химические методы анализа. - Портал ТПУ

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ФТИ
___________ О.Ю. Долматов
«___»_____________2013 г.
БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ (ДИСЦИПЛИНЫ)
ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Направление (специальность) ООП: 14.03.02 Ядерные физика и
технологии_
Номер кластера (для унифицированных дисциплин)_________________
Профиль(и) подготовки (специализация, программа)
Ядерные реакторы и энергетические установки,
Физика атомного ядра и частиц,
Физика кинетических явлений,
Радиационная безопасность человека и окружающей среды,
Безопасность и нераспространение ядерных материалов
Квалификация (степень) __________бакалавр______________
Базовый учебный план приема 2014 г.
Курс
4
семестр 7
Количество кредитов 3
Код дисциплины Б1.В.2.5
Виды учебной
деятельности
Лекции, ч
Практические занятия, ч
Лабораторные занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО, ч
Временной ресурс по очной форме обучения
16
–
16
32
76
108
Вид промежуточной аттестации _зачёт в 7 семестре
Обеспечивающее подразделение_____кафедра ХТРЭ ФТИ______________
Заведующий кафедрой ФЭУ ФТИ
Руководитель ООП
Преподаватель
_____________ О.Ю. Долматов
_____________ Д.С. Исаченко
______________ И.И. Жерин
2014 г.
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения образовательного модуля «Основы технологии ядерного
топливного цикла» являются:
 Подготовка выпускника к научно-исследовательской и творческой
инновационной деятельности в области ядерных физики и технологий,
интегрированию
новых
идей,
применению
математических,
физических и специальных знаний и умений к своим
исследовательским задачам.
 Подготовка
выпускника
к
производственно-технологической
деятельности в междисциплинарных областях, связанных с
физическими основами и технологиями в ядерном топливном цикле.
Задачами реализации образовательного модуля «Основы технологий
ядерного топливного цикла» являются:
 сформировать представления по аналитической химии ядерных
материалов и их важнейших соединений, методов их синтеза, по
областям
их
применения,
необходимых
для
управления
технологическим процессами;
 развить интерес студентов к выбранной профессии, стимулировать и
мотивировать заниматься инженерной деятельностью;
 познакомить студентов с инженерной практикой посредством участия
в выполнении индивидуальных и/или групповыхработах;
 заложить основу для развития профессиональных навыков студента,
описанных в перечне планируемых результатов обучения CDIO.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к вариативной части математического и
естественнонаучного цикла.
Пререквизами для дисциплины являются:
– Б1.Б8 Математика.
– Б1.Б10
Химия 1.2.
– Б1.Б11
Физика.
Кореквизитами для дисциплины являются:
– Б1.В.2.6
Методы и приборы физических измерений. Часть 1.
– Б1.В6.1
Учебно-исследовательская работа студентов.
– Б1.В6.2
Учебно-исследовательская работа студентов.
– Б1.В6.3
Учебно-исследовательская работа студентов.
3. Результаты освоения дисциплины
В результате освоения образовательного модуля «Химические и
физико-химические методы анализа ядерных материалов» студент должен
знать:
• – основы организации контроля ядерных материалов;
• – особенности аналитического контроля ядерных материалов;
• – способы оценки погрешности результатов анализов;
• – основные этапы качественного и количественного химического анализа,
• – оптические методы анализа;
• – электрохимические методы анализа;
уметь:
• выполнять основные химические операции, использовать основные
химические законы;
• выбрать метод анализа для заданной аналитической задачи
• применять стандартные и специфические методы химического и
физико-химического анализа ядерных материалов;
• провести статистическую обработку результатов аналитических
определений
владеть:
• стандартными методами физико-химического анализа материалов
современной энергетики;
• специфическими методами физико-химического анализа материалов
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины (модуля)
направлено на формирование у студентов следующих компетенций
(результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной
дисциплины
Результаты
обучения
(компетенции из
ФГОС)
Р1
Р2
Составляющие результатов обучения
Код
З.1.1
З.2.1
Р3
З.3.1
Р4
З.4.1
Знания
Основных методов,
способов и средств
получения,
хранения,
переработки
информации.
теоретические
основы и принципы
химических и
физико-химических
методов анализа
методов
аналитической
химии
аналитического
контроля ядерных
материалов и его
Код
У.1.1.
У.2.1.
У.3.1
У.4.1
Умения
Самообучаться,
повышать свою
квалификацию и
мастерство.
решать типовые
задачи, связанные с
основными
разделами химии,
использовать
химические законы;
применять
стандартные
методы физикохимического
анализа;
выбрать
метод
анализа
для
заданной
Код
В.1.1.
В.2.1
В.3.1
В.4.1
Владение
опытом
Обобщения,
анализа, восприятия
информации,
постановки цели и
выбора путей ее
достижения.
проведения
физических
измерений
стандартными
методами физикохимического
анализа материалов
специфическими
методами
физико-
особенностей
аналитической
задачи и провести
статистическую
обработку
результатов
аналитических
определений
химического
анализа ядерных
материалов
В результате освоения дисциплины «Основы технологий ядерного
топливного цикла» студентом должны быть достигнуты следующие
результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
№ п/п
Р1
Р2
Р3
Р4
Результат
Демонстрировать культуру мышления, способность к обобщению,
анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей
ее достижения; стремления к саморазвитию, повышению своей
квалификации и мастерства; владение основными методами,
способами и средствами получения, хранения, переработки
информации, навыки работы с компьютером как средством
управления информацией; способность работы с информацией в
глобальных компьютерных сетях.
Использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности.
Готовность
к
эксплуатации
современного
физического
оборудования и приборов, к освоению технологических процессов в
ходе подготовки производства новых материалов.
Способность использовать технические средства для измерения
основных параметров объектов исследования, к подготовке данных
для составления обзоров, отчетов и научных публикаций
4. Структура и содержание дисциплины
Раздел 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ КУРСА. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Предмет и задачи курса. Принципиальные основы организации
контроля производств ядерных материалов. Аналитическая химия как наука.
Структура современной аналитической химии. Методы аналитической
химии. Аналитическая служба. Значение и области использования
химического анализа.
Метрологическне основы аналитической химии: Единицы количества
вещества и способы выражения концентраций. Выбор метода анализа.
Аналитический сиrнал. Погpешности химического анализа. Обработка
результатов измерений. Предел обнаружения. Диапазон определяемых
содержаний.
Опробирование
материалов.
Пробоотбор
твердых,
жидких,
газообразных материалов. Пробоподготовка. Методы вскрытия проб:
«мокрые» способы разложения, «сухие» способы разложения, специальные
способы разложения
Методы
разделения
и
концентрирования.
Количественные
характеристики разделения и концентрирования Осаждение и соосаждение.
Экстракция. Сорбция. Электрохимические методы разделения. Дрyгие
методы разделения и концентрирования
Раздел 2. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.
Химико-аналитическая характеристика урана, плутония, тория.
Основные типы химических реакций, используемых в аналитической
химии.
Кислотно-основное
равновесие.
Комплексообразование
Окислительно-восстановительное равновесие. Равновесие в системе ocaдок –
pacтвop.
Гравиметрические методы. Cyщность метода. Образование осадка.
Зaгpязненне осадка. Старение осадка. Условия получения осадка.
Применение rpавиметрических методов. Методы oтгонки.
Титриметрические методы. Cущнocть титриметрии. Стандартные
растворы.
Кривые
титрования.
Кислотно-основное
титрование.
Комплексометрия. Комплексонометрическое титрование. Окислитeльновосстановительное титрование. Осадительное титрование.
Раздел 3. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.
Классификация оптических методов.
Молекулярная спектроскопия. Теоретические основы абсорбционных
методов анализа. Законы Бугера-Ламберта и Бера. Объединенный закон
светопоглощения.
Спектры
поглощения.
Чувствительность
спектрофотометрических методов. Выбор реактива для анализа.
Спектрофотометрические методы анализа редких, рассеянных и
радиоактивных элементов. Методы, основанные на цветных реакциях ионов
элементов с простейшими неорганическими анионами. Методы, основанные
на образовании неорганических комплексных соединений. Методы,
основанные на образовании комплексных соединений с органическими
реагентами.
Люминесцентные
методы
анализа
редких,
рассеянных
и
радиоактивных элементов: прямое и косвенное определение. Влияние
различных факторов на люминесценцию. Люминесценция растворов.
Люминесцентные
реакции
комплексообразования.
Люминесценция
кристаллофосфоров.
Атомная спектроскопия. Виды атомной спектроскопии
Эмиссионный спектральный анализ ядерных материалов. Способы
атомизации и возбуждения проб в растворах и твёрдых проб. Качественный и
количественный АЭС-анализ Внутренний стандарт. Способы атомизации
проб. Спектральный анализ актиноидных элементов и определение в них
примесей. Метод испарения. Метод фракционной дистилляции.
Метрологические характеристики и аналитические возможности АЭС.
Атомно-абсорбционный
метод
анализа.
Основной
закон
светопоглощения в ААС. Правила Уолша. Общая схема аналитического
процесса при атомно-абсорбционном анализе. Источники первичного
излучения в ААС. Пламенные и электротермические атомизаторы в ААС.
Количественный
атомно-абсорбционный
анализ.
Метрологические
характеристики ААС и аналитические возможности метода. Различия
методов атомной абсорбции и атомной эмиссии.
Раздел 4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.
Потенциометрия: теоретические основы метода. Возникновение
потенциала.
Индикаторные
электроды;
электроды
сравнения.
Электрохимические ячейки: гальванический элемент; электролитическая
ячейка. Уравнение Нернста.
Потенциометрия тория: осадительное и комплексонометрическое ПТ.
Потенциометрия урана: окислительно-восстановительные потенциалы
урансодержащих систем в водных растворах. Состояния урана в водных
растворах.
Окислительно-восстановительное
потенциометрическое
титрование урана.
Потенциометрия плутония. Окислительно-восстановительные свойства
плутония в водных растворах. Окислительно-восстановительное ПТ
плутония.
Кулонометрические
методы
анализа.
Потенциостатическая
кулонометрия. Амперостатическая кулонометрия. Кулонометрическое
титрование урана. Кулонометрическое титрование плутония.
Электролитические
методы
анализа:
теоретические
основы.
Электролиз на ртутном катоде. Электроосаждение урана, тория и плутония
на твердых катодах.
5. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов (CРC)
5.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую
проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая самостоятельная работа студентов (ТСРС) направлена на
углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и
включает следующие виды работ:
– проработка и дополнение лекционного материала,
– подготовка к лабораторным занятиям,
– выполнение домашних индивидуальных заданий,
– изучение отдельных тем курса, вынесенных на самостоятельную
проработку,
– подготовка к самостоятельным и контрольным работам, экзамену.
Для помощи студентам при подготовке ими домашних заданий,
еженедельно проводятся консультации. В целом объем самостоятельной
работы составляет 76 часов, при этом:
1) проработка курса лекций (16 ч),
2) подготовка к лабораторным работам (16 ч),
3) поиск и обзор литературы и электронных источников информации по
индивидуально заданной теме реферата (24 ч),
5) подготовка к контрольным работам (20 ч.).
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР)
ТСР студента состоит в дополнении лекционного материала последними
научными достижениями из рассматриваемой области. Необходимую
информацию обучающийся черпает из предложенных преподавателем
оригинальных статей по данной теме и информационных источников
Internet-ресурсов.
Темы индивидуальных домашних заданий (рефератов)
«Физико-химические методы определения ЭЛЕМЕНТА».
«ЭЛЕМЕНТ»:
1. Протактиний.
2. Нептуний.
3. Америций.
4. Кюрий.
5. Берклий.
6. Калифорний.
7. Литий.
8. Бериллий.
9. Титан.
10. Цирконий.
11. Гафний.
12. Молибден.
13. Вольфрам.
14. Рений.
15. Скандий.
16. Церий.
17. Неодим.
18. Самарий.
19. Европий.
20. Гадолиний.
5.2
Контроль самостоятельной работы
Контроль за СРС осуществляется на лекциях (в форме ответ-вопрос), на
лабораторных занятиях во время защиты лабораторной работы, на
конференц-неделях при защите рефератов, при проведении контрольных
работ.
Контроль
качества
проработки
лекционного
материала
и
самостоятельного изучения отдельных тем осуществляется во время
промежуточного контроля (контрольные работы).
6. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения
дисциплины
Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и
промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины
«Методы аналитического контроля в производстве материалов современной
энергетики» представляют собой комплект контролирующих материалов
следующих видов:
– входной контроль, целью которого является выявление наиболее слабо
подготовленных студентов, осуществляется с помощью тестов.
– текущий контроль (текущая аттестация) осуществляется в форме
опросов на занятиях, а также в виде контрольных работ и коллоквиумов по
итогам изучения студентами одного или нескольких разделов;
– рубежный контроль (промежуточная аттестация), целью которого
является проверка знаний и умений по даннй дисциплине (имеются
экзаменационные билеты).
Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень
усвоения теоретических и практических знаний, приобретенные умения и
владение опытом на репродуктивном уровне, когнитивные умения на
продуктивном уровне, и способствуют формированию профессиональных и
общекультурных компетенций студентов.
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении
контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд
оценочных средств):
 вопросы входного контроля;
 контрольные вопросы, задаваемых при выполнении и защитах
лабораторных работ;
 контрольные вопросы, задаваемые при проведении практических
занятий,
 вопросы для самоконтроля;
 вопросы, выносимые на экзамен.

Контролирующие мероприятия
Реферат
Контрольная работа 1; 2
Зачет
Результаты
обучения по
дисциплине
Р1, Р2, Р3, Р4
Р1, Р4, Р7, Р8
Р1, Р4, Р7, Р8
Для
оценки
качества
освоения
дисциплины
при
проведении
контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд
оценочных средств1) (с примерами):
Вопросы входного контроля
1. Как называется свойство химических элементов, которое в периодах
увеличивается, а в группах остаётся постоянным?
Ответ:
А) Ионизационный потенциал
Б) Атомный радиус
В) Электроотрицательность
Г) Максимальная валентность
2. Выберите правильную последовательность уменьшения атомных радиусов
S, Cl и Ar:
А) S>Cl>Ar;
Б) S>Ar>Cl;
В) Ar>Cl>S.














1
Вопросы текущего контроля
Что является главной задачей анализа?
Дайте определение понятию «чувствительность анализа».
Какова природа светопоглощения в ультрафиолетовой, видимой и
инфракрасной областях электромагнитного излучения?
Что такое «кристаллофосфоры», как они образуются?
В какой ионной форме определяют уран методом люминесценции?
Какое влияние оказывает на его свечение присутствие других ионов?
Вопросы выходного контроля
Аналитическая служба.
Структура современной аналитической химии.
Виды химического анализа.
Классификация методов аналитической химии .
Метрологнческне основы аналнтнческой химии.
Факторы, определяющие выбор метода и методики анализа.
Аналитический сигнал. Методы измерения.
Методы определения концентрации: метод градуировочного
графика.
Методы определения концентрации: метод стандартов.
Элементы фонда оценивающих средств:
 вопросы входного контроля;

контрольные вопросы, задаваемых при выполнении и защитах лабораторных работ;

контрольные вопросы, задаваемые при проведении практических занятий,

вопросы для самоконтроля;

вопросы тестирований;

вопросы, выносимые на экзамены и зачеты и др.
 Методы определения концентрации: метод добавок (расчетный и
графический).
7. Рейтинг качества освоения дисциплины (модуля)
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и
промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с
«Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости,
промежуточной
и
итоговой
аттестации
студентов
Томского
политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од
от 29.11.2011 г.
В соответствии с рейтинговой системой, текущая аттестация
производится в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения
теоретического материала (ответы на вопросы, сдача коллоквиумов,
написание контрольных работ) и результатов практической деятельности
(выполнение лабораторных работ и обработка полученных результатов,
защита рефератов).
Промежуточная аттестация (экзамен) проводится в конце семестра
также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется
суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов
промежуточной аттестации в конце семестра по результатам экзамена.
Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
Для сдачи каждого задания устанавливается определенное время сдачи
(в течение недели, месяца и т.п.). Задания, сданные позже этого срока,
оцениваются в два раза ниже, чем это установлено рейтинг-планом
дисциплины.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля
(дисциплины)
Основная литература:
1. Основы аналитической химии: учебник в 2 т. / под ред. Ю. А.
Золотова. – 5-е изд., стер. – М.: Академия, 2012. – Т. 1. – 2012. – 384 с.: ил. –
Библиография в конце глав. – Предметный указатель: с. 377-380. –ISBN 9785-7695-9124-2
2. Основы аналитической химии: учебник в 2 т. / под ред. Ю. А.
Золотова. – 5-е изд., стер. – М.: Академия, 2012. – Т. 2. – 2012. – 409 с.: ил.. –
Библиография в конце глав. — Предметный указатель: с. 401-404. – ISBN
978-5-7695-9125-9.
3. Жерин И.И., Амелина Г.Н., Егоров Н.Б., Водянкин А.Ю. Оптические
методы определения урана и тория: Учебное пособие. Томск: Изд-во
Томского политехнического университета, 2009. - 134 с.
Схема доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2010/m164.pdf
4. Кристиан Г. Аналитическая химия: в 2 т.: пер. с англ. – М.: БИНОМ,
2009. – Т. 1. – 623 с.
5. Кристиан Г. Аналитическая химия: в 2 т.: пер. с англ. – М.: БИНОМ,
2009. – Т. 2. – 504 с.
Дополнительная литература
1. Жерин И.И., Амелина Г.Н. Основы радиохимии. Методы выделения
и разделения веществ. – Учебное пособие. Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2009. – 196 с.
Схема доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2012/m133.pdf
2. Жерин И.И., Амелина Г.Н. Химия тория, урана, плутония. – Учебное
пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. –
147 с.
Схема доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2011/m333.pdf
3. Основы электрохимических методов анализа [Электронный ресурс]:
учебное пособие / И. И. Жерин [и др.]; Национальный исследовательский
Томский политехнический университет (ТПУ), Физико-технический
институт (ФТИ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2013. Ч. 1. — 1 компьютерный файл
(pdf; 2.1 MB). — 2013. — Заглавие с титульного экрана. — Доступ из
корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe Reader..
Internet–ресурсы (в т.ч. Перечень мировых библиотечных ресурсов):
o Сайт «Аналитическая химия»: http://www.novedu.ru/
o Портал аналитической химии. Методики, рекомендации, справочники:
http://www.chemical-analysis.ru/
o http://www.rosatom.ru/ - сайт Государственной корпорации по атомной
энергии "Росатом".
o http://www.lib.tpu.ru/ сайт библиотеки ТПУ
o http://window.edu.ru/ единое окно доступа к образовательным ресурсам
9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
При проведении лекционных и практических занятий используются
корпоративная сеть НИ ТПУ, проектор Epson –EB 925 – 2 шт, компьютер
техINSTAL001
Указывается материально-техническое обеспечение дисциплины:
технические средства, лабораторное оборудование и др.
№
Наименование (компьютерные классы,
Аудитория,
п/п
учебные лаборатории, оборудование)
количество
установок
1 Лекционная
аудитория,
оснащенная 10 корпус, 332 ауд.
мультимедийным оборудованием
2 Учебная
лаборатория,
оснащенная 10 корпус, 338 ауд.
оборудованием для проведения работ по 3 прибора
3
4
5
6
оптическим методам анализа.
Учебная
лаборатория,
оснащенная
оборудованием для проведения работ по
оптическим методам анализа.
Учебная лаборатория для проведения работ по
электрохимическим методам анализа
Учебная
аудитория
для
проведения
семинарских
занятий,
оснащенная
мультимедийным оборудованием
Компьютерный класс используется для работы
с базами данных.
Специализированный
комплект прикладных программ ChemOffice.
10 корпус, 311 ауд.
3 прибора
10 корпус, 326 ауд.
3 установки
10 корпус, 327 ауд..
10 корпус, ауд. 340
12 компьютеров
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 140800 Ядерная физика и технологии
Программа одобрена на заседаниях:
кафедры ФЭУ
(протокол № ____ от «___» _______________ 2014 г.).
кафедры ХТРЭ
(протокол № ____ от «___» _______________ 2014 г.).
Автор
_________________ И.И. Жерин
Рецензент(ы)
________________________