Химический анализ природных объектов - Учебно

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
И.о. проректора-начальник
управления по научной работе
_______________________ Г.Ф. Ромашкина
__________ _____________ 2011 г.
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 02.00.02 Аналитическая химия
очной и заочной форм обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор (ы) работы _____________________________/ С.А. Паничев /
«______»___________2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры органической и экологической химии
«______»_____________2011 г., протокол №
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 11 стр.
Зав. кафедрой ______________________________/ С.А. Паничев /
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ
«______»_____________2011 г., протокол №
Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы
послевузовского профессионального образования (аспирантура)
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/ И.Н. Глухих /
«______»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Нач. отдела аспирантуры
и докторантуры______________________М.Р. Сорокина
«______»_____________2011 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра органической и экологической химии
Паничев С.А.
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 02.00.02 Аналитическая химия
очной и заочной форм обучения
Тюменский государственный университет
2011
Паничев С.А. Химический анализ природных объектов. Учебнометодический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности
02.00.02 Аналитическая химия. Тюмень, 2011, 11 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре
основной профессиональной образовательной программы послевузовского
профессионального образования (аспирантура).
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте
ТюмГУ: Химический анализ природных объектов. [электронный ресурс] /
Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой органической и экологической
химии. Утверждено и.о. проректора-начальника управления по научной
работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой органической и
экологической химии, д.п.н., профессор С.А. Паничев
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Паничев С.А., 2011.
1.
Пояснительная записка
1.1.
Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины: освоение современных методов химического анализа
применительно к объектам окружающей среды (воздух, вода, почва и др.), необходимых
для эффективного освоения основной профессиональной образовательной программы
послевузовского профессионального образования (аспирантура) по специальности
02.00.02 Аналитическая химия и подготовки кандидатской диссертации.
Задачи дисциплины: освоение аспирантами следующих вопросов:
 научные основы экологического мониторинга теоретические основы основных
методов химического анализа;
 методы отбора проб природных объектов, пробоподготовки, консервации и
хранения проб;
 методы аналитического контроля состояния объектов окружающей среды и их
практическое применение.
 химико-аналитических методов для решения экологических проблем.
1.2.
Место дисциплины в структуре ОПППО
Дисциплина «Химический анализ природных объектов» относится к циклу
специальных дисциплин отрасли науки и научной специальности.
Для успешного освоения данной дисциплины обучающиеся должны владеть
теоретическими представлениями в области строения химических веществ, основами
химико-аналитических методов (спектральных, хроматографических и др.).
Освоение дисциплины «Химический анализ природных объектов» необходимо для
освоения последующих дисциплин: «Актуальные проблемы и задачи аналитической
химии» и «Новые инструментальные методы в аналитической химии», а также для
выполнения диссертационного исследования.
1.3.
Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс
компетенций:
изучения
дисциплины
направлен
на
формирование
следующих
Общие компетенции
• использование основных законов естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применение методов математического анализа
и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
• владение основными методами, способами и средствами получения, хранения,
переработки информации, имение навыков работы с компьютером как
средством управления информацией.
Профессиональные компетенции
• понимание сущности и социальной значимости профессии, основных
перспектив и проблем, определяющих конкретную область деятельности —
аналитическую химию;
• знание теоретических основ инструментальных методов исследования;
• владение навыками аналитического химического эксперимента и обработки
экспериментальных данных.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: теоретические основы основных методов химического анализа и экологического
мониторинга; практические методы отбора проб природных объектов, пробоподготовки,
консервации и хранения проб, их химического анализа.
Уметь: собирать и анализировать научную, технологическую и статистическую
информацию; планировать экспериментальные научные исследования в области
аналитической химии, обрабатывать экспериментальные данные, подготавливать к
публикации статьи и тезисы докладов.
Владеть: современными методами экспериментальных исследований в области
аналитической химии, методами математической статистики и математического
моделирования, информационными технологиями, в т.ч. методами работы с компьютером
и электронными базами данных.
2. Трудоемкость дисциплины
Дисциплина преподается в 5 семестре. Форма промежуточной аттестации — зачет.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 час.
3. Тематический план
Таблица 1
Тематический план
№
виды учебной работы и
самостоятельная
работа, в час.
2
3
Итого:
семинарские
занятия
лабораторные
занятия
самостоятельная
работа
2
Научные основы мониторинга
окружающей среды
Отбор проб природных объектов,
предварительная подготовка,
консервация и хранение
Химический анализ проб воздуха,
воды и почвы
лекции
1
1
Всего часов
Тема
Формы
контроля
3
4
5
6
7
8
30
6
–
–
24
Опрос
42
6
–
4
32
72
12
–
16
44
144
24
–
20
100
Опрос
Контрольная
работа
Защита
лабораторных
работ
Таблица 2
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№
1
2
Темы
Научные основы
мониторинга
окружающей среды
Отбор проб
природных объектов,
предварительная
подготовка,
Виды СРС
дополнительные
Объем
часов
Работа с литературой,
источниками
Письменный опрос
(тест)
24
Работа с литературой,
источниками
Письменный опрос
(тест)
обязательные
32
3
консервация и
хранение
Химический анализ
проб воздуха, воды и
почвы
Работа с литературой,
источниками
Письменный опрос
(тест)
ИТОГО:
44
100
4.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1
2
5
5.
Наименование обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
Актуальные проблемы и задачи
аналитической химии
Новые инструментальные методы в
аналитической химии
Подготовка диссертации
Темы дисциплины необходимых
для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Содержание дисциплины
Тема 1. Научные основы мониторинга окружающей среды
Химические загрязнения окружающей среды. Основные задачи мониторинга.
Основные контролируемые параметры и нормирование загрязнений окружающей среды:
предельно-допустимые концентрации (ПДК), предельно-допустимые выбросы (ПДВ),
предельно-допустимые уровни (ПДУ), предельно-допустимые сбросы (ПДС) в воздухе,
воде, почве, растительности, продуктах питания. Критерии состояния здоровья населения,
животного и растительного мира.
Приоритетные контролируемые параметры природной среды и рекомендуемые
методы. Прозрачность атмосферы. Двуокись серы. Озон. Оксиды азота. Аммиак.
Взвешенные в атмосферном воздухе частицы. Аэрозоли. Углекислый газ. Тяжелые
металлы и другие элементы (свинец, кадмий, мышьяк, ртуть). Полихлордифенилы,
пестициды и галлоидоуглероды. Концентрация водородных ионов. Сульфаты. Хлориды.
Нитраты. Нитриты. Кальций, калий, натрий, магний и др. металлы. Электропроводность.
Кислотность. Электрические и магнитные поля. Радиоактивные загрязнения.
Микроорганизмы.
Виды мониторинга и его пути развития. Организация и структура мониторинга
состояния окружающей среды. Виды мониторинга: глобальный, региональный,
локальный. Мониторинг природных сред: воздушной, водной, почв. Фоновый
мониторинг. Мониторинг загрязнений и источников загрязнения. Средства реализации
мониторинга: стационарные станции, передвижные посты, аэрокосмические системы,
автоматизированные системы. Единая государственная система экологического
мониторинга России (ЕГСЭМ). Принципы организации регионального экологического
мониторинга края, области, города.
Тема 2. Отбор проб природных объектов, предварительная подготовка, консервация
и хранение
Отбор проб воздуха для определения химического состава атмосферных аэрозолей.
Отбор проб атмосферных осадков. Отбор месячных проб атмосферных выпадений
тяжелых металлов. Отбор проб снежного покрова. Отбор проб поверхностных и
подземных вод. Отбор проб донных отложений. Отбор проб почвы. Отбор проб
растительного материала. Отбор проб тканей животных.
Методики предварительной подготовки, консервации и хранения проб.
Тема 3. Химический анализ проб воздуха, воды и почвы
Источники загрязнения атмосферного воздуха. Физико-химические процессы в
атмосфере. Условия, определяющие уровень загрязнения. Последствия загрязнения
атмосферы. Самоочищение атмосферы. Критерии санитарно-гигиенической оценки
состояния воздуха. Организация мониторинга загрязнения атмосферного воздуха.
Контроль качества природных и сточных вод. Роль воды в круговороте веществ, в
жизни человека. Мировые запасы воды, Распределение воды на Земле. Потребности в
воде основных отраслей хозяйства. Загрязнение грунтовых, речных и морских вод.
Оценка загрязненности воды. Органические остатки. Вещества, разрушаемые
микроорганизмами, и изменение состояния воды. Образование мочевины и аммиака в
воде. Устойчивые и трудноразрушаемые вещества. Роль поверхностно-активных веществ.
Неорганические остатки. Ионы, поступающие из удобрений и солей, используемых для
снеготаяния при уборке снега и льда. Тяжелые металлы. Кислотные выбросы и гибель
рыб. Методы очистки воды.
Контроль загрязнения почвы. Понятие о почве. Роль почвы в круговороте веществ в
природе и жизни человека. Современное состояние почвенного покрова Земли. Строение
и состав почв. Воздействие человека на почву. Уплотнение почвы. Изменение почвы в
зависимости от способов ее обработки. Антропогенные загрязнения. Кислотные
загрязнения и их химические последствия для почвы. Влияние тяжелых металлов на
развитие растений. Пестициды в почве. Загрязнение почвы при использовании ила
очистных сооружений. Влияние водно-солевого режима почвы. Основные принципы
организации мониторинг почв.
6.
7.
Планы семинарских занятий.
Семинарские занятия учебным планом не предусмотрены
Темы лабораторных работ. (Лабораторный практикум)
Тема 2. Отбор проб природных объектов, предварительная подготовка, консервация
и хранение
Лабораторная работа № 1 (4 час.). Тема работы: Отбор проб почвы, загрязненной
нефтью (нефтепродуктами) и подготовка к анализу. Объект исследования: территория,
загрязненная нефтью или нефтепродуктами (бензин, дизельное топливо, масло).
Используемые методы: отбор проб для анализа в определенных точках территории, их
подготовка к анализу.
Тема 3. Химический анализ проб воздуха, воды и почвы
Лабораторная работа № 2 (8 час.). Тема работы: Количественное определение
содержания нефтяных углеводородов в пробе почвы. Объект исследования: образец
почвы, загрязненной нефтью или нефтепродуктами. Используемые методы: экстракция
углеводородов из образца, определение их содержания методом ИК-спектрофотометрии
(концентратомер КН-2).
Лабораторная работа № 3 (8 час.). Тема работы: Качественный анализ образца
природной воды, загрязненной нефтью или нефтепродуктами (бензин, дизельное
топливо). Объект исследования: образец природной воды, загрязненной нефтью или
нефтепродуктами. Используемые методы: экстракция углеводородов из образца,
определение их содержания методом ИК-спектрофотометрии (концентратомер КН-2).
8.
Примерная тематика курсовых работ.
Курсовые работы учебным планом не предусмотрены
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Основным принципом организации самостоятельной работы является комплексный
подход, направленный на стимулирование у аспирантов следующих видов деятельности
по получению компетенций:
репродуктивной – выполнение заданий по образцу с целью закрепления
теоретических знаний, формирования умений и навыков (прочтение, просмотр,
конспектирование, прослушивание, запоминание; ответы на вопросы для самопроверки;
повторение учебного материала, решение типовых задач);
реконструктивной – выполнение заданий с обязательным преобразованием
информации (подготовка к аудиторным занятиям, тематическим дискуссиям; подготовка
сообщений, докладов и выступлений на семинарских занятиях; подбор литературы;
выполнение контрольных работ; решение практических задач);
творческой – отбор и критический анализ информации (написание рефератов,
докладов; участие в научно-исследовательской работе, выполнение специальных
творческих заданий; подготовка проектов и слайдовых презентаций).
9.
Виды СРС
Работа с учебной и
методической литературой,
электронными источниками
данных (списки
рекомендованной литературы в
разделе 11)
Подготовка к лабораторному
практикуму (тематика в
разделе 7)
Формы контроля СРС
Проверка и анализ конспектов лекций и учебной литературы
Письменные опросы (тесты) и контрольные работы
Составление планов лабораторных работ и их защита
Подготовка отчетов по лабораторным работам в виде протоколов и
проектов статей
Заслушивание и обсуждение устных докладов, сообщений, выступлений
Перечень контрольных вопросов для зачета
1. Химические загрязнения окружающей среды. Основные задачи мониторинга.
2. Основные контролируемые параметры и нормирование загрязнений окружающей
среды: предельно-допустимые концентрации (ПДК), предельно-допустимые выбросы
(ПДВ), предельно-допустимые уровни (ПДУ), предельно-допустимые сбросы (ПДС) в
воздухе, воде, почве, растительности, продуктах питания.
3. Приоритетные контролируемые параметры природной среды и рекомендуемые методы.
4. Виды мониторинга и его пути развития.
5. Организация и структура мониторинга состояния окружающей среды. Виды
мониторинга: глобальный, региональный, локальный.
6. Мониторинг природных сред: воздушной, водной, почв. Фоновый мониторинг.
Мониторинг загрязнений и источников загрязнения.
7. Средства реализации мониторинга: стационарные станции, передвижные посты,
аэрокосмические системы, автоматизированные системы. Единая государственная
система экологического мониторинга России (ЕГСЭМ). Принципы организации
регионального экологического мониторинга края, области, города.
8. Отбор проб воздуха для определения химического состава атмосферных аэрозолей.
9. Отбор проб атмосферных осадков. Отбор месячных проб атмосферных выпадений
тяжелых металлов. Отбор проб снежного покрова. Отбор проб поверхностных и
подземных вод. Отбор проб донных отложений. Отбор проб почвы. Отбор проб
растительного материала. Отбор проб тканей животных.
10. Методики предварительной подготовки, консервации и хранения проб.
11. Источники загрязнения атмосферного воздуха.
12. Условия, определяющие уровень загрязнения.
13. Последствия загрязнения атмосферы.
14. Критерии санитарно-гигиенической оценки состояния воздуха.
15. Организация мониторинга загрязнения атмосферного воздуха.
16. Контроль качества природных и сточных вод.
17. Роль воды в круговороте веществ, в жизни человека. Мировые запасы воды,
Загрязнение грунтовых, речных и морских вод. Оценка загрязненности воды.
18. Органические остатки. Вещества, разрушаемые микроорганизмами, и изменение
состояния воды.
19. Устойчивые и трудноразрушаемые вещества. Роль поверхностно-активных веществ.
20. Неорганические остатки. Ионы, поступающие из удобрений и солей, используемых для
снеготаяния при уборке снега и льда.
21. Тяжелые металлы.
22. Методы очистки воды.
23. Строение и состав почв.
24. Антропогенные загрязнения. Кислотные загрязнения и их химические последствия для
почвы. Влияние тяжелых металлов на развитие растений. Пестициды в почве.
25. Загрязнение почвы при использовании ила очистных сооружений. Влияние водносолевого режима почвы.
26. Основные принципы организации мониторинг почв.
Примерная тематика контрольных работ и опросов
1. Химические загрязнения в окружающей среде: основные разновидности и источники.
2. Методы отбора проб воздуха, природных вод и почв, их предварительной обработки и
хранения
3. Основные методы химического анализа проб воздуха. Характеристика их возможностей
и ограничений
4. Основные методы химического анализа проб воды. Характеристика их возможностей и
ограничений
5. Основные методы химического анализа проб почвы. Характеристика их возможностей
и ограничений
Критерии оценки СРС:
1) качество освоения учебного материала (умение студента использовать теоретические
знания при выполнении практических задач);
2) проработанность всех аспектов задания, оформление материала в соответствии с
требованиями, соблюдение установленных сроков представления работы на проверку;
3) степень самостоятельности, творческой активности, инициативности аспирантов,
наличие элементов новизны в процессе выполнения заданий.
Итоги СРС подводятся во время контрольных недель, сроки которых определяются
графиком учебного процесса.
10. Образовательные технологии.
Виды учебной
работы
Аудиторные
занятия
Самостоятельная
работа
Образовательные технологии
а) Чтение лекций (мультимедийные и видео-демонстрации, письменное
тестирование по пройденному материалу (4 теста по 10 вопросов в каждом).
б) Проведение лабораторных занятий (разработка плана эксперимента,
групповое обсуждение и анализ проблем, мультимедийные демонстрации,
заслушивание и обсуждение устных докладов, сообщений, выступлений, встречи с
преподавателями других дисциплин).
в) Интерактивные технологии (групповые дискуссии, разбор конкретных
ситуаций).
г) Модульно-рейтинговая технология контроля успеваемости.
а) Изучение учебной и методической литературы, т.ч. поиск информации в
электронных сетях и базах данных, подготовка презентаций.
б) Подготовка к контрольным работам
в) Подготовка лабораторных работ к защите (с использованием мультимедийных
презентаций)
11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
11.1. Основная литература:
1. Вершинин В.И., Власова И.В., Никифорова И.А. Аналитическая химия. М.: ИЦ
«Академия». 2011.
2. Пупышев А.А. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. М.: Техносфера, 2009.
3. Тикунова В.И. Справочное руководство по аналитической химии и физико-химическим
методам анализа. М.: Высшая школа, 2009.
4. Беккер Ю. Хроматография: инструментальная аналитика: методы хроматографии и
капиллярного электрофореза. М.: Техносфера , 2009.
5. Сычев К.С. Практическое руководство по жидкостной хроматографии. М.: Техносфера,
2010.
11.2. Дополнительная литература:
1. Техническая документация по эксплуатации спектрофотометров и хроматографов,
используемых в практикуме.
2. Количественные методы в масс-спектрометрии / авт.-сост. И. Лаваньини [и др.]; пер. с
англ. Ю. О. Каратассо. М.: Техносфера , 2008.
3. Тупицына Л.С. Эколого-генетический мониторинг в Тюменской области. Тюмень: Издво ТюмГУ, 2008.
4. Кудрявцев А.А. Практикум по спектроскопии [Электронный ресурс] - Электрон. дан. и
прогр. Тюмень: Изд-во ТюмГУ: Виндекс, 2008.
11.3. Периодические издания:
1. Вестник Омского университета.
2. Вестник Томского университета.
3. Вестник ТюмГУ.
4. Известия ВУЗов. Химия и химическая технология.
5. Известия РАН. Серия химическая.
6. Экологическая химия.
11.4. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
www.e-library.ru
chem.msu.su/rus/teaching/analyt/
www.anchem.ru
www.ftchemistry.dsmu.edu.ua/ana_him/lek_13.html
12. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
(модуля).
Лекции обеспечены мультимедийными презентациями и видеофильмами.
Для чтения лекций необходимо наличие аудиторий, оснащенных мультимедийной
техникой (компьютер, проектор и др.).
Для проведения лабораторных работ имеются оборудованные лаборатории
аналитической химии (103 и 114, корп. 5А).
Для самостоятельной работы аспирантов необходим доступ в компьютерный
класс, имеющий выход в Интернет.