Физические основы спектрального анализа

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новгородский государственный университет

имени Ярослава Мудрого»

Кафедра общей и экспериментальной физики

УТВЕРЖДАЮ

Директор ИЭИС, проф.

_________

«_____»_____________2011 г.

Физические основы спектрального анализа

Дисциплина для специальности

013100 – Экология

Рабочая программа

СОГЛАСОВАНО рАЗРАБОТАЛ

Начальник УМУ Проф. каф. ОЭФ

________________ ___________

«____»_______________2011 г. «____»________________2011 г.

СОГЛАСОВАНО

Зав. кафедрой «Химии и экологии»

________________

“____”_______________2011 г.

ПРИНЯТА НА ЗАСЕДАНИИ КАФ. ОЭФ

Зав. каф. ОЭФ___________

«____»________________2011 г.

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Цели преподавания дисциплины

Курс «Физические основы спектрального анализа» читается с целью приобретения знаний студентами в области физических методов анализа веществ, широко используемых на практике.

Содержание курса «Физические основы спектрального анализа» нацелено на выполнение следующих основных требований к инженеру по специальности 013100 – Экология

знать - принципы определения состава веществ, основанные на анализе их физических характеристик;

знать - состояние современной приборной базы, для проведения анализа физическими методами.

уметь - выбрать метод и аппаратуру для проведения анализа физическими методами;

уметь - пользоваться современной справочной и научной литературой по вопросам анализа веществ.

1.2 Задачи преподавания и изучения дисциплины

Для достижения указанных целей преподавания физических основ спектрального анализа перед студентами ставится и учебным процессом обеспечивается решение следующих основных задач:

1.2.1. Изучение основных положений квантовой теории излучения.

1.2.2. Изучение основ качественного и количественного эмиссионного спектрального анализа.

1.2.3. Изучение аппаратурной реализации и методики проведения спектрального анализа.

1.2.4. Изучение принципов атомно-абсорбционного спектрального анализа.

1.2.5. Изучение вопросов обработки результатов анализа.

1.3 Место дисциплины в учебном процессе

В соответствии с учебным планом подготовки инженеров по специальности 013100 – Экология курс «Физические основы спектрального анализа» должны служить основой профессиональных знаний и получить развитие при изучении специальных дисциплин и выполнении дипломного проекта.

Преподавание дисциплины базируется на курсах физика, химия, математика.

2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Учебный план подготовки инженеров по специальности 013100 – Экология задает распределение часов по семестрам и видам учебной работы, представленное в таблице

Таблица

Распределение учебных часов по семестрам и видам занятий

Вид занятий	Обозначение	Число учебных часов
		4 семестр	Всего
1. Лекции	Лк	14	14
2. Практические занятия	Пз	-	-
3. Семинары	См	-	-
4. Лабораторные работы	Лр	14	14
5. Самостоятельная работа:	СРС	37	37
а) Курсовой проект (работа)	КП или КР	0	0
б) УИРС	УИРС	0	0
Всего:	-	65	65
Форма итогового контроля		зачет	зачет

Распределение учебных часов по темам дано в приложении 1 к настоящей рабочей программе.

3 СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Тематический план курса “Физические основы спектрального анализа” содержит перечень 4 тем и список вопросов по каждой из них, изучение которых должно служить полному раскрытию тем.

3.1 Предмет и задачи курса

Цель и задачи изучения физических основ спектрального анализа. Рекомендуемая литература.

Существующие методы анализа. Роль инструментальных методов анализа. Основные понятия инструментальных методов: точность, чувствительность, динамический диапазон. Использование эталонов и калибровочных вещества в физических методах количественного анализа.

Классификация способов проведения анализа физическими методами.

3.2 Спектральный анализ

Теоретические основы оптического спектрального анализа. Основные положения квантовой теории излучения. Закономерности в строении энергетических уровней атомов. Трудно и легко ионизируемые элементы. Способы возбуждения и ионизации. Оптические спектры испускания. Число и интенсивность спектральных линий. Резонансные линии. Основы качественного и количественного анализа. Принципиальная схема анализа по оптическим спектрам. Зависимость интенсивности линии от концентрации элемента. Общие характеристики метода.

Аппаратура для спектрального анализа. Источники света. Спектральные приборы. Характеристики спектральных приборов.

Практика эмиссионного анализа. Расшифровка спектров. Измерение интенсивности линий. Оценочные и точные измерения интенсивности. Определение концентрации по интенсивности линий в эмиссионном анализе. Полуколичественный анализ, точный анализ. Фотографический анализ. Фотоэлектрический анализ. Эталоны.

Практика атомно-абсорбционного анализа растворов. Принцип реализации метода.

3.3 Вопросы обработки результатов анализа.

Статистическая обработка результатов измерений. Способы снижения экспериментальных погрешностей измерений. Правила записи результатов и проведения вычислений. Графическая обработка результатов наблюдений.

4 ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

4.1 Изучение спектров поглощения органических пленок с помощью инфракрасного спектрометра ИКС-29.

4.2 Качественный эмиссионный анализ состава твердого тела.

4.3 Определение спектров пропускания и коэффициентов поглощения светофильтров.

4.4 Определение типа монокристаллического материала по спектрам поглощения в инфракрасной области.

5 СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Самостоятельная работа студентов планируется по изучению отдельных вопросов тематического плана дисциплины по указанию лектора, при подготовке к выполнению лабораторных работ и по их оформлению.

6 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

6.1. Основная литература

1. Физико-химические методы анализа : Учеб. пособие для вузов, обуч. по спец."Агроэкология" / Авт.: и др.;Сарат. гос. аграр. ун-т им. . - Саратов, 2007. – 223 с. 5 экз.

2.	Васильев, В. П.  Физико-химические методы анализа : Учеб. для вузов: В 2 кн. - 7-е изд.,стер. - М. : Дрофа,2005 - 2009. – 382 с, 31 экз.

3. Гаврушко -химические методы анализа веществ. Лабораторный практикум: - Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2000. - 66 с.

6.2. Дополнительная литература

1. Ляликов -химические методы анализа. Москва, Химия 1974.- 536с.

2. Физико-химические методы анализа. Под ред. Алесковского отделение, Химия 1971.- 423с.

3. Васильев основы физико-химических методов анализа. Москва, В. Ш. 1979. - 184 с.

7.3. Карта учебно-методического обеспечения

Дисциплины Физические основы спектрального анализа

Специальность (направление) - 013100 – Экология

Формы обучения очная, дневное отделение

Часов: всего – 65 , лекций – 14, практ. зан. – нет, лаб. раб. - 14, СРС – 37

Институт - ИСХПР Кафедра - ОЭФ Семестры – 4

Таблица 1- Обеспечение дисциплины учебными изданиями

Библиографическое описание* издания (автор, наименование, вид, место и год издания, кол. стр.)	Вид занятия, в котором используется	Число часов, обеспечиваемых изданием	Кол. экз. в библ. НовГУ (на каф.)	Примечание
1.  Васильев, В. П.  Физико-химические методы анализа : Учеб. для вузов: В 2 кн. - 7-е изд.,стер. - М. : Дрофа,2005 – 2009. – 382 с,	Лекции, Лаб. раб., Сам. раб.	70	31 экз.
2.  Физико-химические методы анализа : Учеб. пособие для вузов, обуч. по спец."Агроэкология" Авт.: и др.; Сарат. гос. аграр. ун-т им. . - Саратов, 2007. – 223 с.	Лекции, Лаб. раб., Сам. раб.	70	5 экз.
3. Пентин методы исследования в химии. - М: Мир, 2009.- 638с.	Лекции, Лаб. раб., Сам. раб.	70	5	Электр. вариант
4. Барсуков спектральный анализ. М.: Машиностроение, 2005. – 103 с.	Лекции, Сам. раб.	30	5	Электр. вариант
5. Основы спектрального анализа. М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 224 с.	Лекции, Лаб. раб., Сам. раб.	70	5	Электр. вариант

Таблица 2 - Обеспечение дисциплины учебно-методическими изданиями

Библиографическое описание* издания (автор, наименование, вид, место и год издания, кол. стр.)	Вид занятия, в котором используется	Число часов, обеспечиваемых изданием	Кол. экз. в библ. НовГУ (на каф.)	Примечание
1. Рабочая программа дисциплины «Физические методы исследований» /Сост. – В. Новгород, НовГУ, 2011 – 8 с.	Лекции, лаб. раб., сам. раб.	70	5	Электр. вариант
2. Гаврушко -химические методы анализа веществ. Лабораторный практикум: - Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2000. - 66 с.	лаб. раб., сам. раб.	51	50	Электр. вариант
3. Лебедева оптика. М.: МГУ, 2005. – 289 с.	Лекции, лаб. раб., сам. раб.	50	5	Электр. вариант
4. Валова экологии. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2002. – 264 с.	Лекции, лаб. раб., сам. раб.	50	20	Электр. вариант
5. Тесты к защите лабораторных работ по дисциплине «Физические методы исследований» /сост. – В. Новгород, НовГУ, 2002 – 35 с	Лаб. раб., самост. раб.	100	10	Электр. вариант

8. Аттестация

Список вопросов к зачету

1. Существующие методы анализа веществ. Место и принципы физико-химических методов анализа.

2. Основные понятия инструментальных методов анализа: точность, чувствительность, предел измерения. Пороговая чувствительность измерительного прибора и причины влияющие на ее величину.

3. Теория спектрального анализа. Энергетические уровни атомов. Возбуждение, ионизация, излучение атомов. Трудно и легко ионизируемые элементы. Закономерности изменения энергии ионизации в периодах.

4. Оптические спектры испускания. Границы серии. Резонансные линии. Обозначение спектральных линий.

5. Оптические спектры поглощения. Связь между спектрами испускания и поглощения.

6. Интенсивность линий спектров испускания, их зависимость от температуры и энергии возбуждения.

7. Способы возбуждения и ионизации атомов. Роль резонансных линий в спектральном анализе.

8. Ширина (контур) спектральной линии. Причины уширения спектральных линий.

9. Зависимость интенсивности спектральных линий от концентрации элементов, формула Ломакина-Шейбе. Реабсорбция излучения, её влияние на линейность концентрационной зависимости.

10. Поглощение света веществом. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

11. Принципиальная схема эмиссионного спектрального анализа. Назначение отдельных узлов установки эмиссионного анализа.

12. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. Принципиальная схема установки атомно-абсорбционного анализа.

13. Атомно-флуоресцентный спектральный анализ. Принципиальная схема установки атомно-флуоресцентного анализа.

14. Аппаратура для оптического спектрального анализа. Аналитические пламена.

15. Искровой и дуговой источники излучения.

16. Использование тлеющего разряда для оптического спектрального анализа. Трубка Гримма. Разряд в полом катоде.

17. Аппаратура для оптического спектрального анализа. Спектральные приборы, их характеристики. (Спектральный диапазон, дисперсия, разрешающая способность).

18. Аппаратура для оптического спектрального анализа. Приемники света: зрение человека, фотоэмульсии, полупроводниковые приемники оптического излучения.

19. Практика спектрального анализа. Расшифровка спектров. Определение длины волны спектральной линии. Диафрагма Гартмана. Метод пропорций.

20. Количественный анализ. Методы:
- появления линий,
- сравнения спектров,
- Клера,
- калибровочных графиков.

21. Визуальные методы количественного спектрального анализа.