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la SPANNOMETRIA, ovvero l’orientativita’ dell’esperienza

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Guardare attentamente l’albero ci fa talvolta perdere di vista la foresta.
Accanirsi nella misurazione precisa dell’altezza del singolo abete, nel senso della quantificazione dei millimetri esatti della sua altezza, rischia di farci perdere di vista il fatto che forse non è un abete ma un pino, che si trova immerso in un palmeto tropicale e che forse forse l’espressione dell’altezza in millimetri non è neppure così importante perché il tempo che ho impiegato per misurarla è già stato sufficiente ad un colpo d’aria per fargli piegare leggermente la punta, vanificando pertanto la significatività di tutto il lavoro.

bilancia Lo stesso vale in campo scientifico, tanto nella fisica quanto, soprattutto, nella chimica. Non per niente si dice spesso che la precisione estrema in una misura, qualora sussistano problemi più gravi di accuratezza, ad esempio a causa di uno strumento di rilevazione mal calibrato, così come nel caso in cui i nostri dati precisissimi vadano poi “a mescolarsi” per addizione o prodotto con altri dati misurati con precisione molto inferiore… ecco, tutto questo denota in un certo qual senso una certa ignoranza dell’operatore. Ignoranza nel senso proprio del termine, in quanto deriva per lo più da una mancanza di conoscenza del contesto più generale all’interno del quale opera (la foresta, nella metafora), magari semplicemente perché ogni laboratorio o unità di lavoro produce dati a vagoni stagni, senza conoscere le modalità e le convenzioni operative dell’altro; o anche ignoranza in senso lato, dal momento che la vera, profonda, esperienziale, intima conoscenza di una materia, specificamente di una materia scientifica, è quella che consente all’operatore di trascendere dalla necessità dell’espressione di un dato secondo la modalità di massima precisione numerica che sarebbe potenzialmente disponibile con la strumentazione utilizzata.
Una bella provocazione sulla quale prometto di tornare in seguito, dopo aver affrontato un paio di altri punti che mi stanno particolarmente a cuore, sempre a corollario di questo argomento.

Parlando con molti studenti ed ex tali, mi sono reso conto che ciò che rimane in memoria delle più importanti costanti chimico-fisiche, dalla velocità della luce alla costante di Plank, dal numero Avogadro alla costante di Boltzman non è tanto l’ordine di grandezza (espresso dalla potenza di 10 o se vogliamo dalla posizione della virgola nei numeri molto estesi) che di fatto E’ l’aspetto più importante e significativo della costante, quanto piuttosto il dettaglio in cifre delle unità, decimali, centesimali, ecc che viene riportato in chiaro come fattore moltiplicativo di questo esponente.
Giusto per fare un esempio:
il numero di Avogadro, che convenzionalmente esprime il numero di particelle atomiche o molecolari contenute in una mole, è pari a circa 6,022•10E23.
Scritto per esteso, ovvero “esplodendo” quella che viene definita “notazione scientifica” del 1023 si ottiene il numero degli spostamenti della virgola richiesto a destra (nel caso di esponente positivo sul 10) o a sinistra (nel caso di esponente negativo).
Nel caso del numero di Avogadro si ottiene:
602200000000000000000000

Nel caso della costante di Planck, il cui valore di h è equivalente al quanto fondamentale di azione e costituisce pertanto a livello microscopico il primo livello di quantizzazione di grandezze come l’energia, la quantità di moto ed il momento angolare di una particella, si parla di un valore numerico al contrario molto molto piccolo, quindi con esponente della potenza di 10 fortemente negativo, per la precisione h = 6,626 10E-34 j/s.
Volendo scrivere questo numero per esteso si otterrebbe:
0.0000000000000000000000000000000006626 j/s

E’ chiarissimo che è di fatto molto più determinante nel “peso” della costante il numero degli zero (nell’esempio del numero di Avogadro) o la posizione della virgola (nell’esempio della costante di Plance) piuttosto che gli specifici valori numerici che compaiono all’inizio o alla fine della cifra (es. un eventuale 6526 al posto del reale 6626 nella costante di Planck).
Ma è altrettanto vero, purtroppo, che raramente si fa abbastanza per sensibilizzare lo studente a questa importante realtà. Provocatoriamente, si potrebbe pensare di non menzionare più, nei testi didattici, il valore numerico esatto della costante ma solo il loro ordine di grandezza, es. 1023 per il numero di Avogadro e 10-34 j/s per la costante di Plance: in questo modo cosa resterà in memoria, al di là della riuscita dei calcoli ad uso e consumo scolatico, sarà un numero sicuramente più utile rispetto a 6.022 per dieci elevato a… booo?

Le applicazioni numeriche costituiscono uno strumento indispensabile per una adeguata comprensione e duratura assimilazione dei principali argomenti trattati nei corsi di Chimica Generale” cita la prefazione di uno dei testi di stechiometria più diffusi in Italia, “Fondamenti di stechiometria” di Paola Michelin Lausarot e Angelo G. Vaglio – Piccin, ed ho perso una nottata recentemente per ritrovare qual’era il testo propedeutico utilizzato nei miei studi universitari che affermava in premessa qualcosa che suonava molto simile a “una scienza per potersi dire tale deve dare la possibilità di poter effettuare delle misure quantitative sugli oggetti o fenomeni che descrive”. Inutile dire che non ho più ritrovato la citazione cercata, che resterà pertanto a martellarmi la testa forse senza speranza di redenzione.

lavoisier D’altra parte l’introduzione dell’uso della bilancia (nota da parecchi secoli prima) nel laboratorio chimico è cosa discretamente recente sulla scala dei tempi di una scienza: solo a partire da Lavoisier, sul finire del XVIII secolo, l’approccio quantitativo alla chimica iniziò a prendere piede, imponendo gradualmente la necessità del ricorso a questo come ad altri strumenti di misura adeguati.
A rendere (ironicamente) onore a tutto questo sta la pratica molto comune da parte dei chimici sintetisti, che dopo avere accuratamente calcolato i rapporti stechiometrici fra i reagenti e quindi le dosi ponderali da pesare sulla bilancia per ciascuno di essi, decidono deliberatamente di operare in largo eccesso di uno dei reagenti coinvolti, con l’intento di spostare l’equilibrio di una reazione reversibile nella direzione dei prodotti. In molti casi infatti un calcolo stechiometrico o una valutazione quantitativa di altra natura ci serviranno operativamente solo per poter fissare un limite minimo o massimo al di sotto del quale non scendere (o massimo al di sopra del quale non salire), lasciandoci poi liberi di sconfinare virtualmente a piacere nella direzione opposta rispetto al limite fissato.

Quando un analista, chimico ma non soltanto, non ha o non può avere informazioni esterne relative al contesto nel quale andrebbe collocato e quindi valutato il campione sul quale sta lavorando, il suo lavoro si può limitare semplicemente ad una misurazione accurata e precisa delle variabili, che saranno quindi espresse nel responso di analisi con il numero di cifre significative dettate dalla tecnica utilizzata e dall’indicazione dell’errore espresso come % sul valore indicato o come +/- una certa quantità, sempre riferita allo stesso valore. Ho detto non a caso che l’analista “si limiterà” a questo, perché questo approccio da misuratore di alberi in millimetri (giusto per riallacciarsi alla metafora con la quale ho iniziato il post), sicuramente freddo e poco partecipe, è l’unico sempre possibile quando all’operatore è precluso l’accesso al contesto più ampio all’interno del quale è collocata la sua misurazione: il tipo di materia prima, il contesto del campionamento, le altre variabili in gioco, e soprattutto l’uso che il richiedente se ne farà del responso di analisi. Certo, in contesti più standardizzati, come ad esempio quello dell’analisi da protocollo per accertamenti clinico-diagnostici, oppure per verificare la rispondenza di un prodotto agro-alimentare ai limiti di concentrazione di contaminanti secondo la normativa vigente, questo approccio analitico è più che sufficiente, anzi, è proprio quello che il richiedente ed il legislatore si aspettano dall’analista. Sono ormai numerose le normative che impongono in specifici rapporti analitici l’espressione anche dell’intervallo di confidenza o in generale dell’incertezza associata alla misura

In altri contesti all’operatore, sia esso un analista o un ricercatore in senso lato, è richiesto, molto più spesso di quanto non si creda, un responso che è più che altro un’opinione orientativa, un pronunciamento, uno sbilanciamento, una valutazione basata sull’esperienza relativamente a contesti operativi conosciuti (es. di matrici, analiti, metodiche e finalità): quello che in termini informali si definisce una valutazione “spannometrica”.
spanna Se cercassimo il significato di questo termine sul dizionario, troveremmo che la spanna è un’antica unità di misura basata sulla distanza fra le punte del pollice e del mignolo in una mano di un adulto aperta; equivale a circa 20 cm. “Circa”, appunto. Per estensione il termine sta ora ad indicare una misura grossolana, approssimativa, ad occhio. Niente di più “anti-scientifico” per taluni, niente di più concretamente utile per altri… a mio parere, e lo dico da persona immersa fino al collo in realtà di ricerca al tempo stesso di base ed applicata, veloce, orientativa, sicuramente interdisciplinare, quella che fa in un certo qual senso da apripista per gli sviluppi successivi… a mio parere vi dicevo: niente di più difficile. Ma non impossibile.
La ragione per la quale molti specialisti si guardano bene dall’esprimere valutazioni spannometriche è che essa hanno senso e tornano utili solo quando si è un una situazione di profonda conoscenza del contesto, della foresta all’interno della quale ci viene chiesto di stimare l’altezza dell’albero: in altre parole quella che i nostri nonni chiamavano esperienza e che oggi, abbagliati e resi talvolta un po’ stupidi dalla disponibilità di strumenti di analisi veloci, sensibili, accurati e precisi, siamo poco allenati a sviluppare, e successivamente molto intimoriti ad utilizzare, anche quando magari potremo a ragione avere il diritto di farlo.
Ed è un vero peccato, perché spesso potrebbe essere proprio questo a distinguere lo scienziato di esperienza, o se volete anche d’intuito, da un novello schiaccia-pulsanti-scrivi-responso.
Dall’altra parte, vi è il concreto rischio di coprirsi di ridicolo quando si arriva a sbagliare la stima non tanto del valore preciso, quanto dell’ordine di grandezza. Infatti non vi è nulla di più difficile
Ovviamente non sto parlando di situazioni dove il tempo, la calma e la pacatezza, da sempre amiche del rigore scientifico, possono e devono consentire un approccio rigoroso; parlo invece dei brain-storming in un gruppo di lavoro, dei rapporti relazionali diretti come quelli fra chimico senior e junior, fra colleghi, fra consulente e cliente, degli scoop di ricerca, di tutte le occasioni dove non c’è la possibilità di dire: “scusa, ho bisogno di due giorni per finire il calcolo e valutare bene l’entità numerica esatta della grandezza in esame, sapete: sono un chimico”.

postazione_PC_su_GC-MS Guardare un cromatogramma mentre esce da un gascromatografo con uno spettrometro di massa come rivelatore, un singolo quadrupolo semplice semplice, e commentare: “questo componente è presente a livello di tracce, possiamo segnalarlo ma non quantificarlo attendibilmente”, senza la necessità di dover tabulare una retta di regressione fra concentrazioni ed aree dei picchi integrati, dove le aree dei picchi fra l’altro non sono quelle assolute ma quelle relative, rapportate all’area di una molecola di qualità e quantità nota, uno standard aggiunto magari dall’esterno; senza la necessità di dover ripetere n ripetizioni per ciascuna concentrazione di analista, valutare la deviazione standard, l’R2 della retta, la sua intercetta, il LOQ (concentrazione minima quantificabile) ed il LOD (concentrazione minima rilevabile), ecc ecc.
E vi assicuro che quasi certamente il suo semplice commento, magari pronunciato a bassa voce, come fra sé e sé, mentre usciva il cromatogramma, corrispondeva al vero.
Oppure in un’analisi qualitativa, non fidarsi con il paraocchi del Match Quality, l’indice di somiglianza valutato da un algoritmo che compara lo spettro ottenuto sperimentalmente (es. da infrarosso o spettrometria di massa) con quelli registrati in un vasto database informatico, ma osarsi a “forzare” la situazione, dicendo “lui mi propone questa assegnazione, ma la molecola proposta non c’entra nulla con il contesto di questo campione: proviamo valutare le proposte alternative, magari con Match Quality un po’ più basso per vedere se c’è qualcos’altro di più sensato”.
O ancora, vedere per la prima volta la struttura molecolare di una molecola organica complessa, magari proiettata in una slide di un convegno ed avere già più o meno chiare in testa, almeno a grandi linee, quelle che potrebbero ragionevolmente essere le sue proprietà ADMET (acronimo che sta per Assorbimento, Distribuzione, Metabolismo, Escrezione, Tossicità).

Seppur in contesti diversi, qualcuno ha introdotto in concetto di intelligenza intuitiva. Gary Klein, nel suo testo sull’intelligenza emotiva “Intuition at Work” (trad. italiana “Intelligenza Emotiva”; Guerini e associati; 2006; ISBN 88-8335-760-4) affronta un argomento molti simile a proposito del training delle capacità di decision making, riportando ed argomentando esempio da vanno dall’attività dei vigili del fuoco (l’affermazion più frequente riportata durante le loro interviste era: “noi non prendiamo decisioni”) a quella dei manager e degli imprenditori di successo.
Una categoria quest’ultima che l’immaginario popolare vorrebbe dietro pile di dati e di grafici sull’andamento delle borse e dei mercati, dei listini e dei titolo, statistiche e numeri a non finire relativi a tutto questo… e invece, come ci racconta l’autore, “il 90% delle decisioni più importanti sul lavoro viene preso a partire da questa forma di “fiuto” personale. Quando la situazione è confusa e complessa, l’informazione scarsa, il tempo a disposizione breve,l’analisi può risultare insufficiente e dobbiamo ricorrere all’intuizione per scegliere”.

Non vorrei con tutto questo avere dato l’impressione che la spannometria in ambito scientifico sia limitata al contesto dell’espressione di un responso qualitativo. In realtà anche le implicazioni quantitative sono coinvolte, tramite un processo di prima valutazione, successivamente di stima che passa attraverso modelli di correlazione fra fattori e responsi che ha molto in comune con il disegno sperimentale propriamente detto (Design of Experimet, DOE).
Un esempio a mio parere calzante è quello dell’analisi organolettica, praticata ad esempio da assaggiatori o “annusatori” esperti e ben formati, ad esempio su profumi o su vini. A parte il giudizio generale, all’assaggiatore viene solitamente chiesto di esprimere su precise scale numeriche responsi relativi a parametri di valutazione specifici, ad esempio l’acidità, il gusto tannico, la nota floreale, il barricato e così via. degustazione_vino Il valutatore è stato precedentemente formato, quindi allenato ed istruito nel tempo su numerosi campioni (osservazioni) dove gli stessi parametri erano stati comunicati e dettagliatamente descritti: egli si sarà quindi costruito un modello mentale strutturato, per quanto inconsapevole, che potrà consentirgli in futuro di passare da una percezione sensoriale pura basata sui cinque sensi separati, ognuno dei quali apportatore di una grande quantità di informazioni di dettaglio ma comunque di natura “fisiologica”, ad uno o più responsi di tipo derivato, relativi non alla propria fisiologia sensoriale ma al prodotto in sé stesso.
La conferma oggettiva della valutazione spannometrica in questo caso potrebbe essere individuata in analisi chimiche, per esempio nella misurazione del pH, della titolazione degli acidi e della loro qualificazione mediante cromatografia di scambio anionico con detector conduttimetrico, dell’indice di polifenoli (metodo Folin-Ciocaleteau) e di analisi gas-cromatografiche, giusto per rimanere nel contesto dell’esempio delle quattro valutazioni riportate prima.

Infine, per concludere, ricordo un gioco con il quale il mio maestro alle elementari coinvolgeva l’intera classe: ci chiedeva si rappresentare, mediante la stanza fra i due palmi delle mani, una distanza assegnata, per esempio 30 centimetri. Ognuno provava a fissare quelli che secondo lui erano 30 cm, tenendo le mani ben ferme sul banco, quindi lui passava a misurare con il centimetro e vinceva il bambino che si era avvicinato di più al dato reale. Il gioco poteva anche essere fatto all’inverso: “quanto è alto secondo voi questo vaso di fiori?”, oppure “senza guardare l’orologio, quanti secondi di tempo sono passati dall’ultima volta che ho bussato sulla cattedra?”. Oggi come oggi si rischierebbe di utilizzare un software di simulazione virtuale per incoraggiare gli studenti a prendere misure più accurate e precise, piuttosto che insegnar loro ad averne sempre meno bisogno, o per lo meno a non abusarne.

3 risposte a la SPANNOMETRIA, ovvero l’orientativita’ dell’esperienza

  • Marco scrive:

    La spannometria è una dea liberatrice (ma anche ingannatrice) tanto invocata durante i laboratori di chimica fisica e di analitica strumentale all’università… scherzi a parte, è giusto e doveroso conoscere il “problema della misura”, ma è ancor più doveroso essere in grado di ovviarvi quando non sia richiesto un approfondimento eccessivo. Quest’estate mi son imbattuto nella sintesi di una diammina, sia aromatica che alifatica: per vedere se si era formata (analisi qualitativa) non ho avuto il bisogno di separare la miscela, purificare ogni singolo componente e caratterizzarlo con UV, IR ed NMR: mi è bastato fare una semplice diazotazione seguita da copulazione… la formazione del colorante azoico ha confermato la presenza dell’ammina aromatica e la formazione di bolle di azoto ha confermato la presenza dell’ammina alifatica. Bello sarebbe stato avere gli spettri, ma troppo dispendioso per quello che dovevo fare. Spero di riprendere a breve quel tema di ricerca, molto interessante negli sviluppi. (PS: risponderò a breve alla tua mail che ho ricevuto! Grazie per l’invito e la fiducia, intanto!). Marco

  • Fabio scrive:

    Ottimo articolo, condivido appieno il contenuto. Purtroppo è vero che spesso i professori e i testi tendono a evidenziare il puro nozionismo e il freddo dato, accantonando ciò che conta di più (perlomeno in prima istanza). L’unica pecca che volevo segnalare sono le unità di misura della costante di Planck, riportata in J/s anziché in J*s, e del numero di Avogadro, mol^-1. Lo sottolineo non certo per incoerenza rispetto a quanto detto finora, anzi, cogliendo l’occasione per aggiungere che, così come – si legge nell’articolo – l’ordine di grandezza è più importante del fattore moltiplicativo che lo percede, esso è tuttavia secondario rispetto alla relativa unità di misura, la quale è a sua volta secondaria rispetto alla grandezza fisica, vero significato di una costante, ancor prima del suo valore numerico.

    Un ringraziamento per tutti gli articoli interessanti che ho letto nel sito e un saluto a tutti.

    Fabio

  • Aldo scrive:

    Gran bell’articolo, mi ci ritrovo molto spesso nelle mie situazioni di lavoro.

    E’ divertente vedere le facce di colleghi e più ancora di tesisti e tirocinanti, abituati a spaccare (spesso inutilmente) il capello in quattro, quando lavoro “a spanne”: in prima istanza leggo delusione e perplessità (“questo qui racconta di analisi quantitative di estrema sensibilità e poi lavora in modo così grossolano?”), a cui si contrappone lo stupore al momento di leggere i risultati.

    D’altronde la spannometria spesso è l’unico salvagente, come scrivi tu, in situazioni complesse. A patto di avere davvero la giusta esperienza e sensibilità, altrimenti si fanno errori anche molto pesanti.

    A presto
    Aldo

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