Химический анализ объектов окружающей среды (стр. 3 )

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнит.
Модуль 1
1.1	Химический состав ООС. Приоритетные контролируемые параметры природной среды и рекомендуемые методы	Работа с литературой, источниками	Подготовка к тестированию	1	5	0-5
1.2	Отбор проб, предварительная подготовка, консервация и хранение	Проработка лекций; оформле-ние отчета	Перевод и презентация статьи по теме	2-3	5	0-10
1.3	Обработка результатов измерений. Образцы сравнения и приемы унификации процедуры анализа. Интерпретация полученных данных.	Проработка лекций; оформле-ние отчета	Подготовка реферата	4-5	5	0-15
	Всего по модулю 1:	15	0-30
Модуль 2
2.1	Особенности и проблемы элементного анализа ООС.	Проработка лекций; оформле-ние отчета	Перевод и презентация статьи по теме	6-7	8	0-10
2.2	Атомно-спектральные и масс-спектральные методы	Проработка лекций; оформле-ние отчета	Перевод и презентация статьи по теме	8-9	8	0-12
2.3	Электрохимические методы.	Проработка лекций; доклад	Подготовка реферата	10-11	9	0-12
	Всего по модулю 2:	25	0-34
Модуль 3
3.1	Атмосфера и контроль ее загрязнения	Проработка лекций; оформле-ние отчета	Перевод и презентация статьи по теме	12-13	12	0-12
3.2	Контроль качества природных и сточных вод	Подготовка к тестированию	Подготовка к тестированию	14-16	12	0-12
3.3	Контроль загрязнения почвы	Ооформление отчета	Подготовка реферата	16-17	12	0-12
	Всего по модулю 3:	36	0-36
	ИТОГО:	76	0-100

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1.1	1.2	1.3	2.1	2.2	2.3	3.1	3.2	3.3
1	Научно-исследовательская работа в семестре	-	+	+	+	+	+	+	+	+
2	Подготовка выпускной квалификационной работы	-	+	+	+	+	+	+	+	+

5.  Содержание дисциплины

Модуль 1

Тема 1.1. Химический состав ООС. Приоритетные контролируемые параметры природной среды и рекомендуемые методы.

Химический состав основных объектов окружающей среды (ООС). Вода. Почва. Воздух. Схема анализа природного объекта, ее этапы. Предварительное обследование. Пробоотбор. Пробоподготовка. Методика анализа. Результат анализа. Оценка качества согласно СанПиН, ГОСТ и др. стандартам и нормативам. Управляющее решение. 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 галоген-производные углеводородов. Концентрация водородных ионов. Сульфаты. Хлориды. Нитраты. Нитриты. Кальций, калий, натрий, магний и др. металлы. Электропроводность. Кислотность. Электрические и магнитные поля. Радиоактивные загрязнения. Микроорганизмы. Химико-экологические проблемы Западно-Сибирского региона.

Тема 1.2. Отбор проб природных объектов, предварительная подготовка, консервация и хранение.

Пробоотбор образцов вод, почв, воздуха. Цели, задачи. Представительная проба. Разовая проба. Смешанная проба. Пробоподготовка. 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.

Тема 1.3. Обработка результатов измерений. Образцы сравнения и приемы унификации процедуры анализа. Интерпретация полученных данных.

Метрологические характеристики методов анализа. Нормальное распределение результатов. Погрешность анализа. Зависимость погрешности от концентрации. Случайная и систематическая погрешность. Построение градуировочного графика. Оценка содержаний определяемого компонента. Статистическая обработка результатов анализа: оценка воспроизводимости, сходимости и правильности анализа. Применения метода последовательных разбавлений и метода добавок. Сопоставление с результатами независимых методов анализа. Образцы сравнения и стандартные образцы состава. Роль межлабораторного эксперимента в обеспечении качества химического анализа. Предел обнаружения и минимальная определяемая концентрация. Критическое осмысление результатов анализа в свете поставленной задачи. Применение методов математического моделирования для описания пространственной и временной динамики распределения загрязняющих веществ в зоне действия антропогенных источников.

Модуль 2

Тема 2.1. Особенности и проблемы элементного анализа ООС.

Общая характеристика элементного состава природных сред: вод различной природы (природных, питьевых, сточных), донных осадков, почв, атмосферных аэрозолей. Уровни концентраций микро – и макроэлементов. Фазовая неоднородность. Изменяемость состава во времени (сорбция, загрязнение, биотрансформация). Многообразие химических форм элементов.

Тема 2.2. Атомно-спектральные и масс-спектральные методы

Схема аналитической процедуры. Характеристика современных инструментальных методов анализа. Активационный анализ. Нейтронно-активационный анализ. Сущность метода. Ядерные реакции. Основное уравнение. Особенности метода. Масс-спектрометрия. Принципиальная схема масс-спектрометра. Геометрия Маттауха-Герцога и Нира-Джонсона. Уравнение радиуса кривизны траектории. Возможности метода. Атомно-флуоресцентная спектрометрия. Сущность метода. Источники возбуждения. Зависимость интенсивности флуоресценции от концентрации. Сущность атомно-абсорбционного анализа. Основные узлы атомно-абсорбционного спектрофотометра и их назначение. Процессы, происходящие в пламенных атомизаторах, типы и механизмы матричных влияний. Выбор оптимальных условий анализа в электротермическом атомно-абсорбционном анализе. Способы устранения влияний. Факторы, влияющие на пределы обнаружения в пламенном и электротермическом атомно-абсорбционном анализе. Способы подавления и устранения влияний в атомно-абсорбционном анализе. Способы учета неселективного поглощения в ААС. Источники монохроматического излучения в ААС. Введение проб в газообразной форме в ААС-анализе. Атомные эмиссионные спектры. Потенциалы возбуждения и ионизации. Их связь с периодической системой элементов. Правило отбора. Резонансные линии, «последние» линии. Процессы излучения и поглощения в плазме. Контур спектральной линии. Типы уширений: естественное уширение, уширение за счет соударений, уширение Допплера. Смешанный контур спектральной линии. Интенсивность атомных и ионных линий спектра. Связь интенсивности спектральных линий элементов с их концентрацией. Формула Ломакина-Шайбе. Самопоглощение. Сплошной фон. Схема спектрального анализа. Источники возбуждения спектров в атомно-эмиссионном анализе. Типы и особенности газовых разрядов, применяемых в атомно-эмиссионном анализе в качестве источников возбуждения спектров. Пробоподготовка в атомно-эмиссионном спектральном анализе с дуговым возбуждением спектров: анализ твердых веществ и растворов.

Тема 2.3. Электрохимические методы.

Потенциометрические методы в анализе вод. Принцип метода. Определение pH. Кондуктометрические методы анализа. Принцип метода. Определение минерализации. Методика определения карбонатной щелочности. Принцип разделения смеси ионов на ионообменной смоле. Функциональные группы катионообменных и анионообменных смол. Параметры, варьируемые при оптимизации процесса жидкостной ионной хроматографии. Блок-схема одноколоночного и двухколоночного ионного хроматографа. Форма пика в жидкостной ионной хроматографии. Идентификация и количественный анализ в жидкостной ионной хроматографии. Капиллярный электрофорез. Принцип метода. Электроосмотический поток и электрофоретическое перемещение в кварцевом капилляре. Способы детектирования. Концентрирование (стэкинг). Определение анионов и катионов в пробах воды.

Модуль 3

Тема 3.1. Атмосфера и контроль ее загрязнения

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.

Тема 3.2. 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. Виды объектов анализа: природные воды, хоз.-питьевые воды, технологические растворы, биологические жидкости, сточные воды и др. Классификация вод по химическому составу и минерализации, по свойствам растворов и др. Основные параметры состава вод: рН, минерализация, сухой остаток, окисляемость, мутность, окислительно-восстановительный потенциал, макро - и микро - компоненты вод, общие показатели состава, растворенные органические и неорганические вещества, растворенные газы. Расчетные параметры, аналитически определяемые параметры. Нормируемые параметры. Основные равновесия в подсистемах водных растворов. Карбонатная подсистема (СО2, НСО3-, СО32-).

Тема 3.3. 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.  Планы семинарских занятий.

Семинарские занятия учебным планом не предусмотрены.

7.  Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум)

При выполнении лабораторных работ студенты разбиваются на несколько групп, каждая из которых выбирает водный объект на территории города и производит отбор проб для анализа.

1.  Пробоотбор и консервация проб природных вод. Анализы первого дня.

2.  Анализ природных вод на содержание тяжелых металлов методом атомно-абсорбционной спектроскопии и инверсионной вольтамперометрии. Сопоставление результатов анализа.

3.  Анализ природных вод на содержание нефтепродуктов.

4.  Определение перманганатной окисляемости и ХПК природных вод. Сопоставление результатов анализа.

5.  Определение растворенного кислорода и БПК, как показателей загрязненности вод.

6.  Определение азотсодержащих соединений (нитрат-, нитрит-ионов, иона аммония).

7.  Пробоотбор и пробоподготовка почв. Механический состав почв. Гигроскопическая влажность почв.

8.  Анализ почв на содержание тяжелых металлов методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

9.  Анализ почв на содержание нефтепродуктов.

10.  Определение плодородия почв (рН, гидролитическая кислотность, гумус, фосфаты, калий, азот).

8.  Примерная тематика курсовых работ

Курсовые работы учебным планом не предусмотрены.

9.  Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Темы рефератов (докладов)

1. Анализ ионного состава атмосферных аэрозолей.

2. Определение ионного состава снежных выпадений в окрестностях г. Тюмени.

3. Качество вод Метелевского и Велижанского водозаборов в г. Тюмени.

4. Закономерности распределения компонентного состава твердой и жидкой фаз снеговых вод в зависимости от условий пробоподготовки.

5. Количественный анализ содержания микрокомпонентов в снежном покрове г. Тюмень.

6. Перераспределение тяжелых металлов в системе «вода - донный осадок- растительность» по экспериментальным данным городских озер.

7. Оценка экологического состояния некоторых озер Тюменской области.

8. Определение фенолов в рамках импактного мониторинга водных объектов.

9. Изучение механизма вторичного химического загрязнения питьевых вод, пропущенных через индивидуальные бытовые фильтры.

10. Прямое определение цинка, кадмия, свинца и меди в цельной крови и сыворотке методом инверсионной вольтамперометрии с использованием модифицированных толстопленочных графитовых электродов.

Контрольные вопросы к экзамену

1.  Особенности природных сред как объектов анализа.

2.  Пробоотбор, общие требования, способы проведения. Консервация и хранение. Пробоподготовка.

3.  Основные метрологические характеристики методов анализа. Нормальное распределение результатов. Погрешность анализа. Образцы сравнения и стандартные образцы состава. Межлабораторный эксперимент. Его роль в обеспечении качества химического анализа.

4.  Общая характеристика элементного состава природных сред. Кларки элементов. Способы выражения концентраций.

5.  Макрокомпоненты поверхностных вод. Порядок определения в пробе. Классификация вод по макрокомпонентному составу и минерализации.

6.  Потенциометрические методы в анализе вод. Принцип метода. Определение pH. Кондуктометрические методы анализа. Принцип метода. Определение минерализации.

7.  Методика определения карбонатной щелочности.

8.  Принцип разделения смеси ионов на ионнообменной смоле.

9.  Функциональные группы катионообменных и анионообменных смол.

10.  Параметры оптимизации процесса жидкостной ионной хроматографии.

11.  Блок-схема одноколоночного и двухколоночного ионного хроматографа.

12.  Форма пика в жидкостной ионной хроматографии.

13.  Идентификация и количественный анализ в жидкостной ионной хроматографии.

14.  Инструментальные методы определения микроэлементного состава объектов окружающей среды. Схема аналитической процедуры.

15.  Предел обнаружения элемента. Связь погрешности анализа и концентрации элемента.

16.  Сущность атомно-абсорбционного анализа.

17.  Основные узлы атомно-абсорбционного спектрофотометра и их назначение.

18.  Процессы в пламенных атомизаторах, типы и механизмы матричных влияний.

19.  Выбор оптимальных условий анализа в электротермическом атомно-абсорбционном анализе. Способы устранения влияний.

20.  Факторы, влияющие на пределы обнаружения в пламенном и электротермическом атомно-абсорбционном анализе.

21.  Способы подавления и устранения влияний в атомно-абсорбционном анализе.

22.  Способы учета неселективного поглощения в ААС.

23.  Источники монохроматического излучения в ААС.

24.  Введение проб в газообразной форме в ААС-анализе.

25.  Атомные эмиссионные спектры. Потенциалы возбуждения и ионизации, их связь с периодической системой. Правило отбора. Резонансные линии, «последние» линии.

26.  Процессы излучения и поглощения в плазме.

27.  Контур спектральной линии. Типы уширений: естественное уширение, уширение за счет соударений, уширение Допплера. Смешанный контур спектральной линии.

28.  Интенсивность атомных и ионных линий спектра.

29.  Связь интенсивности спектральных линий элементов с их концентрацией. Формула Ломакина-Шайбе. Самопоглощение. Сплошной фон.

30.  Схема спектрального анализа. Источники возбуждения спектров в АЭ-анализе.

31.  Типы и особенности газовых разрядов, применяемых в АЭ-анализе в качестве источников возбуждения спектров.

32.  Пробоподготовка в атомно-эмиссионном спектральном анализе с дуговым возбуждением спектров: анализ твердых веществ и растворов.

10.  Образовательные технологии

Виды учебной работы	Образовательные технологии
Аудиторные занятия	а) Чтение лекций (мультимедийные и видео-демонстрации, письменное тестирование по каждой теме пройденного материала. б) Проведение лабораторных занятий (подготовка и планирование лабораторных работ, решение типовых задач, 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.
Самостоятельная работа	а) Изучение учебной и методической литературы, т. ч. поиск информации в электронных сетях и базах данных, подготовка презентаций. б) Подготовка к защите лабораторных работ в) Подготовка реферата.

11.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).

11.1. Основная литература:

1. , , Шелпакова загрязнения природных вод. Тюмень: Мандрика, 2004.

2. Калинин природных сред: уч. пособие. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2007.

3. Ларина : лабораторный практикум. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008.

4. , Аналитический контроль и мониторинг окружающей среды: практикум. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2007..

5. Никаноров . СПб.: Гидрометеоиздат, 2001.

6. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: учеб. пособие для студ. вузов /под ред. .- М.: ФОРУМ: ИНФРА-М. 2009.

11.2. Дополнительная литература

1. , , Родин -анализ экологических проб: практ. рук. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010.

2. Теория и практика химического анализа почв/ под ред. .- М.: ГЕОС, 2006.

3. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. М.: Мир, 1997.

4. , Савостин пробоотбора и пробоподготовки: (учеб. пособие). М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011.

5. Фомин . Контроль химической, бактериологической и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопед. справочник. М.: Протектор, 2000.

6. , Родин в экологическом анализе: практ. рук. М.: Бином, 2011.

7. Шуваева состояние и проблемы элементного анализа вод различной природы. Аналитический обзор. Новосибирск, 1996.

8. . Основы атомного спектрального анализа. Изд-во С-Петербургского университета, 2000.

11.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

http://*****/index. php? option=com_content&task=blogcategory&id=149&Itemid=310

http://*****/books/detail7514.html

http://**/web-local/disc/disc_4328/

1.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.

Все лекции обеспечены мультимедийными презентациями и видеофильмами. Для чтения лекций необходимо наличие аудиторий, оснащенных мультимедийной техникой (компьютер, проектор и др.).

Для проведения лабораторного практикума имеется оборудованная учебная лаборатория органической химии (114, 103, корп. 5А), необходимые ресурсы лабораторной посуды и реактивов.

Для самостоятельной работы студентов необходим доступ в компьютерный класс, имеющий выход в Интернет.