Рабочая программа дисциплины Спектроскопические методы анализа
Скачать 308.58 Kb.
|
| 1. ОСНОВЫ СПЕКТРОСКОПИИ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ 1.1. Общие положения. Спектроскопические методы анализа, их место и значение в решении актуальных задач современной науки, народного хозяйства, окружающей среды и медицины. Основные этапы развития спектроскопии. Природа электромагнитного излучения. Электромагнитная волна, ее составляющие и характеристики. Свойства электромагнитной волны. Квантовая природа электромагнитного излучения. Постулаты Бора. Основное и возбужденное состояния. Спектроскопические единицы измерения, связь между ними. Шкала электромагнитных волн. Классификации спектров и спектроскопических методов: по объектам анализа, положению в шкале электромагнитных волн, видам движения в молекуле, характеру взаимодействия вещества с электромагнитным излучением. Атомные и молекулярные спектры. Принципы деления спектроскопических методов анализа на элементный, молекулярный и вещественный (анализ химических форм) анализ. 1.2. Основные положения молекулярной спектроскопии. Диаграмма Яблонского. Энергетические уровни молекулы и виды энергетических переходов между ними. Безызлучательные переходы в молекуле: колебательная релаксация, внутренняя и интеркомбинационная конверсия. Радиационные (излучательные) переходы, происхождение спектров поглощения, флуоресценции и фосфоресценции. Синглетные и триплетные состояния молекулы. Скорость энергетических переходов и время жизни возбужденного состояния. Связь энергии перехода и положения полос спектров поглощения, флуоресценции и фосфоресценции в шкале электромагнитных волн. Происхождение спектров комбинационного рассеяния. Классификации электронных спектров поглощения и типов электронных переходов. Виды молекулярных орбиталей и классификация Каша. Критерии отнесения электронных спектров к тому или иному типу перехода: влияние полярности растворителя, заместителя в молекуле, кислотности среды, интенсивность перехода (молярный коэффициент поглощения, сила осциллятора). Химические теории цветности вещества молекулярного строения. Хромофорно-ауксохромная и хиноидная теории. Основные положения электронной теории цветности. Влияние внутри- и межмолекулярных факторов на цвет и электронный спектр. Внутримолекулярные факторы: длина цепи сопряжения; природа заместителя (ЭД- и ЭА- заместители); ионизация заместителей (диссоциация, протонизация); пространственные факторы (свободное вращение, пространственные затруднения); таутомерия; внутримолекулярная водородная связь; термохромизм. Межмолекулярные взаимодействия их проявление в спектрах. Виды межмолекулярных взаимодействий (универсальные и специфические). Взаимодействие с растворителем, эмпирические параметры оценки сольватохромных эффектов и полярности растворителя (Косовера, Димрота-Райхардта, Гутмана, Грюнвальда-Уинстейна, Гильдебранда, Тафта, I1/I3 пирена). Взаимодействие с растворителем в основном и возбужденном состоянии. Межмолекулярная водородная связь и ее проявление в спектрах. Протонодоноры и протоноакцепторы. Комплексообразование органических реагентов с ионами металлов. Гидрофобная гидратация, гидрофобное взаимодействие и их влияние на спектры поглощения реагентов и хелатов металлов с органическими реагентами. Солюбилизация в мицеллярных системах, молекулы-рецепторы и образование комплексов «гость-хозяин». Вероятность электронного перехода. Запрещенные и разрешенные переходы, правила отбора. Интеркомбинационный и альтернативный запреты. Характеристики электронного спектра. Пиковая и интегральная интенсивность, положение полосы в спектре, полуширина, фактор асимметрии. Методы обработки электронных спектров. Основные источники электромагнитного излучения и детекторы в молекулярной спектроскопии. Основные модули приборов молекулярно-спектроскопического анализа. Современные возможности методов молекулярной спектроскопии при обнаружении, идентификации и определении неорганических и органических веществ. 1.3. Основные положения атомной спектроскопии. Понятие об оптическом электроне и происхождении оптических спектров. Правила отбора, резонансные переходы и соответствующие им линии в спектре. Основные виды взаимодействия электромагнитного излучения с веществом атомного строения и соответствующие методы аналитической атомной спектроскопии: атомно-абсорбционная (ААС), атомно-эмиссионная (АЭС), атомно-флуоресцентная (АФС) рентгено-флуоресцентная (РФлС) спектрометрия, атомная масс-спектрометрия (АМС), и атомно-ионизационная спектрометрия (АИС), активационный анализ и их современные варианты. Современные возможности физических методов атомного элементного анализа в области полного элементного анализа объекта, определения основы объекта и ультрамикропримесей, локального анализа и анализа поверхности, детектирования единичных атомов. Основные способы атомизации объектов анализа, источники атомизации газов, жидких и твердых проб. Физико-химические процессы, сопровождающие атомизацию вещества и способы устранения влияния окисления и химического состава матрицы. Основные источники электромагнитного излучения и детекторы в атомной спектроскопии. Основные модули приборов атомного элементного анализа. 2. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОГО СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 2.1. Молекулярная абсорбционная спектрофотометрия в УФ- и видимой области спектра (фотометрический анализ). Основные законы фотометрического анализа и условия их соблюдения. Основные фотометрические формы аналитов. Оптимальные условия фотометрических реакций и их выбор. Выбор светофильтра и аналитической длины волны. Растворители для фотометрии. Оптимальный интервал значений оптической плотности при фотометрических измерениях. Истинные и кажущиеся отклонения от основного закона светопоглощения и их причины. Сравнительная характеристика фотометрических методов определения концентрации вещества в отсутствие мешающих компонентов (определение по среднему значению молярного коэффициента поглощения, по методу сравнения (в двух вариантах), по методу добавок (расчетный и графический), по методу градуировочного графика (с расчетом уравнения по методу наименьших квадратов). Метод фотометрического титрования: типы кривых, индикаторное и безындикаторное титрование, достоинства и недостатки. Погрешность разбавления при титровании, другие виды погрешностей. Дифференциальный метод определения концентрации. Прямое, обратное и полное дифференцирование, факторы пересчета. Способы определения концентрации дифференциальном методом (метод сравнения, градуировочного графика, дифференциальный метод добавок). Современные методы спектрофотометрии. Спектрофотометрия многокомпонентных систем. Двух(много)волновая и производная спектрофотометрия, лазерная абсорбционная и фотоакустическая спектроскопия, их возможности и области применения. Термооптическая спектрофотометрия. Проточно-инжекционный фотометрический анализ. Твердофазная спектрофотометрия и спектроскопия диффузного отражения. Области применения современных вариантов спектрофотометрии. Пути повышения чувствительности и снижения предела обнаружения фотометрических реакций: инструментально-компьютерное и химическое направления. Химические способы, основанные на изменении природы растворителя, использовании организованных сред на основе мицеллярных систем и молекул-рецепторов, реакциях усиления, образования многокомпонентных систем, каталитических реакциях. Метрологические характеристики фотометрического анализа: чувствительность, предел обнаружения, предел определения, нижняя граница определяемых содержаний. Точность фотометрических методов анализа. Правильность. Проверка правильности шкалы длин волн, шкалы пропускания и оптической плотности. Сходимость и воспроизводимость фотометрического анализа. Кривые Шмидта и Комаря-Самойлова. 2.2. Молекулярная люминесцентная спектроскопия и люминесцентный анализ Оптическая схема спектрофлуориметра и ее принципиальное отличие от схемы спектрофотометра. Причины высокой чувствительности люминесцентного анализа. Спектры возбуждения и спектры излучения. Классификации явлений люминесценции: по источнику возбуждения, по длительности послесвечения, классификация Вавилова. Основные закономерности молекулярной люминесценции. Независимость спектра эмиссии от длины волны возбуждающего света. Закон Стокса-Ломмеля. Правило зеркальной симметрии (Левшина). Закон Вавилова. Квантовый и энергетический выходы люминесценции. Природа замедленной флуоресценции, сенсибилизированной флуоресценции и сенсибилизированной фосфоресценции. Природа триплет-триплетной аннигиляции и эффекта антенны. Тушение люминесценции. Уравнение Штерна-Фольмера. Температурное, концентрационное тушение и тушение примесями. Эффект внутреннего фильтра. Влияние растворителя на люминесценцию. Флуоресцентная спектроскопия единичных молекул. Количественный люминесцентный анализ. Основное уравнение люминесцентного анализа. Оценка факторов, определяющих чувствительность люминесцентного анализа. Два направления повышения чувствительности и избирательности люминесцентного анализа: инструментально-компьютерное и химическое. Основные области применения люминесцентного анализа и аппаратура метода. 2.3. Колебательная спектроскопия и ее применение в анализе. Инфракрасная (ИК) спектроскопия. Качественный и количественный анализ с использованием ИК-спектра. Возможности ИК-Фурье-спектроскопия в исследовании межмолекулярных взаимодействий. Приборы метода, техника измерения. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР), ее природа и применение для целей анализа и исследования. Возможности КР-Фурье- спектроскопии и спектроскопии, усиленной поверхностью (SERS) в исследовании структуры молекул и анализе. Оптические сенсоры, классификация, принцип действия, области применения. 3. МЕТОДЫ АТОМНОГО (ЭЛЕМЕНТНОГО) СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 3.1. Методы современной оптической атомной спектроскопии Принципиальная схема АЭ спектрометра. Правила отбора, резонансные переходы и соответствующие им линии в спектре. Фоновое излучение, факторы, определяющие интенсивность линии в атомном спектре. Методы оптической атомной спектроскопии, основанные на поглощении, эмиссии и флуоресценции атомов, блок-схемы спектральных приборов. Атомно-эмиссионная спектроскопия. Атомизация объектов анализа, источники атомизации газов, жидких и твердых проб. Пламя, назначение горючих газов и газов окислителей. Типы горелок в АЭС, схема плазменной горелки. Различия между пламенем и плазмой, классификация видов плазмы. Виды проб, вносимых в плазму. Дуга, её виды, условия получения, применение. Искра, её виды, электроды, условия получения, применение. Разряды низкого давления, тлеющий разряд и катодное распыление, источники излучения. Лазерно-индуцированная плазма. Основные элементы АЭ спектрометра, разрешение прибора, новые виды детекторов в АЭС. Современная атомно-абсорбционная спектроскопия: новые виды источников излучения и детекторов в ААС, ввод жидких, твердых и газообразных проб. Вариант абсолютной ААС. Зеемановская коррекция фона в ААС. Модификаторы определяемых элементов и матрицы. Атомно-флуоресцентная спектроскопия, её достоинства в сравнении с ААС и АЭС. Источники возбуждения в АФС, метрология метода, области применения. 3.2. Методы рентгеновской атомной спектроскопии. Внутренние электроны атомов, энергетические переходы, виды взаимодействия рентгеновского излучения с веществом (поглощение, пропускание, эмиссия, флуоресценция, рассеяние, дифракция). Методы, основанные на рассеянии, поглощении и испускании фотонов: рентгеновская абсорбционная, эмиссионная, флуоресцентная спектроскопия. Рентгеновские методы (EXAFS, SEXAFA, NEXAFS) при определении длин связей, координационных чисел, степеней окисления элементов и ориентации молекул на поверхности. 3.3. Атомно-ионизационная спектрометрия, принцип, разновидности и преимущества метода. Способы атомизации и получения ионов, ввод пробы. Области применения метода. Метод элементной масс-спектрометрии. Практическое применение методов атомной спектроскопии в анализе газов, жидких, твердых тел, анализе поверхности и локальном анализе. 4.2. Программа практикума «Спектроскопические методы анализа»
Работа 1. Определение основных характеристик электронного спектра (положения максимума, молярного коэффициента светопоглощения, полуширины, фактора асимметрии, интегральной интенсивности, силы осциллятора). Работа 2. Определение типа электронного перехода (по величине мол, силе осциллятора, влиянию растворителя и заместителя в молекуле). Работа 3. Анализ многокомпонентных систем на примере смеси катионных красителей. Работа 4. Фотометрическое определение константы диссоциации индикаторов кислотного и основного характера алгебраическим методом. Работа 5. Фотометрическое определение констант кето-енольной и азо-хинонгидразонной таутомерии при солюбилизации в мицеллах ПАВ. Работа 6. Определение железа (III) и Ti (IV) при совместном присутствии методом двухволновой спектрофотометрии. Работа 7. Определение относительного квантового выхода люминесценции флуоресцирующих красителей. Работа 8. Оценка величины стоксова сдвига и подчинимости спектров поглощения и флуоресценции люминофоров правилу зеркальной симметрии Лёвшина. Работа 9. Знакомство с принципом работы и выполнением эксперимента с жидкими и твердыми пробами по методу рентгенофлуоресцентной спектроскопии. Работа 10. Компьютерная идентификация компонентов смесей органических соединений по банкам данных масс-спектров. Работа 11. Знакомство с принципом работы и выполнением эксперимента на хроматографе с применением фотометрического и флуоресцентного детекторов. Работа 12. Юстировка спектральных приборов при замене осветителя на фотометрах и спектрофотометрах. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Рабочая программа дисциплины методы стратегического менеджмента 080500. 68 «Менеджмент» В процессе изучения дисциплины ставятся задачи: получить представление о роли стратегического анализа в профессиональной деятельности;... | | Рабочая программа по дисциплине Аналитическая химия и физико-химические методы анализа Цели и задачи дисциплины: Освоение теоретических основ современных химических методов анализа, аналитических методик и приемов, статистической... |
 | Рабочая программа Цели освоения дисциплины Учебная дисциплина «Экономико-математические... Развить системное мышление слушателей путем детального анализа подходов к математическому моделированию и сравнительного анализа... | | Рабочая программа учебной дисциплины «Экоаналитическая химия и физико-химические методы анализа» Задачи изучения дисциплины: формирование у студентов навыков проведения химического анализа, в том числе современными физико-химическими... |
| Рабочая программа учебной дисциплины современные инструментальные методы анализа и Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Рабочая программа учебной дисциплины «информационная безопасность и защита информации» «Теория и математические методы системного анализа и управления в технических и социально-экономических системах» |
| Примерная программа наименование дисциплины Методы оптимальных решений... Развить системное мышление слушателей путем детального анализа подходов к математическому моделированию и сравнительного анализа... | | Отчет о лаботарорной работе методы и средства анализа данных по теме:... Методы классификации, data mining, метод байеса, 8, id3, 1R, svm, ассоциативные правила, метод априори |
| Отчет о лаботарорной работе методы и средства анализа данных по теме:... Методы классификации, Data Mining, метод байеса, 8, id3, 1R, svm, ассоциативные правила, метод априори | | Отчет о лаботарорной работе методы и средства анализа данных по теме:... Методы классификации, data mining, метод байеса, 8, id3, 1R, svm, ассоциативные правила, метод априори |
| Отчет о лаботарорной работе методы и средства анализа данных по теме:... Методы классификации, data mining, метод байеса, 8, id3, 1R, svm, ассоциативные правила, метод априори | | Отчет о лаботарорной работе методы и средства анализа данных по теме:... Методы классификации, data mining, метод байеса, 8, id3, 1R, svm, ассоциативные правила, метод априори |
| Отчет о лаботарорной работе методы и средства анализа данных по теме:... Методы классификации, data mining, метод байеса, 8, id3, 1R, svm, ассоциативные правила, метод априори | | Рабочая программа учебной дисциплины «аналитическая химия и физико-химические методы анализа» Квалификация (степень) выпускника: бакалавр, специальное звание «бакалавр техники и технологий» |
| Рабочая программа дисциплины современные методы экспресс-анализа... Программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 02. 00. 02 «Аналитическая химия» по химическим наукам, утвержденной приказом... | | Программа дисциплины Методы разработки и анализа алгоритмов для направления... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 080500. 62 «Бизнес-информатика»... |
