МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета агрохимии и
почвоведения профессор
И.А. Лебедовский 2
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины «Физико-химические методы анализа»для бакалавров наАгрохимия и агропочвовеправления подготовки дение»
Факультет, на котором агрохимии и почвоведения проводится обучение неорганической и аналитической хиКафедра–разработчик мии Дневная форма обучения Вид учебной работы курс, часов / з. е.
семестр Аудиторные занятия — всего 66/ 1,9 2, лекции 20 / 0,6 2, консультации – – практические занятия – – (семинары) лабораторные работы 46 /1,3 2, Самостоятельная работа — всего – 42 /1, курсовой проект (работа) – – контрольные работы – – реферат 6 / 0,17 2, другие виды самостоятельной 2, 36/ работы Вид промежуточной аттестации 2, зачет (зачет, экзамен) Всего по дисциплине 2, 108/ Краснодар, Рабочая программа составлена на основании:
1. ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров профессионального образования по направлению подготовки 110100 «Агрохимия и агропочвоведение», утвержденного 28. 10.2009 г. (регистрационный номер 490).
2. Примерной программы дисциплины « Физико-химические методы анализа», утвержденной Ученым советом факультета агрохимии и почвоведения, протокол от 25.04.2011 г. № 8.
3. Рабочего учебного плана по направлению 110100 «Агрохимия и агропочвоведение», утвержденного ученым советом университета, протокол от 22.04.2013 г. № 4.
Разработчики:
Ведущий преподаватель:
Кайгородова Елена Алексеевна, д.х.н., профессор Ф.И.О., ученая степень, ученое звание дата подпись Преподаватели:
Яблонская Елена Карленовна, к.х.н.
Ф.И.О., ученая степень, ученое звание подпись дата Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры неорганической и аналитической химии протокол от 10.06.2013 № Согласована с заведующим кафедрой Кайгородова Елена Алексеевна, д.х.н., профессор Ф.И.О., ученая степень, ученое звание подпись дата Рабочая программа рассмотрена на заседании методической комиссии факультетов агрохимии и почвоведения, защиты растений протокол от 17.06.2013 № Согласована с председателем методической комиссии Терпелец Виктор Иванович, д.с.-х.н., профессор Ф.И.О., ученая степень, ученое звание подпись дата Протокол согласования рабочей программы со смежными дисциплинами Наименование Наименование кафедры Фамилия И.О., смежной дисциплины подпись заведующего кафедрой, дата согласования Органическая химия кафедра органической и Доценко С.П.
Физическая и коллоидная химия физколлоидной химии 13.05. ний геология с основами геоморфологии кафедра почвоведения Терпелец В.И.
методы почвенных исследований Безопасность жизнедеятельности механизации животновод- Фролов В.Ю.
Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Физико-химические методы анализа» являются:
- формирование знаний по принципам и возможностям физико-химических методов анализа;
- освоение принципа действия приборов, используемых в физико-химическом анализе;
- приобретение навыков работы с наиболее распространенными приборами;
- формирование способности критически оценивать полученные результаты.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Учебная дисциплина «Физико-химические методы анализа» является вариативной составной частью математического и естественнонаучного цикла (Б.2).
Для ее изучения необходимы следующие знания, умения и навыки, формируемые предшествующими дисциплинами:
Перечень последующих учебных, для которых необходимы знания, умения и навыки: формируемые данной учебной дисциплиной., компетенции по химии, физике и математике в объеме, предусмотренном государственным образовательным стандартом среднего (полного) общего образования (базовый уровень).
Знания, умения и приобретенные компетенции будут использованы при изучении следующих дисциплин: агропочвоведение (Б.3), методы почвенных исследований (Б.3), агрохимия (Б.3), агрохимические методы исследования (Б.3) 3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по данному направлению:
А) общекультурных (ОК) – способность представлять современную картину мира на основе естественнонаучных, математических знаний (ОК- 11) Б) профессиональных (ПК) - способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);
- способность к лабораторному анализу образцов почв, удобрений, растений (ПК-22) В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
физические и физико-химические законы, описывающие процессы, которые приводят к формированию аналитического сигнала, особенности аналитических сигналов и способы их регистрации, понимать сущность аналитических реакций;
- Уметь:
- работать на современных аналитических приборах, выбирать метод анализа и прибор, обобщать полученные результаты.
- Владеть:
- современной химической терминологией в области ФХМА, основными навыками обращения с лабораторным оборудованием и посудой.
4. Структура и содержание дисциплины (модуля) Данные по рабочему учебному плану: 108 час., 3 зачет. ед.
Общетеоретические вопросы Предмет и классификация фиЗащита домашзико-химических методов аналинего задания Метрологическая характеристика методов анализа Хроматографические методы
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Лекционный курс Классификация инструментальных методов анализа, их роль в сельскохозяйственном анализе. Требования ГОСТ к анализу на основные и загрязняющие вещества. Методы обработки результатов физико-химических исследований. Классификация ошибок. Графическая обработка результатов анализа.Спектральные методы анализа, их классификация. Молекулярноабсорбционная спектроскопия.
Законы светопоглощения. Методы определения концентрации вещества в фотоэлектроколориметрии и спектрофотометрии. Причины отклонения от закона Бугера-Ламберта-Бера. Теоретические основы методов нефелометрии, турбидиметрии. Аппаратурное Атомно-абсорбционный спектральный анализ. Правила Уолша.
3 Аппаратура атомно-абсорбционного анализа.
Эмиссионный спектральный анализ: Сущность метода Классификация АЭС. Качественный спектральный эмиссионный анализ. Количественный спектральный эмиссионный анализ. Фотометрия Электрохимические методы анализа. Потенциометрия.
Электрохимические методы анализа: понятия и термины. Виды электродов. Потенциометрические методы анализа. Потенциометрическое титрование. Аппаратура потенциометрических методов Кондуктометрия. Теоретические основы кондуктометрии. Кондуктометрическое титрование.
Полярография, виды. Аппаратура полярографических методов.
Инверсионная вольтамперометрия. Применение в с/х практике Количественные характеристики концентрирования.
Хроматография как метод разделения и анализа веществ.
Классификация хроматографических методов по принципу разделения, способу разделения, по характеру фаз и по типу применяемой аппаратуры.
Общая теория хроматографического разделения. Адсорбционная хроматография. Основные особенности, применение.
Распределительная хроматография, константа распределения.
Практические методы хроматографии.Газожидкостная хроматография: сущность метода. Аппаратура ГЖХ. Типы детекторов. Ионообменная хроматография и е применение в анализе почв, удобрений, растений. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ). Тонкослойная хроматография (ТСХ).
Практические (семинарские) занятия Планом не предусмотрены.
Лабораторные занятия № темы лекции Л. р. № 1 (4ч). Техника безопасности при работе в лаборатории. Математическая обработка результатов физико-химических исследований.
Л. р. № 2 (2ч). Спектрофотометрическое определение солей аммония в почвенной вытяжке Л. р. № 3 (4ч). Определение содержания железа по значению молярного показателя поглощения.
Фотоколориметрическое определение содержания иона меди в растворе Л. р. № 4 (2ч). Спектрофотометрическое определение марганца в почве.
Фотоколориметрическое определение фосфора.
Л. р. № 5 (4ч). Нефелометрическое определение концентрации золя гидроксида железа в почвенной вытяжке.
Спектрофотометрическое определение гумуса в почве.
Л. р. № 6 (2ч). Турбидиметрическое определение хлорид-ионов в воде.
Л. р. №7 (4ч). Пламенно-фотометрическое определение калия в почвенной Коллоквиум по разделу «Спектральные методы анализа»
Л. р. № 8 (2ч). Определение рН и ОВП в почвенной вытяжке.
Определение содержания ионов аммония в почвенной вытяжке. Определение Л. р. № 9 (4ч). Ионометрическое определение катионов аммония, калия, Л. р. № 10 (2ч). Ионометрическое определение, нитрат-ионов.
Л. р. № 11 (4ч). Потенциометрическое титрование.
Л. р. № 12 (2ч). Кондуктометрическое титрование.
Л. р. № 13 (4ч). Вольтамперометрическое определение меди, цинка, свинца и Коллоквиум по разделу «Электрохимические методы анализа»
Л. р. № 14 (2ч). Разделение катионов кадмия и меди методом тонкослойной 9, Л. р. № 15 (4ч). Ионообменный метод определения нитратов в удобрениях.
9, Ионный метод определения цинка в почве.
Итого 46 ч.
5. Образовательные технологии При чтении лекций по дисциплине «Физико-химические методы анализа» используются мультимедийные лекции, выполненные в программе PowerPoint (100 % лекций).
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
6.1 Программа самостоятельной работы студентов № темы лекции дополнительной литературы;
никами кафедры неорганической и аналиПроверка индивидутической химии справочными и учебныальных заданий ми пособиями в электронном виде, котоСдача коллоквиумов рые расположены на ПК в чизале библиоЗащита лабораторных Выполнение домашних индивидуЗащита контрольных Подготовка к контрольным рабоВыступление с доклатам – письменным и в виде компьютернодами и мультимедийными вопросам, вынесенным на самостоятельное изучение 1. Ионная хроматография в анализе объектов окружающей среды.
2. Теоретические основы спектральных методов анализа.
3. Влияние различных факторов на точность пламенно - фотометрических измерений.
4. Типы реакций и органические реагенты в абсорбционной спектрофотомерии.
5. Спектрофотометрическое титрование.
6. Кондуктометрический метод определения влажности почв и общей солености 7. Высокоэффективная жидкостная хроматография и ее применение в с/х анализе.
8. Кулонометрический анализ и его применения в экологическом мониторинге.
9. Атомно – флуоресцентная спектроскопия в анализе агроэкологических объектов.
10. Амперометрическое титрование в сельскохозяйственном анализе 11. Рентгено-флуоресцентный анализ в почвоведении и агрохимии.
12. Инфракрасная спектрометрия в анализе биологических объектов.
6.3. Перечень литературы, рекомендованный для самостоятельной работы студентов Основы аналитической химии. Под редакцией акад. Ю. А. Золотова. М., ВШ, 2004 г. (в 2-х книгах). Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения., Кн. 2.Методы химического анализа М.: ВШ, 2004.
Александрова Э. А., Гайдукова Н. Г. Аналитическая химия. Теоретические основы и лабораторный практикум. В 2-х книгах. Кн. 1.Химические методы анализа.
Краснодар. КГАУ. 2009. Кн. 2 Физико-химические методы анализа. М.: КолосС. Гайдукова Н.Г., Кошеленко Н.А., Сидорова И.И., Шабанова И.В. Лабораторный практикум по физико-химическим методам анализа. Краснодар, КГАУ, 2010 г.
4. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы 1. www. webelements.com 2. www. xumuk.ru Базы данных в программе Power Point мультимедийных презентации к лекциям для студентов направления 110100.62 по дисциплине «Физико-химические методы анализа»
6.4 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Домашние задания и вопросы к коллоквиумам см. в практикуме Гайдукова Н.Г., Кошеленко Н.А., Сидорова И.И., Шабанова И.В. Лабораторный практикум по физикохимическим методам анализа. Краснодар, КГАУ, 2010 г.
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
Какие методы анализа используют в контроле загрязнения почв, воды, воздуха?Каковы преимущества физико-химических методов анализа?
Дать определение понятий: аналитический сигнал, принцип метода.
Укажите основные метрологические характеристики инструментальных методов Какая существует взаимосвязь между воспроизводимостью и правильностью метода анализа?
Что такое чувствительность метода, коэффициент регрессии?
Перечислите основные стадии химического анализа. Как они влияют на точность Виды и источники ошибок. Каким образом можно уменьшить случайные ошибки?
Какие причины вызывают систематические погрешности? Как их можно устранить?
В чем сущность статистической обработки результатов анализа?
Что такое среднее квадратичное отклонение единичного результата? Что такое 10.
дисперсия средней квадратичной ошибки, какая взаимосвязь ее с грубой ошибкой?
Перечислите способы расчета относительной погрешности.
11.
Сущность метода градуировочного графика?
12.
Классификация электрохимических методов анализа.
13.
Сущность потенциометрических методов анализа.
14.
Электродный потенциал, механизм его возникновения, факторы, влияющие на его 15.
Что такое электрохимическая ячейка, гальваническая цепь? Приведите примеры.
16.
17. Виды электродов в зависимости от электродной реакции.
18. Какие электроды называют электродами сравнения и индикаторными электродами? Какие требования предъявляют к ним?
19. Виды индикаторных электродов, используемых в агрохимических исследованиях, их метрологические характеристики.
20. Какие виды измерений различают в потенциометрии? Укажите сущность их и область применения.
21. Для каких целей применяют потенциометрический анализ в агрохимии и почвоведении?
22. В чем сущность потенциометрического титрования? Какие индикаторные электроды применяют в потенциометрическом кислотно-основном титровании?
23. Методы потенциометрического титрования. Кривые титрования.
24. Принципиальные схемы рН-метров, иономеров.
25. Понятия и термины полярографии: сущность метода, индикаторный электрод, потенциал разложения, поляризация электрода.
26. Полярограмма, ее основные характеристики.
27. Виды полярографических методов анализа.
28. Инверсионная вольтамперометрия: сущность, вольтамперограмма и ее характеристики.
29. Методы определения концентрации веществ в полярографии, инверсионной вольтамперометрии.
30. Принципиальные схемы полярографа, вольтамперометрического анализатора.
31. В чем сущность кондуктометрии?
32. Классификация кондуктометрических методов анализа.
33. На чем основано кондуктометрическое титрование? Перечислите его достоинства и недостатки.
34. Виды кривых кондуктометрического титрования.
35. Область применения кондуктометрии в агрохимической практике, в почвоведении.
36. Основные приборы кондуктометрических методов анализа.
37. Сущность спектроскопии, виды спектров, методы спектрального анализа.
38.В чем сущность закона Бугера – Ламберта – Бера? Каково его математическое выражение?
39. Молекулярные спектры поглощения, их происхождение.
40.В чем отличие спектрофотометрии от фотоэлектроколориметрии? Метрологические характеристики этих методов.
41.Внутренняя оптическая плотность (D), факторы, влияющие на е величину.
42.Внутреннее пропускание (Т), молярный показатель поглощения, удельный показатель поглощения. Какие факторы влияют на их величину?
43.Закон аддитивности в фотоколориметрии.Какие факторы вызывают отклонение от законов светопоглощения?
44.Методы определения концентрации веществ в видимой и УФ областях спектра молекулярно-абсорбционной спектроскопии.
45. Сущность дифференциальной спектрофотометрии.
В чем заключаются преимущества этого метода?
46.Назначение светофильтров в фотоколориметрии. Как влияет выбор длины волны на точность фотометрических определений?
47. В чем сущность нефелометрического метода анализа? Особенности этого метода и область применения в агрохимии и почвоведении.
48. Турбидиметрический метода анализа, его особенности и область применения в агрохимии и почвоведении.
49.Физические основы атомно–абсорбционного спектрального анализа. Факторы, влияющие на точность метода.
50. Атомно-абсорбционные спектрофотометры: основные блоки прибора, принцип работы 51.Эмиссионные спектры, их происхождение.Сущность эмиссионного спектрального анализа, факторы, влияющие на точность метода.
52. Пламенная фотометрия: сущность метода, аппаратура и применение в агрохимическом анализе.
53.Сущность хроматографии. Какие признаки положены в основу классификации хроматографических методов анализа?
54. Дать определение понятий: сорбция, десорбция, сорбент, элюент, элюат. Примеры протекания этих процессов в почве, при внесении удобрений.
55. Объясните принципы адсорбционной, распределительной и ионообменной хроматографии. Область применения этих видов хроматографии.
56. Теоретические основы газовой хроматографии, е виды.
57. Основные хроматографические системы, указать их отличительные признаки, область применения, метрологические характеристики.
58. Принципы основных способов разделения многокомпонентных смесей в хроматографии: фронтальный, вытеснительный, элюентный.
59. Дать определение понятий: хроматограмма, ширина зоны, высота пика, удерживаемый объем, время удерживания. Привести пример хроматограммы.
60.Коэффициент распределения, коэффициент разделения - основные показатели разделения смеси веществ. Как находят эти величины?
61. Что характеризует селективность в хроматографии? Какие факторы влияют на нее?
62. Основные хроматографические характеристики, обеспечивающие разделение многокомпонентных смесей.
63. Какие сорбенты используют в ионообменной хроматографии? Укажите наиболее широко используемые иониты, способы подготовки их к работе.
64. Методика анализа в ионообменной хроматографии: основные операции, количественное определение компонентов в элюате.
65. Какие требования предъявляют к газу- носителю в газовой хроматографии? Какие газы используют в этом качестве?
66.В чем заключаются особенности сорбентов, используемых в газовой хроматографии?
67. Приведите схему газового хроматографа, указав основные блоки, их назначение.
68. Объясните сущность методики анализа в бумажной и тонкослойной хроматографии, приведите примеры.
69.Высокоэффективная жидкостная хроматография: сущность метода, аппаратура, область применения.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература Основы аналитической химии. Под редакцией акад. Ю. А. Золотова. М., ВШ, 2004 г. (в 2-х книгах). Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения., Кн. 2.Методы химического анализа М.: ВШ, 2004.
Александрова Э. А., Гайдукова Н. Г. Аналитическая химия. Теоретические основы и лабораторный практикум. В 2-х книгах. Кн. 1.Химические методы анализа.
Краснодар. КГАУ. 2009. Кн. 2 Физико-химические методы анализа. М.: КолосС. б) дополнительная литература 1. Э.А.Александрова, Н.Г.Гайдукова, Н.А. Кошеленко, З.Н.Ткаченко. Тяжелые металлы в почвах и растениях и их аналитический контроль. Краснодар, 2001г.Третьяков Ю.Д., Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н., Цивадзе А.Ю. Неорганическая химия. Химия элементов. В 2 томах. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007.
2. Н.Г. Гайдукова. Физико-химические методы анализа: учебное методическое пособие для самостоятельной работы студентов. Краснодар, 2004г.
«