Скачать 300.81 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Биологический факультет УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебно-методической работе___________________ Е.Г. Елина "_____" _______________ 2012 г. Рабочая программа дисциплины Химия. Модуль 2. «Аналитическая химия» Специальность 020501 - Биоинженерия и биоинформатика Квалификация выпускника СпециалистФорма обучения очная Саратов, 2012
Целями освоения дисциплины «Химия» являются углубление имеющихся представлений и получение новых знаний и умений в области химии, без которых невозможно решение современных биологических, биохимических, биоэнергетических и экологических проблем, стоящих перед человечеством. Особенностью программы по дисциплине «Химия» является фундаментальный характер её содержания, необходимых для формирования у специалистов общего химического мировоззрения и развития химического мышление. Целью модуля «Аналитическая химия» является формирование у студентов компе-тенций, связанных с пониманием теоретических и практических основ аналитической химии, получение базовых представлений о методах и средствах идентификации, обнаружения, разделения и определения химических элементов и их соединений, установления химического строения веществ, знакомство с методическими подходами к анализу различных объектов, в том числе объектов окружающей среды, а также специфических биологических объектов, современными направлениями развития и соци-альной ролью аналитической химии, для последующего применения полученных знаний и навыков при освоении вариативных дисциплин профиля «Биология» и выполнения профес-сиональных задач, на основе умения планировать, организовывать свою деятельность, самостоятельно приобретать знания, используя различные источники информации.
Цикл С.2, базовая часть, дисциплина осваивается в 1, 2 и 3 семестрах, модуль «Аналитическая химия» - во 2 семестре. Модуль «Аналитическая химия» представляет собой интегрированную научную дисциплину, основным предметом изучения которой являются методы анализа различных объектов, в том числе и биологических. Материал дисциплины базируется на знаниях по общей и неорганической химии, физике, математике и является основой для последующего изучения дисциплины «Физическая химия», «Высокомолекулярные соединения», «Экология».
В результате освоения модуля «Аналитическая химия» формируются следующие компетенции: ОК-11, ПК-12, ПК-24. - способностью самостоятельно или в составе группы вести научный поиск, реализуя специальные средства и методы получения нового знания (ОК-11); - способностью к проведению лабораторных работ и знает требования техники безопасности и приемов оказания первой помощи при несчастных случаях (ПК-12); - способностью использовать специализированные знания фундаментальных разделов математики, физики, химии, экологии для проведения исследований в области биоинженерии, биоинформатики и смежных дисциплин (ПК-24). В результате прохождения курса студент должен: знать:
уметь:
владеть:
4. Структура и содержание дисциплины: Общая трудоемкость модуля составляет 3,8 зачетных единиц, 136 часа. 4.1. Структура лекционного курса.
4.2. Содержание модуля. Введение. Предмет аналитической химии, ее структура, цели и задачи, место в системе других наук, связь с практикой. Роль аналитической химии в контроле за состоянием окружающей среды, аналитическая химия и биология, экология. Основные проблемы аналитической химии: снижение предела обнаружения повышение точности и избирательности, обеспечение экспрессности и их значение в анализе биологических объектов. Аналитическая химия, химический анализ, аналитическая служба. Связь между объектом и методом анализа. Классификация методов анализа: химические. Физические и биологические. Макро-, микро- и полумикрометоды в анализе биологических объектов. Современное состояние и тенденции развития аналитической химии. Раздел 1. Метрологические основы химического анализа. Основные метрологические понятия и представления: измерение, методы и средства измерений, основные принципы и способы обеспечения достоверности результатов измерений, погрешности. Аналитический сигнал и помехи. Способы определения содержания по данным аналитический измерений. Основные характеристики методов анализа: точность, правильность, сходимость, воспроизводим ость, коэффициенты чувствительности, пределы обнаружения, нижняя и верхняя границы определяемых содержаний. Способы повышения точности. Классификация погрешностей химического анализа: систематические, случайные, промахи; абсолютные, относительные. Способы оценки правильности. Статистическая обработка данных химического анализа. Закон нормального распределения случайных погрешностей, Q-, F- и t-распределение. Среднее значение, дисперсия, стандартное откло-нение, доверительный интервал. Сравнение дисперсии и средних значений двух методов. Требования к метрологической оценке результатов в зависимости от объекта и цели анализа. Раздел 2. Типы химических реакций и процессов в аналитической химии. Основные типы реакций, используемых в аналитической химии: кислотно-основные, осаждения-растворения, окисления-восстановления, комплексообразования. Активность и концентрация. Ионная сила растворов. Понятие о конкурирующих реакциях. Коэффициент конкурирующей реакции. Константы равновесия: термодинамическая, реальная, условная, их взаимосвязь. Факторы, влияющие на равновесие в системах. Равновесие в гомогенной системе. Теория кислот и оснований Бренстеда - Лоури. Понятие кислоты, основания, амфолита, сопряженной пары с позиций теории Бренстеда – Лоури. Участие растворителя в химической реакции переноса протона. Автопротолиз амфипротонных растворителей. Кислотно-основное равновесие в неводных средах. Влияние природы растворителя на силу протолитов. Нивелирующее и дифференцирующее действие растворителей. Вычисление рН в растворах различных протолитов: кислот, оснований, солей, буферных растворов и других системах. Раздел 3. Пробоотбор и пробоподготовка биологических объектов для анализа. Задачи количественных определений в биологии. Методы анализа. Способы выражения результатов анализа биологических объектов. Основные стадии химического анализа. Планирование эксперимента, выбор метода анализа, составление алгоритма анализа. Отбор проб различных видов биологических объектов, их представительность и размер. Подготовка биологического образца к анализу. Методы разложение биологических объектов: сухие и мокрые (методы Кьельдаля, Дениже, Дюма). Сплавление и его использование при анализе биологических объектов. Анализ без разложение образца. Раздел 4. Методы обнаружения и идентификации. Аналитические реагенты и реакции. Методы обнаружения и идентификации химических соединений. Идентификация атомов, ионов, молекул. Дробный и систематический ход анализа. Способы проведения реакций идентификации. Экспрессный качественный тест-анализ в полевых условиях. Раздел 5. Методы определения. Классические химические методы анализа. Гравиметрический метод анализа: сущность, классификация, метрологические характеристики, преимущества и недостатки, источники погрешностей. Общая схема анализа, расчет. Примеры использования в анализе биологических объектов. Титриметрический метод анализа: общая характеристика, метрологические парамет-ры. Применение в анализе биологических объектов. Классификация титриметрических методов по способу проведения определения (прямое, обратное, косвенное, непрерывное, в неводных средах) и по типу химических реакций (кислотно-основное, комплексономет-рическое, осадительное, редокс-титрование). Построение кривых титрования, скачок титрования, точка стехиометричности и конца титрования. Способы фиксирования точки конца титрования. Индикаторы и механизмы их действия в различных методах Примеры конкретных методов титриметрического анализа: кислотно-основной, комплексонометрия, перманганатометрия, иодометрия. Физические и физико-химические методы анализа. Общая характеристика инструментальных методов анализа. Классификация методов, их использование в анализе биологических объектов. Спектроскопические методы анализа. Электромагнитный спектр и особенности взаимодействия атомов и молекул с ЭМИ. Атомные и молекулярные спектры, их характеристики. Количественные характеристики поглощения света веществом: оптическая плотность, пропускание, коэффициент светопропускания. Молекулярная абсорбционная спектроскопия (спектрофотометрия). Сущность метода. Основной закон поглощения, условия его выполнения, причины отклонения. Выбор фотометрических реакций и условий измерения поглощения света: длины волны, раствора сравнения, толщины поглощающего слоя. Способы определения концентраций по величине аналитического сигнала: методы градуировочного графика, сравнения, добавок, дифференциальный метод. Примеры их применения в анализе биологических объектов. Обзор других методов спектроскопического анализа. Электрохимические методы анализа. Классификация методов, основные метрологические характеристики и использование в анализе биологических объектов. Потенциометрический метод анализа. Сущность метода. Классификация подметодов. Индикаторные, электроды сравнения и ионселективные электроды в потенциометрии. Стеклянный электрод. Ферментные электроды. Прямая потенциометрия и потенциметрическое титрование. Преимущества, недостатки, использование в анализе биологических объектов. Вольтамперометрия. Сущность метода, метрологические характеристики, примеры применения для анализа биологических объектов. Современные методы вольтамперометрии. Раздел 6. Методы разделения и концентрирования. Основные методы разделения и концентрирования, их роль в анализе биологических объектов. Количественные характеристики: коэффициент разделения, степень извлечения, коэффициент и константа распределения. Экстракция. Теоретические основы метода. Закон распределения. Классификация экстракционных процессов. Типы экстракционных систем. Применение в анализе биологических объектов. Хроматографические методы разделения, концентрирования и определения. Сущность метода. Классификация хроматографических методов. Способы получения и основные параметры хроматограмм. Аналитическая и препаративная хроматография. Понятие о газовой, газо-жидкостной, ионообменной, высокоэффективной жидкостной и гель-хроматографии. Перспективы развития методов анализа биологических объектов. Лабораторные занятия: 1. Методы идентификации химических веществ. 2. Идентификация объекта: качественный анализ неорганического вещества 3. Титриметрическое определение содержания кислоты 4. Комплексонометрическое определение жесткости воды 5. Перманганатометрическое определение содержания железа 6. Фотометрический анализ фруктовых соков 7. Фотометрический анализ овощных соков 8. Потенциометрическое определение рН биологических жидкостей 9. Обработка результатов химического анализа на компьютере 10. Решение задач. Примеры решения задач Задача № 1. Какую массу гидрокарбоната кальция можно добавить к 5 литрам воды, содержащей 182,25 мг Mg2+, чтобы жёсткость воды не превышала допустимой величины? Решение Допустимая по ГОСТ величина общей жёсткости воды – 7. Жёсткость по магнию составляет: Следовательно, жёсткость по кальцию не должна превышать 4. Единица жёсткости по кальцию составляет 20,04 мг/дм3. Отсюда, можно добавить к данному объёму воды: Са2+ – Са(НСО3)2 40,08 г/моль – 162,08 г/моль 400,8 мг – m мг Задача № 2. Рассчитайте уменьшение концентрации ионов свинца в сточных водах после Na-катионирования, если концентрация ионов натрия возросла на 69 мг/дм3. Решение. Для удаления ионов Рb2+ из сточной воды последнюю подвергают Na – катионированию: Из уравнения реакции следует: n моль Рb2+– 2n моль Na+ n моль – 0,003 моль Следовательно, уменьшение концентрации ионов свинца составляет 0,31 г/дм3. Задача № 3. Энергия диссоциации связи углерод – бром составляет 210 кДж/моль. Какова длина волны фотона, способного вызвать диссоциацию связи углерод – бром? Решение. Рассчитаем энергию одной молекулы: Рассчитаем длину волны фотона: Задача N 4. Вычислить парциальное давление СО2 в сухом воздухе при полном давлении воздуха, равном 735 мм. рт. ст. Решение. Мольная доля СО2 в сухом воздухе равна 3,3•10–4. Это означает, что СО2 вносит в полное давление воздуха вклад, равный 3,34•10–4 доли. Следовательно, 760 мм. рт. ст. – 101,3 кПа 735 мм. рт. ст. – 97,97 кПа Парциальное давление СО2 составляет: Задача № 5. Какое давление необходимо оказать на морскую воду для её опреснения по методу обратного осмоса? Считать основной солью морской воды NaCl. Солёность морской воды составляет 35 г/кг воды. Решение. Метод обратного осмоса заключается в том, что на морскую воду подают давление, превышающее её осмотическое давление, вследствие чего молекулы воды перемещаются через полупроницаемую мембрану в часть системы для сбора пресной воды. Осмотическое давление растворов рассчитывается по закону ВантГоффа. 5. Образовательные технологии: Наряду с традиционными образовательными технологиями щироко используются технологии, основанные на методах научно-технического творчества и современных информационных средствах, включающие в том числе обучение на основе учебных дискуссий, интеллектуальных тренажеров, ролевых игр, разбор конкретных ситуаций, а также систем обучения профессиональным навыкам и умениям. Предусмотрены встречи с представителями производственных лабораторий. Проводятся 4 ролевые игры по основным методам анализа биологических объектов; дискуссии по выбору методов анализа конкретных объектов, коллоквиумы, разбор конкретных ситуаций. 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 лабораторного журнала, подготовку к текущему и итоговому контролю, решение типовых и домашних задач. Форма итогового контроля – экзамен (билеты в приложении). Оценочные средства для текущего контроля успеваемости – выставление оценок «удов», «хорошо», «отлично» за отдельные виды занятий (рейтинговая система») Формы и критерии оценивания результатов обучения по отдельным темам курса:
6.1. Вопросы для промежуточной аттестации
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины: а) Основная литература:
б) Дополнительная литература:
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины: 1. Слайды, рисунки, схемы по темам лекций. 2. Аппаратура: - спектрофотометры: СФ-46; КФК-2; КФК-3; - иономеры; - сушильный шкаф; - муфельная печь; - песчаная и водяная бани; - компьютер (для обработки результатов и построения зависимостей). 3. Химическая посуда в ассортименте (в соответствии с методиками проведения лабораторных работ). 4. Химические реактивы в ассортименте (в соответствии с методиками проведения лабораторных работ). 5. Оверхед-проектор и прозрачные пленки. 6. Слайдпроектор. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО № 66 от 17.03.2011 г. с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по специальности 020501 Биоинженерия и биоинформатика. Автор: Профессор кафедры аналитической химии и химической экологии, д.х.н. _________________ Т.Ю. Русанова Программа одобрена на заседании кафедры аналитической химии и химической экологии Института химии СГУ «03» мая 2012 г., протокол № 17. Подписи: Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии д.х.н. проф. _________________ Р.К. Чернова Директор Института химии д.х.н., профессор _________________ О.В. Федотова Декан биологического факультета д.б.н., профессор _________________ Г.В. Шляхтин Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1
Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии, Заслуж. деятель науки РФ, проф., д.х.н. Чернова Р.К. Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2
Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии, Заслуж. деятель науки РФ, проф., д.х.н. Чернова Р.К. Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3 1. Основные характеристики аналитических реакций: избирательность, нижняя граница определяемых содержаний, диапазон определяемых содержаний. 2. Способы определения концентрации неизвестного вещества по величине оптической плотности: метод градуировочного графика; добавок, сравнения. Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии, Заслуж. деятель науки РФ, проф., д.х.н. Чернова Р.К. Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4
Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии, Заслуж. деятель науки РФ, проф., д.х.н. Чернова Р.К. Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5
Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии, Заслуж. деятель науки РФ, проф., д.х.н. Чернова Р.К. Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6
Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии, Заслуж. деятель науки РФ, проф., д.х.н. Чернова Р.К. Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7
Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии, Заслуж. деятель науки РФ, проф., д.х.н. Чернова Р.К. Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 8
Зав. кафедрой аналитической химии и химической экологии, Заслуж. деятель науки РФ, проф., д.х.н. Чернова Р.К. Саратовский Государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Институт химии Кафедра аналитической химии и химической экологии Направление 011600 - Биология Дисциплина: Аналитическая химия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9
|
Рабочая программа дисциплины Химия. Модуль «Аналитическая химия» Особенностью программы по дисциплине «Химия» является фундаментальный характер её содержания, необходимых для формирования у бакалавров... | Аналитическая химия учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... | ||
Программа дисциплины дпп. Ф. 04 Аналитическая химия цели и задачи... Цель дисциплины «Аналитическая химия»: научить студентов основам количественного анализа | Рабочая программа по дисциплине б пищевая химия Ооп впо направления 260100. 62 Продукты питания из растительного сырья. Дисциплина преподается в 5 семестре и методически взаимосвязана... | ||
Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... ... | Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... «Неорганическая химия»; «Аналитическая химия»; «Органическая химия»; «Физическая химия» | ||
Рабочая программа дисциплины аналитическая химия од. А. 01; цикл... Программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 02. 00. 02 «Аналитическая химия» по химическим наукам, утвержденной приказом... | Рабочая программа по дисциплине б химия неорганическая и аналитическая Целью освоения дисциплины «Химия неорганическая и аналитическая» является формирование базовых, системных и информационных компетенций... | ||
Примерная программа наименование дисциплины «Неорганическая и аналитическая химия» Дисциплина «Неорганическая и аналитическая химия» относится к обще-профессиональному ветеринарно-биологическому циклу | Рабочая программа по дисциплине с физическая и коллоидная химия Она имеет логические и содержательно-методические связи с дисциплинами базовой части математического и естественнонаучного цикла... | ||
Утверждено на заседании Ученого совета философского факультета протокол №10 от 2 июля 2011 г ... | Рабочая программа дисциплины «Аналитическая химия» Рабочая программа составлена на основании фгос впо, в соответствии с целями (миссией) и задачами ооп впо и учебного плана направления... | ||
Аннотация рабочей программы дисциплины Химия неорганическая и аналитическая «Химия неорганическая и аналитическая» на основе модульной технологии обучения составлена для студентов очной формы обучения в соответствии... | Высокомолекулярные соединения учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... | ||
Химические основы биологических процессов учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... | Рабочая программа учебной дисциплины модуль «Химия» Фгос впо по направлению подготовки 111100. 62 «Зоотехния», утверждённого приказом Министерства образования и науки Российской Федерации... |