. L’immagine risultante fu realizzata attraverso una tecnica di retroproiezione simile a quella usata in TAC. Pubblicò un articolo "Image formation by induced local interaction; examples employing magnetic resonance" sulla rivista sceintifica Nature. Avrebbe denominato questa tecnica la "zeugmatography " anche se inizialmente non destarono interesse nell'ambiene scientifico, ma è il passo che determinò il passaggio dalla misurazione a zona singola alla misurazione con localizzazione spaziale, quindi la base dell'imaging clinico attuale.
Anche se non si pensava che ci potessero essere effetti dannosi sulle persone, l'utilizzo della risonanza magnetica non era ancora stato sperimentato sugli esseri umani. Le prime immagini sono state prodotte nel 1976 da Peter Mansfield su un dito, nel 1977 Paul Bottomley e Waldo Hinshaw produssero un immagine di un polso, e nel 1978 laElectrical and Musical Industries (EMI) produsse la prima immagine del parenchima cerebrale.
Nel 1975 Richard Ernst propose un processo di codifica di fase e di codifica in frequenza delle radiofrequenze e l’introduzione della trasformata di Fourier nell’analisi dei dati ottenuti.
L’intuizione di Ernst fu utilizzata nel 1980 da Edelstein ed i suoi collaboratori. Grazie alla codifica delle rf il tempo richiesto per l’acquisizione di ogni singola immagine scese a circa cinque minuti. Nel corso degli anni, le nuove tecniche di ricostruzione, consentirono un accorciamento notevole e già nel 1986, il tempo richiesto per produrre immagini era ridotto a circa cinque secondi. Nello stesso anno alcuni studiosi svilupparono il microscopio a risonanza magnetica nucleare, in grado di raggiungere una risoluzione prossima ai 10 µm su campioni di circa un centimetro.
Sempre agli inizi degli anni 80 alcuni gruppi associati a case costruttrici iniziarono a produrre apparecchiature di risonanza magnetica per studi in vivo per studio del corpo umano.
In Inghilterra alcuni gruppi iniziarono a lavorare su queste apparecchiature, la prima in Europa fu installata dalla Picker nel 1983 nel Department of Diagnostic Radiology at the University of Manchester Medical School.Nel 1987 grazie all’utilizzo della tecnica l'EPI fu realizzata per la prima volta l'acquisizione di immagini in tempo reale di un singolo ciclo cardiaco. Nello stesso anno Charles Dumoulin si distinse per le sue scoperte nell’ambito agiografico riuscendo a realizzare immagini di angiorisonanza senza l’utilizzo di liquido di contrasto.
Nel 1991 Richard Ernst ricevette il premio Nobel per la Chimica per i suoi risultati sulla trasformata di Fourier pulsata utilizzata nelle indagini RM. Nel 1992 si avviò lo sviluppo della RM funzionale (fMRI), finalizzata alla costruzione di una mappa del cervello umano sulla base della risposta agli stimoli esterni e all’individuazione delle regioni del cervello responsabili del controllo del pensiero e del movimento.
Nel 1994 i ricercatori delle Universita' di Stony Brook e Princeton nello stato di New York (USA) sperimentarono con successo l'imaging del gas 129Xe iperpolarizzato per studi respiratori.
Nel 2003 Paul C. Lauterbur dell'Universita' dell'Illinois e Peter Mansfield dell'Universita' di Nottingham sono stati insigniti del premio Nobel per la Medicina per le loro scoperte nel campo dell'imaging con risonanza magnetica.
