vnelaboratornyy_analiz_v_reshenii_prakticheskih_zadach

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
ИНСТИТУТ ХИМИИ
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"__" __________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
«Внелабораторный анализ в решении практических задач»
Направление подготовки
ХИМИЯ
Профиль подготовки
Аналитическая химия
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов,
2011
1. Цели освоения дисциплины
Целью
освоения
дисциплины
«Внелабораторный
анализ
в
решении
практических задач» является формирование у студентов химико-аналитического
мышления, позволяющего понимать и решать современные проблемы в области
экспресс-анализа различных объектов.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Внелабораторный анализ в решении практических задач»
относится к вариативным дисциплинам профессионального цикла.
Совокупность разделов, включенных в данную программу, представляет
собой основной этап единой системы непрерывной подготовки студентов,
осуществляемый на протяжении всего цикла обучения. Эта система состоит из
изучения студентами
таких дисциплин, как
неорганическая, органическая,
физическая химия в объеме курсов ООП по направлению 020100 «Химия»,
синтезируя и развивая их, способствует формированию у студентов научного
аналитического
мировоззрения.
В
результате
изучения
этих
дисциплин
обучающиеся должны обладать входными знаниями и умениями, необходимыми
для освоения курса «Внелабораторный анализ в решении практических задач»:
знать способы выражения концентрации веществ в растворах; знать основные
методы качественного и количественного анализа различных объектов; уметь
проводить обработку результатов прямых и косвенных измерений, рассчитывать
основные метрологические характеристики методик анализа.
Знания, полученные при изучении курса «Внелабораторный анализ в решении
практических задач» необходимы для освоения курсов «Методы разделения и
концентрирования», «Химические процессы в окружающей среде», «Методы
анализа сельскохозяйственной продукции»,
а также прохождения
химико-
технологической практики в 8 учебном семестре.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины.
В результате освоения дисциплины «Внелабораторный анализ в решении
практических задач» формируются следующие компетенции:
2
-
использует
основные
законы
естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);
- владеет основами теории фундаментальных разделов химии (прежде всего
неорганической,
аналитической,
органической,
физической,
химии
высокомолекулярных соединений, химии биологических объектов, химической
технологии) (ПК-2);
- способен применять основные законы химии при обсуждении полученных
результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных (ПК-3);
- владеет навыками химического эксперимента, основными синтетическими и
аналитическими методами получения и исследования химических веществ и
реакций (ПК-4);
- владеет навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при
проведении химических экспериментов (ПК-6);
- владеет методами регистрации и обработки результатов химических
экспериментов (ПК 8);
- владеет методами отбора материала для теоретических и лабораторных работ
(ПК-11).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
• Знать:
- области применения внелабораторного экспресс-анализа;
- методы и приемы экспресс-обнаружения и тестового определения
важнейших технологических, экологических и других объектов.
• Уметь:
- применять методы внелабораторного экспресс-определения аналитов
неорганической и органической природы важнейших в жидких, газообразных и
твердых объектах;
- самостоятельно апробировать приведенные в литературе тест-методики
применительно к анализу различных объектов.
3
• Владеть:
- методами химического эксперимента;
- приемами тест-определения аналитов различной природы.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа: из
них 36 - лекционных, 36 - лабораторных и 36 – самостоятельных часов. Форма
отчётности предусмотрена в виде экзамена в 7 семестре.
2
3
4
5
6
7
1
Всего
Неделя
семестра
Сам.ост
работа
Области
применения
внелабораторного
экспрессанализа
Оперативный
анализ воды.
Определение
суммарных
показателей с
помощью
тест-систем
Обнаружение
и идентификация
отравляющих
веществ
Обнаружение
взрывчатых
веществ в
полевых
условиях
Экспрессобнаружение
наркотиков
Определение
этанола в
выдыхаемом
Семестр
Лаб.
работы
1
Раздел
дисциплины
Лекции
№
п/п
Виды учебной работы, Формы текущего
включая
контроля
самостоятельную работу успеваемости (по
студентов и
неделям
трудоемкость (в часах)
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
2
2
2
6
Выборочный
опрос
7
2-6
10
10
10
30
Проверка
оформления
лабораторного
журнала,
тестирование
7
7
2
2
2
6
Письменный
опрос
7
8
2
2
2
6
Выборочный
опрос
7
9
2
2
2
6
Выборочный
опрос
7
10
2
2
2
6
Выборочный
опрос
4
8
9
10
11
12
13
воздухе
Персональные
тесты для
определения
глюкозы в
крови
Полевой
анализ
геологических
объектов
Анализ
космических
объектов
Некоторые
экспрессметоды
агрохимического анализа
Оперативный
контроль
загрязнений
атмосферного
воздуха
Экспрессконтроль
металлов и
сплавов
Итого:
7
11
2
2
2
6
Выборочный
опрос
7
12-13
4
2
4
10
Выборочный
опрос
7
14
2
2
2
6
Выборочный
опрос
7
15-16
4
6
4
14
Проверка
оформления
лабораторного
журнала
7
17
2
2
2
6
Выборочный
опрос
7
18
2
2
2
6
Выборочный
опрос
36
36
36
144
Экзамен
36 экзамен
Содержание лекционного курса
Области применения внелабораторного экспресс-анализа. Применение
тест-методов в решении экологических задач.
Оперативный анализ воды. Определение суммарных показателей с помощью
тест-систем: жесткость воды, общая щелочность и кислотность, суммарное
содержание тяжелых металлов, активный хлор и другие. Определение содержания
катионов с помощью тест-систем различных типов: индикаторных порошков,
индикаторных трубок, РИБ и др. Применение меланж-ксерогелей для создания тестсистем в виде индикаторных порошков и трубок для
определения содержания
различных ионов металлов в объектах окружающей среды. Автоматизация анализа.
Тест-методы определения содержания анионов в различных природных и
промышленных объектах. Тест-методы определения содержания органических
5
веществ в природных объектах. Тест-определение химического потребления
кислорода (ХПК), биохимического потребления кислорода (БПК). Тест-методы
определения общего азота, органического углерода, галогенов, углеводородов и
некоторых других токсичных органических соединений.
Обнаружение и идентификация отравляющих веществ.
Классификация основных отравляющих веществ (ОВ). Индикаторные реакции
на ОВ. Современные методы определения ОВ в автоматических полевых
сигнализаторах:
поверхностных
хроматографические,
акустических
эмиссионные
волнах;
методы;
спектрометрия
сенсоры
ионной
на
подвижности;
дистанционные методы.
Обнаружение взрывчатых веществ в полевых условиях.
Общая
характеристика
основных
взрывчатых
веществ.
Эффективность
улавливания их паров. Приемы концентрирования. Вихревой дистанционных отбор
проб.
Повышение
специфичности
определения.
Основные
обнаружители-
анализаторы взрывчатых веществ.
Экспресс-обнаружение наркотиков.
Основные направления применения технических устройств внелабораторного
экспресс-обнаружения
идентификация.
наркотиков.
Применение
Обнаружение
химических
и
методов,
предварительная
наборов
их
капельного,
аэрозольного и ампульного типа, наборов для тонкослойной хроматографии. Другие
методы обнаружения наркотических веществ.
Определение этанола в выдыхаемом воздухе. Методы и средства определения
этанола. Классификация по принципу детекции, по назначению. Принцип действия.
Персональные тесты для определения глюкозы в крови. Глюкозные
биосенсоры. Устройство и принцип действия. Неинвазивные глюкометры.
Полевой анализ геологических объектов.
Литохимический,
гидрогеохимический,
атмогеохимический
и
биогеохимический методы поисков рудных месторождений. Применение различных
методов обнаружения элементного состава геологических пород: рентгеновский
анализ и рентгенорадиометрический анализ; гамма-спектрометрические методы;
6
полевой, пешеходный, автомобильный и аэрогаммаметоды, гамма-каротаж; каротаж
нефтегазовых скважин; полевой аманационный метод; атомно-эмиссионный анализ.
Анализ космических объектов.
Исследование Солнечной системы методами масс- и рентгенофлуоресцентной
спектрометрии. Общие принципы действия и основные схемы масс-спектрометров,
рентгеновских спектрометров. Дистанционные измерения со спутников и пролетных
аппаратов, с околоземных орбит. Исследование поверхности Марса методом
Мёссбауэровской спектроскопии. Применение ядерно-физических методов.
Некоторые экспресс-методы агрохимического анализа.
Примеры
экспресс-методов
определения
нитратов,
фосфатов,
калия
в
растительных объектах.
Оперативный контроль загрязнений атмосферного воздуха.
Приоритетные
промышленных
загрязнители
предприятий.
атмосферы,
Системы
содержащиеся
мониторинга
и
их
в
выбросах
возможности.
Определение концентрации озона в верхних слоях атмосферы. Индикаторные трубки
для анализа воздуха.
Контроль утечек газа из газопроводов и других технических устройств.
Приборы для определения концентрации метана. Дистанционные методы и системы.
Определение вредных веществ в газовых выбросах автотранспортных средств.
Приборное обеспечение.
Экспресс-контроль металлов и сплавов.
Аппаратурное
обеспечение
экспресс-анализа.
Оптико-эмиссионный
спектральный анализ. Типы анализаторов для контроля качества металлов и
сплавов.
Рентгеноспектральный
экспресс-анализ
Типы
анализаторов
и
их
характеристики. Экспресс-анализ вторичных металлов.
5. Образовательные технологии
В
преподавании
дисциплины
«Внелабораторный
анализ
в
решении
практических задач» используются следующие образовательные технологии:

лекционные занятия;
7

самостоятельная внеаудиторная работа;

дискуссии на заданную тему.
Лекционные занятия проводятся в основном в традиционной форме. При
проведении части лекционных занятий используется ПК и мультимедийный
проектор. На лекционных занятиях проводятся экспресс-опросы по пройденному
материалу и дискуссии на тему, предложенную для самостоятельной проработки.
Часть лекций происходит в форме лекции-беседы, позволяющей привлечь
внимание студентов к наиболее важным вопросам темы и определяющей темп
изложения учебного материала с учетом особенностей студентов.
Содержание учебного материала диктует выбор методов обучения:
- информационно-развивающие – лекция, объяснение, демонстрация, решение
задач, самостоятельная работа с рекомендуемой литературой;
- проблемно-поисковые и исследовательские – самостоятельная проработка
предлагаемых проблемных вопросов по дисциплине;
- проведение лабораторных работ по экспресс и тест-методам идентификации
и количественного определения аналитов в различных объектах.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная работа студентов предполагает освоение теоретического
материала, подготовку к лабораторным работам, оформление лабораторных работ,
выполнение письменных домашних заданий, подготовку к текущему и итоговому
контролю. Форма итогового контроля – экзамен (билеты в приложении 1).
Вопросы для самоконтроля
1. Области применения внелабораторного экспресс-анализа. Применение тестметодов в решении экологических задач.
2. Оперативный анализ воды. Определение суммарных показателей с помощью
тест-систем: жесткость воды, общая щелочность и кислотность, суммарное
содержание тяжелых металлов, активный хлор и другие.
8
3. Определение содержания катионов с помощью тест-систем различных
типов: индикаторных порошков, индикаторных трубок, РИБ и др.
4. Применение
меланж-ксерогелей
для
создания
тест-систем
в
виде
индикаторных порошков и трубок для определения содержания различных ионов
металлов в объектах окружающей среды.
5. Автоматизация экспресс-анализа.
6. Тест-методы определения содержания анионов в различных природных и
промышленных объектах.
7. Тест-методы определения содержания органических веществ в природных
объектах.
8. Тест-определение
химического
потребления
кислорода
(ХПК),
биохимического потребления кислорода (БПК).
9. Тест-методы определения общего азота, органического углерода, галогенов,
углеводородов и некоторых других токсичных органических соединений.
10.Обнаружение и идентификация отравляющих веществ. Классификация
основных отравляющих веществ (ОВ). Индикаторные реакции на ОВ.
11.Современные
сигнализаторах:
методы
определения
хроматографические,
поверхностных
акустических
волнах;
ОВ
в
автоматических
эмиссионные
методы;
спектрометрия
полевых
сенсоры
ионной
на
подвижности;
дистанционные методы.
12.Обнаружение
взрывчатых
веществ
в
полевых
условиях.
Общая
характеристика основных взрывчатых веществ. Эффективность улавливания их
паров. Приемы концентрирования.
13.Вихревой
определения
дистанционных
взрывчатых
отбор
веществ.
проб.
Основные
Повышение
специфичности
обнаружители-анализаторы
взрывчатых веществ.
14.Экспресс-обнаружение наркотиков. Основные направления применения
технических
устройств
внелабораторного
экспресс-обнаружения
наркотиков.
Обнаружение и предварительная их идентификация.
9
15.Применение химических методов, наборов капельного, аэрозольного и
ампульного типа, наборов для тонкослойной хроматографии, другие методы
обнаружения наркотических веществ.
16.Определение
этанола
в
выдыхаемом
воздухе.
Методы
и
средства
определения этанола. Классификация по принципу детекции, по назначению.
Принцип действия.
17.Персональные тесты для определения глюкозы в крови. Глюкозные
биосенсоры. Устройство и принцип действия. Неинвазивные глюкометры.
18.Полевой
анализ
геологических
объектов.
Литохимический,
гидрогеохимический, атмогеохимический и биогеохимический методы поисков
рудных месторождений.
19.Применение
различных
методов
обнаружения
элементного
состава
геологических пород: рентгеновский анализ и рентгенорадиометрический анализ;
гамма-спектрометрические методы; полевой, пешеходный, автомобильный и
аэрогаммаметоды.
20.Гамма-каротаж. Ккаротаж нефтегазовых скважин. Полевой аманационный
метод, атомно-эмиссионный анализ в решении геологических задач.
21.Анализ космических объектов. Исследование Солнечной системы методами
масс- и рентгенофлуоресцентной спектрометрии. Общие принципы действия и
основные схемы масс-спектрометров, рентгеновских спектрометров.
22.Дистанционные измерения со спутников и пролетных аппаратов, с
околоземных орбит. Исследование поверхности Марса методом Мёссбауэровской
спектроскопии. Применение ядерно-физических методов.
23.Некоторые экспресс-методы агрохимического анализа. Примеры экспрессметодов определения нитратов, фосфатов, калия в растительных объектах.
24.Оперативный контроль загрязнений атмосферного воздуха. Приоритетные
загрязнители атмосферы, содержащиеся в выбросах промышленных предприятий.
25.Системы мониторинга и их возможности. Определение концентрации озона
в верхних слоях атмосферы.
10
26.Индикаторные трубки для анализа воздуха. Контроль утечек газа из
газопроводов и других технических устройств.
27.Приборы для определения концентрации метана. Дистанционные методы и
системы.
28.Определение вредных веществ в газовых выбросах автотранспортных
средств. Приборное обеспечение.
29.Экспресс-контроль металлов и сплавов.Аппаратурное обеспечение экспрессанализа. Оптико-эмиссионный спектральный анализ. Типы анализаторов для
контроля качества металлов и сплавов.
30.Рентгеноспектральный
экспресс-анализ
Типы
анализаторов
и
их
характеристики. Экспресс-анализ вторичных металлов.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
а) основная литература:
1. Проблемы аналитической химии // Отделение химии и наук о материалах
РАН. Том 13. Внелабораторный химический анализ / Под редакцией Ю.А. Золотова.
М.: Наука, 2010. 564 с.
2. Ю.А. Золотов, В.М. Иванов, В.Г. Амелин. Химические тест-методы анализа.
М.: Едиториал УРСС, 2002. 304 с.
б) дополнительная литература:
3. В.М. Островская, О.А. Запорожец, Г.К. Будников, Н.М. Чернавская. Вода.
Индикаторные системы. М.: ВИНИТИ, 2002. 266 с.
4. А.Г. Муравьев. Руководство по определению показателей качества воды
полевыми методами. С.-Пб.: Крисмас+. 2004. 246 с.
5. Карпов Ю.А., Савостин А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки. М.:
БИНОМ 2003.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
1. Учебная аудитория для чтения лекций.
2. Мультимедийный проектор.
11
3. Оверхед-проектор и прозрачные пленки.
4. Учебная лаборатория для выполнения лабораторных работ, оснащенная
необходимым оборудованием (тест-наборы, компараторы, наборы капельниц,
подложек, лабораторной посуды, фотоэлектроколориметр, цифровой фотоаппарат,
компьютер, программное обеспечение для обработки цифровых изображений).
5. Химические реактивы.
6. Интернет-ресурсы.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению Химия».
Автор, д.х.н., профессор _____________ Доронин С.Ю.
Программа одобрена на заседании кафедры аналитической химии и химической
экологии от
2011 года, протокол № ______.
Подписи:
Зав. кафедрой, д.х.н., профессор,
заслуженный деятель науки РФ
Р.К. Чернова
Директор Института химии
д.х.н., профессор
О.В. Федотова
12
САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н. Г.
ЧЕРНЫШЕВСКОГО
Кафедра
Аналитической химии и химической экологии
Специальность
020100-Химия
Дисциплина
Тест-методы в экологии
Экзаменационный билет №1
1. Основные понятия, терминология, области применения тест-методов, их
достоинства и недостатки.
2. Цветометрия. Титрование. Химические дозиметры. Микроприборы. Тестконцентраторы для определения с помощью индикаторных порошков.
Зав. кафедрой_______________
Экзаменационный билет №2
1. История развития тест-методов в аналитической химии.
2. Аттестация тест-методик.
Экзаменационный билет №3
1. Классификации тест-систем (по природе процессов, используемых для получения
аналитического сигнала; по форме применяемых реагентов, по способам
закрепления реагентов на носителях).
2. Скрининг образцов. Области применения тест-систем.
Экзаменационный билет №4
1. Общие требования и метрология тест-методов. Ограничения тест-систем.
2. Применение тест-методов в анализе ООС: воды и почвенные вытяжки.
Экзаменационный билет №5
1. Выбор химических реакций и реагентов: кислотно-основные реакции; реакции
окисления-восстановления; реакции комплексообразования; реакции синтеза
органических соединений и др. Способы использования реагентов.
13
2. Воздухозаборные устройства и способы регистрации аналитического сигнала.
Применение тест-методов в анализе воздушных сред.
Экзаменационный билет №6
1. Способы закрепления
химических реагентов на твердой поверхности:
физическая и химическая иммобилизация. Ферментативные тест-методы.
Иммунологические тест-методы, иммунотесты.
2. Определение суммарных показателей с помощью тест-систем: жесткость воды,
общая щелочность и кислотность, суммарное содержание тяжелых металлов,
активный хлор и другие.
Экзаменационный билет №7
1. Реактивные
индикаторные
бумаги
для
погружения
Концентрирование продуктов реакции на индикаторной бумаге.
в
жидкость.
2. Определение содержания катионов с помощью тест-систем различных типов:
индикаторных порошков, индикаторных трубок, РИБ и др.
Экзаменационный билет №8
1. Приемы бумажной хроматографии при создании бумажных тест-систем.
2. Тест-методы определения содержания анионов в различных природных и
промышленных объектах.
Экзаменационный билет №9
1. Тест-титрование и колориметрия с использованием индикаторных бумаг.
2. Применение меланж-ксерогелей для создания тест-систем в виде индикаторных
порошков и трубок для определения содержания различных ионов металлов в
объектах окружающей среды.
Экзаменационный билет №10
1. Средства тест-анализов: индикаторные порошки и трубки, таблетки.
2. Тест-методы определения содержания органических веществ в природных
объектах: показатели ХПК, БПК.
Экзаменационный билет №11
1. Средства тест-анализов: самонакапливающиеся ампулы, капельницы, наборы для
титрования и др.
2. Тест-методы определения содержания общего азота, органического углерода,
галогенов, углеводородов и др.
14
Экзаменационный билет №12
1. Визуальные
способы
фиксирования
тест-сигналов.
колориметрические
методы.
Компараторы,
микрокванты,
колориметры, портативные фотометры и др.
Визуальнокарманные
2. Обзор фирм – производителей тест – средств.
15