М2.В.ОД.2Физико-химические методы анализа (новое окно)
реклама
Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 1 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Физико-химические методы анализа Направление — 050100.68. Педагогическое образование Магистерская программа - Химическое образование Форма подготовки (очная) Школа педагогики ДВФУ кафедра естественнонаучного образования курс 1 семестр 1, 2 лекции 10 (час.) практические занятия 50 (час.) лабораторные работы не предусмотрены всего часов аудиторной нагрузки 60 (час.) самостоятельная работа 156 (час.) реферативные работы не предусмотрены контрольные не предусмотрены зачет 1, 2 семестр экзамен не предусмотрен Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (Приказ Министерства образования и науки РФ №35 от 14 января 2010г.). Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 10 « 27 » июня 2012 г. Заведующая кафедрой: Литвинова Е.А. Составитель: к.б.н., доцент Шишлова Т.М. 2012 г. Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 2 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования СОДЕРЖАНИЕ Аннотация…………….……………………………………………………..……3 Рабочая программа учебной дисциплины (РУПД)………...…………..………7 Конспекты лекций…………………………………………………………….…20 Материалы практических занятий………………………………...…………....34 Материалы для организации самостоятельной работы студентов..………....57 Контрольно – измерительные материалы……………………………………..72 Список литературы……………………………………………………………...83 Глоссарий…………………………………………………………………..…….86 Дополнительные материалы……………………………………………………92 2 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 3 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Аннотация учебно-методического комплекса дисциплины «Физико-химические методы анализа» Учебно-методический комплекс дисциплины «Физико-химические методы анализа» разработан для магистров 1 курса по направлению 050100.68 «Педагогическое образование», профиль подготовки «Химическое образование», квалификация выпускника – магистр в соответствии с образовательной программой подготовки магистра, которая разработана на основе Государственного профессионального образовательного образования по стандарта направлению высшего «Педагогическое образование». Дисциплина «Физико-химические методы анализа» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла (М.2.В.1). Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов. Учебным планом предусмотрены лекционные занятия (10 часов), практические занятия (50 часов), самостоятельная работа студентов (156 часов). Дисциплина реализуется на 1 курсе в 1 и 2 семестре. Разработанная магистерская программа учитывает сложившиеся в ДВФУ научно-педагогические школы, традиции преподавания химических дисциплин. Содержание дисциплины охватывает следующий круг вопросов: современные физико-химические методы анализа - оптические, хроматографические, электрохимические как наиболее востребованные в экологическом мониторинге, в образовательной и профессиональной деятельности. Дисциплина «Физико-химические методы анализа» логически и содержательно связана с такими курсами, как «Современные проблемы науки и образования», «Функциональный и спектральный анализ структуры органических соединений». 3 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 4 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Дисциплина «Физико-химические методы анализа» направлена на формирование специальных, общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций выпускника: ОК-2; ОК-5; ПК-13. Учебно-методический комплекс включает в себя: - рабочую программу дисциплины; - конспекты лекций (развернутые планы лекций, включающие проблемные вопросы); - материалы для практических занятий (темы семинаров, задания для практических занятий); - материалы для организации самостоятельной работы (методические указания по их выполнению); - контрольно-измерительные материалы; - список литературы (в том числе интернет-ресурсов); - глоссарий; - дополнительные материалы (учебники, образовательные интернетресурсы). Достоинством данного УМКД является методические рекомендации для преподавателей к изложению лекционного материала и рекомендации по организации и проведению практических занятий. Автор-составитель учебно-методического комплекса: кандидат биологических наук, доцент кафедры естественнонаучного образования Школы педагогики ДВФУ Зав. кафедрой естественнонаучного образования 4 Шишлова Т.М. Литвинова Е.А. Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 5 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Abstract The teaching materials on the course «Physical and chemical methods of analysis» are designed to train students of the 1 year in the «Chemical Education» educational program. Field of study – 050100.68. «Pedagogical Education», qualification (degree) to be earned – Master of Science in Chemical Education. Full-time program. Language of the program – Russian. The teaching materials are written in Russian. This teaching materials on the course are developed in accordance with the curriculum of the educational program under the Federal State Educational Standard of Higher Professional Education (FSES HPE) 050100.68 « Chemical Education» (Master's degree), approved by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (January 14, 2010. № 35). The contents of the course covers the following issues: modern physicochemical methods of analysis-optical, chromatographic, electrochemical, as the most popular in the environmental monitoring of educational and professional activities. The course is built on the basis of academic networking community for pupils, students, school teachers and teachers of pedagogical institutes and allows you to master not only new technologies, but also new ways of activities. Discipline «Physical and chemical methods of analysis» is logically and meaningfully related to the courses "Modern problems of science and education", "Functional and spectral analysis of the structure of organic compounds". Discipline aimed at the formation of common cultural and professional competencies of graduates. The teaching materials on the course provide extensive use of active, creative and interactive lessons, combined with private study in order to create and develop the professional skills of the students. The total number of the course’s credits – 6 credits (216 hours). 5 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 6 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования These teaching materials on the course include the following materials: 1. Course syllabus; 2. Lectures notes; 3. Materials for practice work lessons; 4. Materials for students’ private study; 5. Test and examination materials; 6. Reading list; 7. Glossary; 8. Additional materials. The advantage of this is UMKD guidelines for teachers to the presentation of the lecture material and recommendations on the organization and conduct of practical training. The author-composer of the educational and methodical complex: PhD, assistant professor of science education school pedagogy FEFU Shishlova T.M. Head of department of science education Litvinova E.A. 6 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 7 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД) Физико-химические методы анализа Направление — 050100.68. Педагогическое образование Магистерская программа - Химическое образование Форма подготовки (очная) Школа педагогики ДВФУ кафедра естественнонаучного образования курс 1 семестр 1, 2 лекции 10 (час.) практические занятия 50 (час.) лабораторные работы не предусмотрены всего часов аудиторной нагрузки 60 (час.) самостоятельная работа 156 (час.) реферативные работы не предусмотрены контрольные не предусмотрены зачет 1, 2 семестр экзамен не предусмотрен Рабочая программа составлена на основании требований федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (Приказ Министерства образования и науки РФ №35 от 14 января 2010г.). Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 10 « 27 » июня 2012 г. Заведующая кафедрой: Литвинова Е.А. Составитель: к.б.н., доцент Шишлова Т.М. 2012 г. 7 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 8 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Оборотная сторона титульного листа I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 20 г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ __________________ (подпись) (и.о. фамилия) II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 20 г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ __________________ (подпись) (и.о. фамилия) 8 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на Лист 9 из 116 УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования АННОТАЦИЯ Цель и задачи освоения дисциплины Цель освоения дисциплины: формирование у обучающихся глубоких и прочных знаний, умений и навыков о важнейших методах анализа. Задачи дисциплины: – ознакомление магистрантов с основными методами, применяемыми в химии и других отраслях знаний для анализа объектов окружающей среды; – формирование у магистрантов прочных, глубоких и устойчивых знаний основ изучаемых методов анализа; – развитие у магистрантов навыков экспериментальной работы, направленной на достижение поставленных целей. Место дисциплины в структуре ООП: дисциплина «Физико-химические методы анализа» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла (М2.В.1). Для освоения дисциплины «Физико-химические методы анализа» магистранты используют знания, умения, навыки, сформированные в ходе изучения дисциплин «Современные проблемы науки и образования», «Функциональный и спектральный анализ структуры органических соединений». Дисциплина «Физико-химические методы анализа» является основой для подготовки к итоговой государственной аттестации. Требования к результатам освоения дисциплины Дисциплина «Физико-химические методы анализа» направлена на формирование специальных, общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций выпускника: ОК-2; ОК-5; ПК-13: - готовностью использовать знание современных проблем науки и образования при решении образовательных и профессиональных задач (ОК2); 9 Разработчик: Шишлова Т.М. - ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования способностью самостоятельно приобретать с Лист 10 из 116 помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе, в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5); - готовностью использовать индивидуальные и групповые технологии принятия решений в управлении образовательным учреждением, опираясь на отечественный и зарубежный опыт (ПК-13). В результате изучения дисциплины магистрант должен знать: цели и задачи дисциплины по выбору «Физико-химические методы анализа»; основы современных методов анализа объектов окружающей среды; значение физико-химических методов анализа объектов окружающей среды. уметь: пользоваться приборами и установками для анализа объектов окружающей среды; определять важнейшие константы веществ; владеть: приемами работы с лабораторным оборудованием и проводить измерения констант химических веществ с соблюдением правил техники безопасности; навыками обработки информации об объектах окружающей среды по полученным результатам анализа. 10 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 11 из 116 I. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА Тема 1. Введение (1 час ) Физико-химические методы анализа: особенности, достоинства и недостатки. Классификация методов: оптические, спектральные, электрохимические, хроматографические. Тема 2 . Оптические методы анализа (3 часа ) Абсорбционная спектроскопия (фотометрический анализ) Теоретические основы метода. Спектры поглощения. Законы поглощения. Эмиссионный спектральный анализ Теоретические основы метода. Происхождение атомно-эмиссионных спектров. Метод рефрактометрии Рефрактометрический метод анализа основан на определении показателя (коэффициента) преломления исследуемого вещества. Метод поляриметрии Понятие об оптически активных веществах, поляризованном и неполяризованном свете. Методы нефелометрии и турбидиметрии Нефелометрия основана на измерении интенсивности света, рассеянного суспензией частиц Турбидиметрия основана на измерении интенсивности потока, прошедшего через раствор, содержащий взвешенные частицы. Люминесцентный анализ Понятие о фотолюминесценция, люминесценции. Виды катодолюминесценция, люминесценции: хемилюминесценция, флуоресценция. Люминесцентные спектры излучения, их отличие от эмиссионных спектров. Полосатые и сплошные спектры излучения. 11 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 12 из 116 Тема 3. Хроматографический анализ (2 часа) Газовая хроматография (газожидкостная и газо -адсорбционная). Адсорбенты, носители Качественный и и жидкая количественный фаза в анализ газовой хроматографии. хроматограмм. Газовые хроматографы и техника выполнения анализа. Понятие о хроматографическом анализе. Хроматография распределительная, осадочная, ионообменная. Методы хроматографии по механизму разделения: колоночная, тонкослойная, бумажная. Тема 4. Электрохимические методы анализа (2 часа) Метод потенциометрии Теоретические основы потенциометрического анализа. Прямая потенциометрия и потенциометрическое титрование. Метод кондуктометрии Прямая кондуктометрия и кондуктометрическое титрование. Применение метода в анализе. Метод полярографии Теоретические Ильковича. основы Миграционный метода. и Диффузионный остаточный токи. ток. Уравнение Полярографические максимумы. Электроды в полярографии. Методы полярографического анализа Электрофоретический метод Теоретические основы метода. Применение метода в анализе. Тема 5. Статистическая обработка результатов анализа (2 часа) Некоторые понятия математической статистики и их использование в количественном анализе. Случайная величина, варианта, генеральная совокупность, выборка (выборочная Стьюдента. 12 совокупность), распределение ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 13 из 116 СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ II. КУРСА Занятие 1-3. Эмиссионный спектральный анализ. Теоретические основы метода. Происхождение атомно-эмиссионных спектров. Пламенная фотометрия, характеристика, применение (6 часов). Занятие 4-5. Понятие о люминесценции. Виды люминесценции: фотолюминесценция, катодолюминесценция, хемилюминесценция, флуоресценция. Люминесцентные спектры излучения, их отличие от эмиссионных спектров (4 часа) Занятие 6-9. ААС и СФ характеристика, теоретические основы метода. Спектры поглощения. Законы поглощения световых лучей и их применение в адсорбционной спектроскопии. Теоретические основы метода. Поглощение света, проходящего через окрашенный раствор. (8 часов) Занятие 10-12. Хроматографический анализ. Понятие о хроматографическом анализе. Хроматография распределительная, осадочная, ионообменная. Методы хроматографии по механизму разделения: колоночная, тонкослойная, бумажная. Особенности методов хроматографии, их применение в анализе. ТХ, ГХ, ГЖХ, характеристика (6 часов) Занятие 13. Рефрактометрия. Показатель преломления, его зависимость от химического строения, длинны волны падающего света, температуры, плотности, концентрации, а для газообразных веществ и давления. (2 часа) Занятие 14-15. Полярографическая волна, потенциал полуволны, диффузионный ток. Потенциал полуволны – основа качественного полярографического анализа (4 часа) Занятие 16-18. Потенциометрия, ионоселективные электроды, определение рН. Теоретические основы потенциометрического анализа. Прямая потенциометрия и потенциометрическое титрование. 13 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 14 из 116 Понятие об электроде, электродном потенциале и причинах его возникновения. Факторы, влияющие на величину электродного потенциала. Уравнение Нернста. (6 часов) Занятие 19-21. Амперометрическое титрование. Построение калибровочной кривой амперометрического титрования в координатах: сила тока - объем титранта. Практическое использование амперометрического титрования (6 часов) Занятие 22-25. Статистическая обработка результатов количественного анализа. Некоторые понятия математической статистики и их использование в количественном анализе (8 часов) 14 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 15 из 116 КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА III. Текущий контроль знаний студентов осуществляется путём устного собеседования при допуске к выполнению лабораторных работ, защиты отчётов по ним, путем опроса в начале практических занятий и решения задач у доски. Промежуточный контроль знаний студентов осуществляется путем проведения тестов, включающих вопросы и задания по отработанным разделам. Итоговый контроль Итоговый контроль знаний, умений и навыков студентов осуществляется на зачетах, которые проводятся в 1 и 2 семестрах. Вопросы к зачету, 1 семестр 1. Физико-химические методы анализа, их классификация, достоинства и недостатки в сравнении с химическими методами объёмного анализа. 2. Абсорбционная спектроскопия (фотометрический анализ) Теоретические основы метода. Основы качественного и количественного абсорбционного анализа в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Абсорбционный спектральный анализ в инфракрасной области спектра. 3. Колориметрия: визуальная и электроколориметрия. Оптическая плотность раствора, параметры, определяющие её величину. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. 4. Эмиссионный спектральный анализ. Теоретические основы метода. Происхождение атомно-эмиссионных спектров. Зависимость интенсивности спектральных линий Чувствительность и элемента от концентрации точность метода. Основы этого элемента. качественного и количественного эмиссионного спектрального анализа. 5. Люминесценция. Виды люминесценции и вызывающие ее причины. Сортовой анализ, его применение в анализе. 15 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 16 из 116 6. Рефрактометрия. Преломление света, показатель преломления, параметры, влияющие на его величину. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. 7. Поляриметрия. Поляризованный свет, угол вращения плоскости поляризации и параметры, влияющие на его величину. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. 8. Хроматография. Классификация методов по механизму и способу разделения веществ. 9. Ионообменная хроматография. Понятие об ионитах. Области их применения. 10. Газовая и газо-жидкостная хроматография: устройство хроматографа, основы качественного и количественного анализа, чтение хроматограммы. 11. Тонкослойная хроматография: техника выполнения, чтение хроматограммы, применение. Вопросы к зачету, 2 семестр 1. Кондуктометрия. Удельная и эквивалентная электропроводность. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. Кондуктометрическое титрование. 2. Потенциометрия. Понятие об электроде и электродном потенциале. Гальванический элемент и его электродвижущая сила. Потенциометрическое титрование. 3. Применение потенциометрического титрования: титрование протолитов, титрование методом осаждения, комплексонометрическое титрование, редоксметрическое титрование. определение рН (рН-метрия). 16 Потенциометрическое ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 17 из 116 4. Полярография. Полярографическая волна - основа качественного и количественного анализа. Потенциал полуволны и диффузионный ток. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. 5. Значение полярографии для анализа органических соединений. Новые направления в растворением, развитии полярографии: осциллографическая полярография полярография, с анодным полярография на переменном токе и др. 6. Электрофоретический метод техника выполнения, применение. 7. Погрешности (ошибки) количественного анализа Источники ошибок в количественном анализе. 8. Количественными характеристиками точности анализа: правильность (точность) и воспроизводимость. 9. Некоторые понятия математической статистики и их использование в количественном совокупность, анализе: выборка случайная величина, (выборочная варианта, совокупность), генеральная распределение Стьюдента. 10. Статистическая обработка количественного анализа. 17 и представление результатов Разработчик: Шишлова Т.М. IV. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования ТЕМАТИКА И ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ И РЕФЕРАТОВ Учебным планом курсовые работы и рефераты не предусмотрены. 18 Лист 18 из 116 Разработчик: Шишлова Т.М. V. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 19 из 116 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 3. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. Электронные информационные образовательные ресурсы: http://znanium.com Жебентяев А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. – 412 с. 19 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 20 из 116 http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. http://lib.uspi.ru Кислинский К.В., Шишлова Т.М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа. — Уссурийск : УОП ПГСХА, 2010. — 37 c. http://znanium.com Жебентяев А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. – 325 с. 20 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 21 из 116 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ по дисциплине «Физико-химические методы анализа» 050100.68 – «Педагогическое образование» Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 21 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 22 из 116 Краткие конспекты лекций Тема 1. Введение (1 час) Цель: сформировать представление о дисциплине «Физико-химические методы анализа», ее предмете и методологии. План 1.Предмет, задачи и методы дисциплины 2.Особенности, достоинства и недостатки 3. Классификация методов 3.1. Классификация химических методов анализа; 3.2. Классификация инструментальных методов анализа 4. Характеристики физико-химических методов анализа. 4.1. Чувствительность; 4.2. Предел обнаружения; 4.3.Воспроизводимость и правильность Содержание лекции 1. Физико-химические методы анализа: особенности, достоинства и недостатки. Классификация электрохимические, методов: хроматографические. оптические, спектральные, Физико-химические методы анализа – это большая группа аналитических методов, в которых используются физические приборы. Общее число физико-химических методов анализа очень велико – оно составляет несколько десятков. Наибольшее практическое значение имеют следующие (рис. 1) 2. Основными характеристиками любого метода анализа являются чувствительность, предел обнаружения, воспроизводимость и правильность. Чувствительность – это параметр, характеризующий изменение измеряемого сигнала y при изменении концентрации с. Для количественной оценки чувствительности S: 22 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 23 из 116 или Инструментальные методы анализа Электрохимические Хроматографические Масс-спектроскопические Радиометрические Оптические Рис.1. Классификация физико-химических методов Таким образом, S – это первая производная функции . На практике удобно использовать линейную зависимость y от c: y = ac + b, где, а – коэффициент чувствительности, b – значение параметра y в отсутствии определяемого компонента (с=0), т.е. значение у холостой пробы. Очевидно, что а – тангенс угла наклона прямой , отсекающей отрезок b – по оси y (рис.1). Эту прямую называют градуировочным графиком. Коэффициенты а и b можно вычислить методом регрессионного анализа. Если проведено n измерений параметра y при различных значениях с, то по методу наименьших квадратов , . 23 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 24 из 116 Если зависимость между у и с нелинейна, то стараются превратить ее в линейную. Например, функцию типа y = kcn можно привести к линейному виду логарифмированием: 3. Воспроизводимость – параметр, отражающий случайные ошибки изменения и показывающий степень разброса повторных (паралелльных) измерений. Критериями воспроизводимости служат отклонение d от среднего результата серии измерений и размах выборки w (т.е. разность между максимальным и минимальным значениями). Если разброс значений у можно описать нормальным (гауссовым) распределением, то для оценки воспроизводимости обычно рассчитывают дисперсию V, стандартное отклонение s или относительное стандартное отклонение sr: , Существуют , специальные . приемы для установления типа распределения. Результаты измерения аналитического сигнала, как правило, подчиняются закону нормального распределения. Для расчета критериев воспроизводимости существуют стандартные программы. Предел обнаружения смин, Р – наименьшая концентрация, которую можно обнаружить с доверительной вероятностью Р: , где – предельное значение аналитического сигнала, которое еще можно измерить на данной пробе; – среднее значение этого параметра в холостом опыте; S – коэффициент чувствительности. Для оценки характеризующий используют статистические критерии – k (коэффициент, доверительную вероятность) отклонение холостого опыта): . 24 и sхол (стандартное ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 25 из 116 Коэффициент k принимают равным 2, 3 и выше (обычно 3). Чем больше значение k, тем выше предел надежного обнаружения сигнала. 4. Итак, для оценки предела обнаружения нужно найти стандартное отклонение холостого опыта (желательно провести не менее 12 измерений) и коэффициент чувствительности измерения: . При большом числе измерений (n>20) s → σ, поэтому говорят о двух-, трех- или шестисигмовом критерии оценки предела обнаружения. Разницу в пределах обнаружения меньше чем в 2 раза не следует считать значимой. Следует иметь в виду, что реально определяемые концентрации элементов на один-два порядка выше предела обнаружения. Поэтому важной характеристикой метода является диапазон определяемых концентраций, т.е. интервал содержаний компонента, в котором возможно определение данным методом. Наименьшее значение, ограничивающее этот диапазон, называют нижним пределом определяемых содержаний (концентраций), с н, наибольшее значение – верхним пределом, св. Активные методы обучения: -слайд-презентации, позволяющие эффективно и наглядно представить содержание информационной части занятия, выделить и проиллюстрировать сообщение, -работа в его парах ключевые сменного состава содержательные пункты. при вопроса рассмотрении «Характеристики физико-химических методов анализа»: чувствительность, предел обнаружения, воспроизводимость и правильность, расчеты данных характеристик. Работа магистрантов строится по следующиму алгоритму: 1. Получив карточку, прочитайте теоретический вопрос и найдите на него ответ. 25 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 26 из 116 Магистрант подробно изучает теорию вопроса, при этом использует материал лекции, учебника, дополнительной литературы и т. д. 2.Рассказажите партнеру теоретический материал своей карточки. После подготовки партнерами теории, один из них становится учителем и объясняет другому теоретический вопрос своей карточки. «Ученик» выслушав рассказ «учителя» задает ему вопросы по этому материалу. 3.Выслушайте теоретический материал карточки партнера. Ответив на вопросы «ученика», партнеры меняются ролями и выполняется совместная работа по изучению карточки партнера 4.Поставьте партнеру оценку его работы . 5. Обменяйтесь карточками, найдите нового партнера и образуйте новую пару. Работа новой пары строится по этому же алгоритму. Проблемные вопросы 1. Физико-химические методы анализа: основные характеристики. 2. Инструментальные методы анализа. Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010.-416 с. Дополнительная литература 26 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 27 из 116 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 3. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. Тема 2. Оптические методы анализа (3 часа) Цель: сформировать представление об оптических методах анализа, характеристике и практическом применении. План: 1. Классификация оптических методов; 2. Абсорбционная спектроскопия : теоретические основы метода; 3. Эмиссионный спектральный анализ: теоретические основы метода; 4. Метод рефрактометрии: теоретические основы метода; 5.Люминесцентный анализ: теоретические основы метода; 6.Поляриметрия, нефелометрия и турбидиметрия – общие понятия. Содержание лекции 1. Методы анализа, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения атомов и молекул вещества, носят название оптические методы анализа. Оптические методы включают в себя абсорбционные методы, использующие спектры поглощения молекул (ионов) и атомов в видимой, УФ - и ИК-областях, и эмиссионные методы, использующие спектры излучения (эмиссии) атомов и ионов в видимой и УФ-областях. 27 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 28 из 116 Оптические методы Эмиссионный спектральный анализ Абсорбционный спектральный анализ Атомноабсорбционный анализ Молекулярный абсорбционный спектральный анализ - фотоколориметрия - спектрофотометрия Рис. 2. Оптические методы анализа 2. Абсорбционная спектроскопия (фотометрический анализ) Теоретические поглощения основы световых спектроскопии. метода. лучей и Теоретические Спектры поглощения. их применение основы метода. в Законы адсорбционной Поглощение света, проходящего через окрашенный раствор. Возможность применения метода при анализе неокрашенных растворов. Основной закон колориметрии - закон Бугера-Ламберта-Бера. Факторы, влияющие на поглощение света. Оптическая плотность раствора. Кривая светопоглощения, её назначение. Причины отклонений в поведении растворов от закона Бугера-ЛамбертаБера. Основы качественного и количественного абсорбционного анализа в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Абсорбционный спектральный анализ в инфракрасной области спектра. Особое значение инфракрасной спектроскопии для анализа органических веществ. Определение концентрации веществ методами калибровочного графика, стандартных растворов, добавок. Приборы и техника выполнения анализов в различных случаях. Чувствительность спектрофотометрических и 28 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования фотоколориметрических методов. Преимущества и Лист 29 из 116 недостатки фотометрических аналитических методов. 3. Эмиссионный спектральный анализ Теоретические основы метода. Происхождение атомно-эмиссионных спектров. Зависимость интенсивности спектральных линий элемента от концентрации этого элемента. Чувствительность и точность метода. Основы качественного и количественного эмиссионного спектрального анализа. Причины, вызывающие излучение света веществом, нагретым до высокой температуры. Спектральная линия и спектр излучения, способы его регистрации. Спектр излучения и электронное строение атома. «Последние» спектральные линии элемента – основа качественного спектрального анализа. Количественный спектральный анализ. Понятие об аналитической спектральной линии, спектральной линии сравнения. Пламенная фотометрия. Приборы и техника выполнения анализа 4. Метод рефрактометрии Рефрактометрический метод анализа основан на определении показателя (коэффициента) преломления исследуемого вещества. Показатель преломления определяется природой вещества, его химическим строением и зависит от длинны волны падающего света, температуры, плотности, концентрации, а для газообразных веществ и давления. При изучении теории этого метода обратить внимание на такие понятия как: удельная, атомная и молекулярная рефракция и рефракция связей. Измерения показателя преломления осуществляются либо при помощи рефрактометров типа Аббе либо Пульфриха. Разобраться с устройством этих приборов и правилами работы с ними. 29 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 30 из 116 Преломление света на границе раздела двух сред. Показатель преломления. Поляризация вещества под действием света, поляризуемость атомов и молекул. Понятие о рефракции. Удельная и молярная рефракции. Аддитивность рефракции. Атомные рефракции и рефракции кратных связей (двойной и тройной связи). 5. Метод поляриметрии Понятие об оптически активных веществах, поляризованном и неполяризованном свете. Преобразование неполяризованного света в поляризованный. Понятие о плоскости колебаний и плоскости поляризации света. Угол вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света, факторы, влияющие на его величину. Зависимость угла вращения от концентрации анализируемого раствора. Применение метода в определении качества продуктов питания. 6. Методы нефелометрии и турбидиметрии Понятие о дисперсной системе, дисперсной фазе и дисперсионной среде. Классификация дисперсных систем. Дисперсные системы и продукты питания. Рассеяние света дисперсными системами. Зависимость рассеяния света от уравнение концентрации анализируемого Бугера-Ламберта-Бера. раствора. Особенности Уравнение проведения Рэлея, анализа методами нефелометрии и турбидиметрии. Нефелометрия основана на измерении интенсивности света, рассеянного суспензией частиц. Интенсивность рассеянного света Ip связана пропорциональной зависимостью с размерами и количеством частиц или количеством вещества, находящегося в частицах: Ip=К∙С. С помощью нефелометрии измеряют концентрацию веществ, нерастворимых в воде, но образующих стойкие суспензии. Для проведения нефелометрических измерений применяют 30 нефелометры, в которых ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 31 из 116 наблюдают не проходящий, а рассеянный свет. В количественном анализе используют метод калибровочного графика. Турбидиметрия прошедшего через Интенсивность основана на раствор, уменьшается измерении содержащий вследствие интенсивности взвешенные поглощения и потока, частицы. рассеивания светового потока. Турбидиметрия отличается от нефелометрии тем, что в этом методе измеряется поглощение проходящего через суспензию светового потока. Понятие о фотолюминесценция, люминесценции. Виды катодолюминесценция, люминесценции: хемилюминесценция, флуоресценция. Люминесцентные спектры излучения, их отличие от эмиссионных спектров. Полосатые и сплошные спектры излучения. Многие органические и неорганические вещества способны к самостоятельному свечению, возникающему под различными воздействиями. Это явление получило название люминесценции. По характеру процессов, вызывающих люминесценцию, хемилюминесценцию, различают: катодолюминесценцию, фотолюминесценцию, термолюминесценцию и триболюминесценцию. В анализе имеют значение первые два вида люминесценции. Люминесценцию также классифицируют по наличию послесвечения. Она может прекращаться сразу при исчезновении возбуждения - флюоресценции или продолжаться определенное время после прекращения возбуждающего действия - фосфоресценции. Люминесценция возникает как следствие поглощения веществом квантов hνc электромагнитного излучения и возбуждения его молекул или атомов. 31 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 32 из 116 Основными характеристиками флюоресценции являются величина квантового и энергетического выхода, а также спектр флюоресценции, который также является характеристикой вещества. Интенсивность флюоресценции зависит от концентрации вещества и связана с квантовым и энергетическим выходами, длинной волны возбуждающей реакции, температурой раствора, присутствием в растворе посторонних веществ, величиной рН раствора, природой растворителя. При изменении этих факторов может происходить как усиление флюоресценции, так и ее ослабление или гашение. В качественном флуоресцентном анализе используются специальные характеристики веществ. флюоресцирующего определение Максимум излучения. природы вещества В спектра простейшем может быть соответствует случае цвету качественное проведено по цвету флюоресцирующего излучения. Форма проведения занятия – конференция «Оптические методы анализа». Используемые методы: - слайд-презентации, позволяющие проиллюстрировать теоретический материал; - «Мозговой штурм» по вопросу «Сущность оптических методов анализа». На проведение «мозгового штурма» выделяется 5 минут. В течение 2-3 минут студенты на листе записывают варианты ответов. По окончании «штурма» все предложенные идеи (решения) подвергаются анализу, в котором участвует вся группа. Обучающимся сообщается правильный ответ - методы анализа, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения атомов и молекул вещества, носят название оптические методы анализа. - методы развития личной образовательной среды обучения 32 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 33 из 116 (привлечение личного опыта магистранта, практическая ориентация изучаемого материала, работа с дополнительными источниками информации); - подготовка к итоговой конференции «Оптические методы анализа» (составление плана по теме выступления, написание тезисов, подготовка аннотаций статей, рефератов, слайд- презентаций). Основная литература 1. http://lib.uspi.ru Кислинский К.В., Шишлова Т.М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа. — Уссурийск : УОП ПГСХА, 2010. — 37 c. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 3. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. 33 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 34 из 116 Тема 3. Хроматографический анализ (2 часа) Цель: сформировать представление о хроматографических методах анализа, характеристике и практическом применении. План: 1. Хроматографический анализ. 2. Теоретические основы хроматографии, законы распределения 3. Классификация хроматографических методов. 3.1. Распределительная; 3.2.Осадочная; 3.3.Ионообменная. Содержание лекции 1. Понятие о хроматографическом анализе. Хроматография распределительная, осадочная, ионообменная. Методы хроматографии по механизму разделения: колоночная, тонкослойная, бумажная. Особенности методов хроматографии, их применение в анализе. 2. Теоретические хроматографических основы методов: хроматографии. а) по агрегатному Классификация состоянию; б)по механизмам разделения; в)по форме проведения процесса. Применение хроматографических методов. Сорбенты, носители, растворители, проявители, применяемые в различных видах хроматографии. Способы получения и анализ хроматограмм в различных видах хроматографии. Газовая хроматография Адсорбенты, Качественный носители и (газожидкостная и жидкая количественный фаза в анализ хроматографы и техника выполнения анализа. 34 и газо -адсорбционная). газовой хроматографии. хроматограмм. Газовые Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 35 из 116 3. Хроматографический анализ был впервые предложен в 1903 г. русским ученым М.С. Цветом, работы которого послужили фундаментом для развития всех видов современной хроматографии. Хроматографию можно определить как процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. Классификация хроматографических методов: - по агрегатному состоянию - газовая, жидкостная хроматография; - по механизму разделения - адсорбционная, распределительная, ионообменная, гельхроматография, осадочная, окислительно- восстановительная и др. - по форме проведения - колоночная, капиллярная, плоскостная (на бумаге, в тонком слое) хроматография. В ряде случаев разделение веществ может происходить в результате нескольких одновременно протекающих процессов, что приводит к образованию смешанного типа, однако один из процессов всегда является доминирующим.Универсальность метода, высокая эффективность, простота основной аппаратуры обусловили широкое применение хроматографичесих методов в различных областях науки и техники. Форма проведения занятия: «Круглый стол» — метод активного обучения, одна из организационных форм познавательной деятельности, позволяющая закрепить полученные ранее знания, восполнить недостающую информацию, сформировать умения решать проблемы, укрепить позиции, научить культуре ведения дискуссии. Характерной чертой «круглого стола» является сочетание тематической дискуссии с групповой консультацией. Наряду с активным обменом знаниями, полученными ранее и дополненными при подготовке к занятию, у магистрантов вырабатываются профессиональные умения излагать мысли, аргументировать свои 35 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 36 из 116 соображения, обосновывать предлагаемые решения и отстаивать свои убеждения. При этом происходит закрепление информации, полученной при самостоятельной работе с дополнительным материалом, а также выявление проблем и вопросов для обсуждения. Правильно организованная дискуссия проходит три стадии : ориентация, оценка и консолидация.На первой стадии магистранты адаптируются к проблеме , т.е. в это время вырабатывается определенная установка на решение поставленной проблемы. При этом перед организатором дискуссии (один из магистрантов,имеющий опыт работы учителем) ставятся следующие задачи: 1. Сформулировать проблему и цели дискуссии. В конкретном случае главной целью является возможность практического использования оптических методов анализа. Создать необходимую мотивацию, т.е. изложить проблему, показать ее значимость, выявить в ней нерешенные и противоречивые вопросы, определить ожидаемый результат (решение). 2. Установить регламент дискуссии, а точнее, регламент выступлений. 3. Сформулировать правила ведения дискуссии, основное из которых -выступить должен каждый. Вторая стадия -- стадия оценки -- обычно предполагает ситуацию сопоставления, конфронтации и даже конфликта идей, который в случае, неумелого руководства дискуссией может перерасти в конфликт личностей. На этой стадии перед организатором «круглого стола» ставятся следующие задачи: 1. Начать обмен мнениями, что предполагает предоставление слова конкретным участникам. 2.Поддерживать высокий уровень активности всех участников. Не допускать чрезмерной активности одних за счет других, соблюдать 36 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 37 из 116 регламент, останавливать затянувшиеся монологи, подключать к разговору всех присутствующих магистрантов . 3. Оперативно проводить анализ высказанных идей, мнений, позиций, предложений перед тем, как переходить к следующему витку дискуссии. Третья стадия -- стадия консолидации -- предполагает выработку определенных единых или компромиссных мнений, позиций, решений. На этом этапе осуществляется контролирующая функция занятия При проведении «круглого стола» студенты воспринимают не только высказанные идеи, новую информацию, мнения, но и носителей этих идей имнений, и прежде всего преподавателя. Проблемные вопросы 1. Хроматографический анализ. 2. Теоретические основы хроматографии. 3. Классификация хроматографических методов. Основная литература 1. http://znanium.com Жебентяев А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 37 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 38 из 116 Тема 4. Электрохимические методы анализа (2 часа) Цель: сформировать представление о электрохимических методах анализа, характеристике и практическом применении. План: 1. Электрохимические методы анализа. 2. Теоретические основы потенциометрического анализа. 3. Метод кондуктометрии, теоретические основы 4. Метод полярографии, теоретические основы 5. Электрофоретический метод, теоретические основы Содержание лекции Метод потенциометрии с использованием методов активного обучения проводится в форме лекции с элементами дискуссии и с демонстрацией слайдов) 1.Теоретические основы потенциометрического анализа. Прямая потенциометрия и потенциометрическое титрование. Понятие об электроде, электродном потенциале и причинах его возникновения. Факторы, влияющие на величину электродного потенциала. Уравнение Нернста. Зависимость электродного потенциала от концентрации раствора. Гальванический элемент. Принципиальная конструкция гальванического элемента, его электродвижущая Индикаторные электроды, электроды сравнения. Техника потенциометрического титрования. Применение потенциометрического титрования: титрование протолитов, титрование методом осаждения, комплексонометрическое титрование, редоксметрическое титрование. Потенциометрическое определение рН (рНметрия). Стеклянный электрод. Ионоселективные электроды. Применение ЭВМ для расчета кривых потенциометрического титрования. 2. Метод кондуктометрии 38 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 39 из 116 Понятие об электропроводности растворов. Проводники второго рода. Удельная и эквивалентная электропроводности. Их зависимость от природы электролита и растворителя, от концентрации и температуры. Эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении, подвижность ионов. Прямая кондуктометрия и кондуктометрическое титрование. Применение метода в анализе качества пищевых продуктов. Метод полярографии 3. Теоретические Ильковича. основы Миграционный метода. и Диффузионный остаточный токи. ток. Уравнение Полярографические максимумы. Электроды в полярографии. Методы полярографического анализа. Полярографическая волна, потенциал полуволны, диффузионный ток. Потенциал полуволны – основа качественного полярографического анализа. Зависимость диффузионного тока от природы иона, концентрации раствора, температуры, величины потенциала, подаваемого на электроды. Зависимость диффузионного тока от концентрации – основа количественного анализа. Особенности полярографической установки. Достоинства и недостатки метода Значение полярографии для анализа органических соединений. Новые направления растворением, в развитии полярографии: осциллографическая полярография полярография, с анодным полярография переменном токе и др. 4. Электрофоретический метод Дисперсные системы, их отличие от истинных растворов. Электрические свойства дисперсных систем, строение мицеллы. Электрокинетический потенциал, факторы, влияющие на его величину. Электрокинетический потенциал и устойчивость дисперсных систем. Проблемные вопросы 1 Электрохимические методы анализа. 39 на Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 40 из 116 2. Теоретические основы потенциометрического анализа. 3. Метод кондуктометрии. 4. Метод полярографии. 5. Электрофоретический метод. Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 3. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. Тема 5. Статистическая обработка результатов анализа (2 часа) 40 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 41 из 116 Цель: сформировать представление о статистической обработке результатов количественного анализа. План: 1. Классификация ошибок количественного анализа . 1.1.Систематическая ошибка. 1.2. Случайные ошибки. 2. Некоторые понятия математической статистики варианта 2.1. Генеральная совокупность 2.2. Выборка (выборочная совокупность) Содержание лекции Источник ошибок количественного анализа. Правильность и воспроизводимость результатов количественного анализа. Классификация ошибок количественного анализа (систематическая ошибка, случайные ошибки). Систематическая систематической ошибки). ошибка Источники (относительная систематических величина ошибок (методические, инструментальные, индивидуальные). Оценка правильности результатов количественного анализа (использование стандартных образцов, анализ объекта другими методами, метод добавок или метод удвоения). Случайные ошибки. Некоторые понятия математической статистики и их использование в количественном анализе. Случайная величина, варианта, генеральная совокупность, выборка (выборочная совокупность), распределение Стьюдента. Статистическая обработка и представление результатов количественного анализа. Форма проведения сопровождается позволяющими занятия: проблемными информационная вопросами проиллюстрировать и лекция, которая слайд-презентациями, теоретический материал. Для активизации познавательной деятельности перед лекцией в течение 1520 минут рекомендуется провести работу в парах сменного состава для 41 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 42 из 116 рассмотрения вопроса «Классификация ошибок количественного анализа »: систематическая ошибка, случайные ошибки, методические, инструментальные, индивидуальные источники систематических ошибок. Работа магистрантов строится по следующиму алгоритму: 1. Получив карточку, прочитайте теоретический вопрос и найдите на него ответ. Магистрант подробно изучает теорию вопроса, при этом использует материал лекции, учебника, дополнительной литературы и т. д. 2. Рассказажите партнеру теоретический материал своей карточки. После подготовки партнерами теории, один из них становится учителем и объясняет другому теоретический вопрос своей карточки. «Ученик» выслушав рассказ «учителя» задает ему вопросы по этому материалу. 3. Выслушайте теоретический материал карточки партнера. Ответив на вопросы «ученика», партнеры меняются ролями и выполняется совместная работа по изучению карточки партнера. 4. Поставьте партнеру оценку его работы . 5. Обменяйтесь карточками, найдите нового партнера и образуйте новуюпару. Работа новой пары строится по этому же алгоритму. Проблемные вопросы 1. Статистический анализ. 2. Система ошибок. Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 42 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 43 из 116 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 3. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. 43 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 44 из 116 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске МАТЕРИАЛЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ по дисциплине «Физико-химические методы анализа» 050100.68 – «Педагогическое образование» Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 44 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 45 из 116 Материалы для практических занятий, 1 семестр (26 часов) Занятие № 1-3 (6 часов) Эмиссионный спектральный анализ Цель: познакомиться с расшифровкой спектров излучения и расчетами в эмиссионном спектральном анализе. Вопросы: 1.Теоретические основы метода. 2. Происхождение атомно-эмиссионных спектров. 3. Расшифровка спектров излучения. 4.Расчеты в эмиссионном спектральном анализе. Эмиссионный спектральный анализ - это метод определения химического состава по его спектру, испускаемому возбужденными атомами и молекулами. Атомы и молекулы могут возбуждаться пламенем горелки, электрической дугой или искрой. Излучение, полученное таким образом, разлагается в спектр призмой или дифракционной решеткой спектрального прибора и регистрируется фотографической пластинкой или фотоэлектрическим устройством. Спектр - упорядоченное по длинам волн излучение. Оптический спектр охватывает ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области. Для определения состава анализируемой пробы по характерным линиям применяют качественный анализ, основанный на изучении спектров испускания. Для качественного спектрального анализа используют самые чувствительные линии с малым потенциалами ионизации, так называемые последние линии. Это те линии, которые при уменьшении содержания определяемого элемента в пробе исчезают в последнюю очередь. Для расшифровки спектров применяют таблицы спектральных линий и атласы. 45 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 46 из 116 В основе количественного спектрального анализа лежит зависимость между интенсивностью линий каждого элемента и концентрацией этого элемента в пробе: I=a∙Cb или lgI = lga+b∙lgC, где: I—интенсивность спектральной линии; C—концентрация элементов; a и b—постоянные, зависящие от скорости поступления данного элемента из пробы в облако разряда, условий возбуждения и самопоглощения спектральных линий. При малых концентраций b=1 (т.е. I пропорционально С) при больших— b=1/2 (т.е. пропорционально С ). Почернение на фотопластинке, вызванное спектральной линией, выражается формулой S lg i0 n lg 0 , i n где i0—интенсивность света, входящего в спектральную линию (или интенсивность света, проходящего через фон пластинки); i—интенсивность света, выходящего из спектральной линии на фотопленке; n n0—соответствующие показатели гальванометра, связанного с фотоэлементом. Преобразование почернение: i P lg 0 1. i Относительная интенсивность данной спектральной отношению к интенсивности линии сравнения в данном спектре: R I1 I S SCT ; lg R lg 1 ; I2 I2 46 линии по ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. где Лист 47 из 116 S -- коэффициент контрастности фотопленки; lg H Н—количество освещения-экспозиция, равная произведению освещенности на время; S-SCT=γ∙b∙lgC+α. Для определения концентрации элемента в анализируемом веществе применяют метод калибровочной кривой, метод трех эталонов или метод фотометрического интерполирования (с оптическим клином или со ступенчатым ослабителем). Пример решения типовой задачи Пример 1.Вычислите длину волны резонансной линии атома натрия, если энергия возбуждения резонансного уровня, 2,1эв. Решение: длина волны λ (в А0) равна hC 12330 5871.8. E 2.1 где ΔЕ—разность энергий основного и возбужденного состояния, эВ; h—постоянная Планка; С—скорость света (в вакууме). Активные формы проведения занятий: -работа в парах сменного состава при рассмотрении вопроса «Теоретические основы метода». Рассматриваются вопросы: понятие оптический спектр, качественный спектральный анализ, основы количественного спектрального анализа, расшифровка спектров, методы определения концентрации элемента в анализируемом веществе. Работа магистрантов строится по следующиму алгоритму: 1. Получив карточку, прочитайте теоретический вопрос и найдите на него ответ. 47 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 48 из 116 Магистрант подробно изучает теорию вопроса, при этом использует материал лекции, учебника, дополнительной литературы и т. д. 2. Рассказажите партнеру теоретический материал своей карточки. После подготовки партнерами теории, один из них становится учителем и объясняет другому теоретический вопрос своей карточки. «Ученик» выслушав рассказ «учителя» задает ему вопросы по этому материалу. 3. Выслушайте теоретический материал карточки партнера. Ответив на вопросы «ученика», партнеры меняются ролями и выполняется совместная работа по изучению карточки партнера. 4. Поставьте партнеру оценку его работы . 5. Обменяйтесь карточками, найдите нового партнера и образуйте новую пару. Работа новой пары строится по этому же алгоритму. - работа в малых группах при решении расчетных задач и расшифровки спектров излучения. Проблемные вопросы 1. Что такое эмиссионный спектральный анализ 2. Суть данного анализа. Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. 48 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 49 из 116 http://lib.uspi.ru Кислинский К.В., Шишлова Т.М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа. — Уссурийск : УОП ПГСХА, 2010. — 37 c. Дополнительная литература Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. Занятие № 4-5 Люминесценция Цель: оценить качество продуктов питания методом люминесценции. Вопросы: 1.Теоретические основы метода 2. Классификация методов. 3.Принцип работы люминоскопа «Филин» 4.Подготовка проб к анализу и оценка качества продуктов питания. Содержание занятия Основными характеристиками флюоресценции являются величина квантового и энергетического выхода, а также спектр флюоресценции, который также является характеристикой вещества. Интенсивность флюоресценции зависит от концентрации вещества и связана с квантовым и энергетическим выходами, длинной волны возбуждающей реакции, температурой раствора, присутствием в растворе посторонних веществ, величиной рН раствора, природой растворителя. При изменении этих факторов может происходить как усиление флюоресценции, так и ее ослабление или гашение. В качественном флуоресцентном анализе используются специальные характеристики веществ. флюоресцирующего Максимум излучения. В 49 спектра простейшем соответствует случае цвету качественное ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. определение природы вещества может быть проведено по Лист 50 из 116 цвету флюоресцирующего излучения. Для количественного люминесцентного анализа используют значение выхода люминесценции или связанной с ним интенсивности люминесценции I i K C d, i0 где: i—интенсивность люминесценции; i0—интенсивность падающего света; K—константа; C—концентрация определяемого компонента в пробе (в растворе); d—толщина слоя пробы (раствора). Интенсивность люминесценции обычно измеряют в условных единицах, например показателях фотоэлемента или фотоумножителя. Флюоресцентные методы количественного анализа делятся на прямые и косвенные. Люминесценцию используют для анализа следов металлов, органических (ароматических) соединений, витаминов Д, В1; флюоресцентные индикаторы применяются при титровании в мутных или темно-окрашенных средах. Процесс титрования ведут в темноте, освещая титруемый раствор, куда добавлен индикатор, светом люминесцентной лампы. На практическом занятии, используя ФЭК или КФК, провести качественное определение природы вещества (витамины группы В) по цвету флюоресцирующего излучения. Активные формы проведения занятия 1. «Мозговой штурм». На проведение «мозгового штурма» выделяется 10 минут. При рассмотрении свойств жидких кристаллов студентам дается задание: что такое жидкий кристалл? В течение 5 минут студенты на листе записывают варианты ответов. Возможные ответы обучающихся: жидкость со свойствами кристалла; жидкость с упорядоченными молекулами; 50 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 51 из 116 жидкость с длинными молекулами; кристалл, обладающий свойствами жидкости; вещество, которое сохраняет анизотропию физических свойств, присущую твёрдым кристаллам, и текучесть, характерную для жидкостей и др.По окончании «штурма» все предложенные идеи (решения) подвергаются анализу, в котором участвует вся группа. Обучающимся сообщается правильный ответ: жидкий кристалл – устойчивое агрегатное состояние, при котором вещество сохраняет анизотропию физических свойств, присущую твёрдым кристаллам, и текучесть, характерную для жидкостей. 2. Выполнение учебно-исследовательской работы «Анализ качества мяса, рыбы, растительных масел и соков методом люминесценции» с использованием люминоскопа «Филин», работа в малых группах. Для выполнения работы используются методические указания. Шишлова Т. М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа / Т.М.Шишлова. – Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2010. - 37с. Проблемные вопросы 1. Основными характеристиками флюоресценции. 2. спектр флюоресценции 3. Флюоресцентные методы количественного анализа Основная литература 1. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 2. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. 51 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 52 из 116 http://lib.uspi.ru Кислинский К.В., Шишлова Т.М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа. — Уссурийск : УОП ПГСХА, 2010. — 37 c. Дополнительная литература Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. Занятие № 6-9 ( 8 часов) «Молекулярно- абсорбционный и атомно-абсорбционный(ААС) спектральный анализ» Цель: освоить выполнение исследований на спектрофотометре UNICO 1200 и UVmini-1240 Вопросы: 1.Теоретические основы метода. 2. Классификация методов. 3.Принцип работы спектрофотометра UNICO 1200 и UVmini-1240. 4.Построение калибровачного графика для определения концентрации Fe, Cu, Cr в воде. 5. Определения концентрации Fe, Cu, Cr в воде на спектрофотометре UNICO 1200. Содержание занятия Атомно-абсорбционный анализ основан на поглощении световой энергии атомами анализируемых веществ. Обязательным условием является атомизация, а затем возбуждение. Теоретические основы метода, принцип работы прибора для ААС рассмотреть теоретически (реферат, презентация), 52 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 53 из 116 молекулярно- абсорбционный анализ изучить на примере приборов спектрофотометр UNICO 1200 и UVmini-1240 Блок схема спектрофотометра Все оптические приборы ряда спектрофотометров имеют следующую блок схему 1 – Источник света 2 – Монохроматор 3 – Кюветное отделение 4 – Детектор 5 - Дисплей Спектрофотометр модели UNICO 1200 Спектрофотометр коэффициентов UNICO пропускания, 1200 предназначен оптической плотности для и измерения концентрации растворов. Однолучевой спектрофотометр специально разработан для широкого использования в лабораториях всех отраслей промышленности, решения аналитических задач в таких отраслях, как клиническая химия, биохимия, защита окружающей среды, энергетика, металлургические, химические, пищевые лаборатории, лаборатории воды и сточной воды, нефтехимии и в других сферах контроля качества. По техническим характеристикам и возможностям UNICO 1200 полностью заменяет широко применяемые в лабораторной практике фотоколориметры и фотометры фотоэлектрические типа ФЭК и КФК-2,-3,-5 и др. Например, спектрофотометр обеспечивает определение содержания веществ в различных растворах – меди, железа, хлора, серебра и марганца; определение содержания сахара, билирубина, глюкозы, холестерина, креатина в крови и моче; мочевины, общего белка, щелочей, фосфатов в химических растворах. 53 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 54 из 116 Фотометр UNICO 1200 работает в спектральном интервале 325 - 1000 нм. Рабочая длина кювет 5-10-20-30-40-50 мм. Встроенный RS-232С порт для передачи данных в персональный компьютер позволяет работать со специализированным программным обеспечением. Индикатор режима: позволяет пользователю знать режим измерений, используемый в данный момент (%пропускания, оптической плотности). Спектрофотометр модели UVmini 1240 UVmini-1240 идеально подходит для выполнения рутинных задач и сочетает в себе надежность и доступность. Прибор представляет собой однолучевой сканирующий портативный спектрофотометр для ультрафиолетового и видимого диапазонов. Встроенный широкий жидко кристаллический монитор с клавиатурой, имеющей мягкие кнопки, с возможностью запоминания и отображения результатов измерений, поможет быстро найти уже произведенные измерения или записать новые. В спектрофотометре сочетаются все необходимые функции для быстрых и качественных измерений, такие как: функция автоматической установки нуля, автоматический расчет концентрации по калибровочной зависимости, сохранение результатов измерения, возможность подключения аналоговых устройств, широкий набор кювет, приставок и принадлежностей. В дополнение, прилагаются программные пакеты, позволяющие проводить измерения основных фотометрических параметров во времени и при нескольких длинах волн, изучать кинетические процессы с вычислением ферментативной активности, определять концентрацию белка 4 различными методами с помощью цветных реакций: Метод Лоури, Метод Кумасси G-250, Метод ВСА, Метод биуретовоой реакции и дополнительный метод с прямым определением концентрации белка на основе измерений поглощения белковых растворов в ультрафиолете при длине волны 280 нм. 54 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 55 из 116 Спектрофотометр работает в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, позволяющий проводить сканирование длин волн в диапазоне от 190 нм до 1100 нм. Количественное определение исследуемого вещества осуществляется через несколько секунд после измерений, и выводятся на встроенный монитор. Активные формы проведения занятий: выполнение учебно-исследовательской работы «Количественный анализ промышленных сточных вод на содержание ионов s-, p-, d- элементов с использованием спектрофотометра UNICO 1200». Работа в малых группах . Для выполнения работы используются методические указания. Шишлова Т. М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа / Т.М.Шишлова. – Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2010. - 37с. Проблемные вопросы 1. Спектрофотометр модели UNICO 1200 2. Молекулярно- абсорбционный и атомно-абсорбционный анализ (ААС) 3. Спектральный анализ Основная литература 1. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 2. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 55 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 56 из 116 1 Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. Занятие №10-12 (6 часов) Хроматографический анализ. Цель: освоить выполнение исследований методом тонкослойной хроматографии. Вопросы: 1.Теоретические основы метода. 2. Классификация хроматографических методов. 3.Методика выполнение исследований методом тонкослойной хроматографии. 4. . Идентификация веществ в тонкослойной хроматографии. 5.Расчетные задачи в хроматографическом анализе. Содержание занятия Хроматография продолжает интенсивно развиваться и в настоящее время используется для решения следующих задач: 1. Разделение сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты, например: белков, углеводов, аминокислот, растительных и животных пигментов, витаминов, антибиотиков, редкоземельных элементов и других веществ. 2. Очистка веществ от примесей. 3. Концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов. 56 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 57 из 116 4. Определение молекулярной структуры некоторых соединений и исследование различных физико-химических свойств веществ. 5. Идентификация веществ и определение количественного состава. Примеры решения типовых задач. Пример 1. Через колонку, содержащую 5г катионита, пропустили 250,0см3 0,050М ZnSO4. Вытекающий из колонки раствор собирают порциями по 50,00см3, в каждой порции определяли содержание ионов цинка и получили следующие значения концентрации (ммоль/г): I 0,008; II 0,029; III 0,038; IV 0,050; V 0,050. Определить полную динамическую емкость катионита (моль/г.) Решение. Рассчитываем количество эквивалентов цинка, поглощенное катионитом из каждой порции раствора. I (0,05 0,008) 50 1000 2 4,20 ììîëü (1 / 2Zn 2 ) 1000 II (0.05 0.029) 50 1000 2 2.10 ììîëü (1 / 2Zn 2 ) 1000 III (0.05 0.029) 50 1000 2 1.20 ììîëü (1 / 2Zn 2 ) 1000 IV,V (0.05 0.05) 50 1000 2 0 ììîëü (1 / 2Zn 2 ) 1000 Всего из пяти порций раствора поглощено 4,20+2,10+1,20=7,50 ммоль (1/2Zn2+) = 7,5 1,50 ммоль(1 / 2 Zn 2 ) / г. 5 Пример 2. Рассчитать Rf при хроматографировании на бумаге по следующим дан-ным: расстояние центра пятна от старта 3см, расстояние от старта до фронта растворителя 15см. Решение: рассчитаем Rf по формуле: Rf h , H 57 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 58 из 116 где: h—путь, пройденный веществом H—путь, пройденный растворителем R 3 0.2 . 15 Пример 3. а) рассчитать Rf при распределительной хроматографии на колонке, если отношение объемов подвижной, неподвижной и инертной фаз равно 0,33:0,10:0,57. Коэффициент распределения (Д) равен 5; б) коэффициент Д, если при тех же условиях Rf=0.60. Решение: а) в данном случае Rf= 1 , 1 Ä i где Д—коэффициент распределения, Д= Сстацион Сподвиж. ; i—отношение объемов неподвижной и подвижной фаз колонки, тогда Rf= 1 0,10 1 5 0,33 0,40. б)находим Д из формулы для расчета Rf Rf= 1 1 Ä i Д= 1 60 2,2 0,10 0,60 0,33 Активные формы проведения занятий: - выполнение учебно-исследовательских работ «Разделение красителей методом распределительной хроматографии» и «Разделение и определение катионов методом распределительной хроматографии», работа в малых группах. Для выполнения работы используются методические указания. Шишлова Т. М. Методические рекомендации к лабораторным работам по количественному анализу / Т.М.Шишлова. – Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2008. - 35с. 58 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 59 из 116 Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. Жебентяев http://znanium.com А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. Занятие №13 (2 часа) Рефрактометрия Цель: освоить практическое применение рефрактометрического метода Вопросы: 1.Теоретические основы метода. 2. Методика определения показателя преломления. 3. Идентификация веществ по величине показателя преломления. 4. Расчетные задачи в рефрактометрическом методе. Содержание занятия Рефрактометрия с использованием методов (проводится в форме слайдовых презентаций) 59 активного обучения ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 60 из 116 Рефрактометрический метод анализа основан на определении показателя (коэффициента) преломления исследуемого вещества. Пример 1.Рассчитать мольную рефракцию четыреххлористого углерода, если показатель преломления n20Д=1,4603, а плотность d20=1,604. сравнить найденную рефракцию с вычисленной по таблицам атомных рефракций связей. Решение. Вычисляем мольную рефракцию по формуле: R M n2 1 . d n2 1 Подставляя приведенные в задаче величины, получаем: 154 1.4603 1 174.23 R 26,28. 2 6.629 1.6040 1.4603 2 2 В таблице атомных рефракций (см. «Справочник химика», т.1) находим рефракции для углерода RC=2.418 и для хлора RCl=5.967. Следовательно, RCCl4 = RC+4RCl= 2.418+4∙5.967=26.29. По таблицам рефракций связи находим рефракцию C—Cl которая равна 6,51 и вычисляем рефракцию четыреххлористого углерода: RCCl4=4∙RC-Cl= 4∙6.51=26,04. Сходимость результатов вполне удовлетворительна. Пример 2. Вычислить показатель преломления веществ и оценить точность измерения, если предельный угол отклонения, определенный на рефрактометре Пульфриха, равен 54025’±2’, а показатель преломления стекла призмы n=1,5147. Решение. Вычисляем показатель преломления для предельных значений отчитанных углов (верхний предел ав.п.=54023’ и нижний предел ан.п.=54027’). Nв.п.= 1,51472 sin 540 23' 2.2943 0.6608 1.6335 1.2781. 2 nн.п. 1,51472 sin 54027' 2.2943 0.6619 1.6324 1.2776 : 60 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 61 из 116 n=1.2779±0,0002. Активные формы проведения занятия: -выполнение учебно-исследовательских задач по определению показателя преломления различных веществ, сравнение значения со справочной величиной, вывод о степени чистоты препарата. Работа в малых группах . Для выполнения работы используются методические указания. Шишлова Т. М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа / Т.М.Шишлова. – Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2010. - 37с. - методы развития личной образовательной среды обучения (привлечение личного опыта студента, практическая ориентация, работа с дополнительными источниками информации). Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. 61 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Жебентяев http://znanium.com А.И. Аналитическая Лист 62 из 116 химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. Занятие №14-15 (4 часа) Полярография Цель: освоить практическое применение полярографического метода Вопросы: 1.Теоретические основы метода. 2.Классификация методов количественного полярографического анализа. 3.Полярографы: устройство и принцип работы. 4. Расчетные задачи в полярографическом методе. Содержание занятия Полярография основана на измерении значения предельного диффузного тока, протекающего в цепи за счет разряда ионов на электродах при достижении на одном из них необходимого потенциала. В полярографии на электроды ячейки накладывают постепенно изменяющееся напряжение. При достижении определенного значения потенциала одного из электродов происходит электроокисление или электровосстановление веществ, сопровождаемое увеличением тока в цепи. Ток возрастает до определенного предела, зависящего от концентрации вещества и скорости диффузии ионов из глубины раствора к электроду. Зависимость токпотенциал (I-E) при графическом изображении имеет вид волн и называется вольтамперной кривой или полярографической волной. Полярографическая волна описывается потенциалом полуволны Е1/2, характеризующим способность веществ к электровосстановлению или электроокислению, и значением 62 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. предельного диффузионного тока (высотой волны), Лист 63 из 116 зависящим от концентрации вещества в растворе (уравнение Ильковича): I=K∙C; K=607∙n∙D1/2∙m2/3∙t1/6, где: n—число электронов, принимающих участие в реакции; D—коэффициент диффузии определяемого иона, см2*С-1 m—масса ртути, вытекающей из капилляра электрода за 1с, мг*с-1; t—время образование одной капли ртути, с C—концентрация, ммоль/дм3; i—сила тока, мкА. Для проведения количественного анализа в полярографии используют следующие методы. Метод стандартных серий. Измеряют диффузионный ток исследуемого и стандартного растворов и рассчитывают концентрацию исследуемого раствора по формуле: IX I CT I V ; C X CCT X CT C X VX CCT VCT I CT VX или C X CCT hX VCT . hX VX Метод добавок. Измеряют ток испытуемого раствора с добавкой и без добавки вещества: I X C ÄÎÁ I IX ÄÎÁ ; Ñ X или I ÄÎÁ C X Ñ ÄÎÁ ÑX CCT hCT VCT VX VX hX VCT VCT Метод калибровочного графика. Неизвестную концентрацию определяют по измеренному току при помощи калибровочного графика, который строят по серии разведений стандартного раствора. Количественный анализ методами классической полярографии можно проводить только для веществ, которые восстанавливаются на ртутных 63 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. электродах или окисляются на платиновых электродах, Лист 64 из 116 нашедших применение в последнее время. Для проведения анализа необходимо подобрать соответствующий фоновый электролит (среду) и условия полярографии. Дифференциальный вариант полярографии основан на том, что на полярографе записывается дифференциальная полярограмма, представляющая собой графическое приращение тока dI/dE от Е. она имеет вид пика, местоположение которого характеризует вещество, а высота или площадь - его количество. Метод обладает хорошей разрешающей способностью и довольно удобен при анализе смесей веществ. Большими возможностями и высокой чувствительностью обладает осциллографическая полярография, в которой на ячейку подают пилообразно изменяющееся напряжение и регистрацию полярограммы проводят на экране осциллографа. На осциллограмме наблюдаются полярографические пики, высота h которых зависит от концентрации вещества в растворе h=K∙C. Для проведения полярографического анализа применяют полярографы различных марок, однако основные элементы их конструкции - это полярографическая ячейка, устройство для подачи на ячейку стабилизированного линейного возрастающего напряжения и измерения тока. Полярографические методы широко применяются при анализе металлов, катионов и анионов, органических соединений и лекарственных препаратов. Пример. При полярографировании насыщенного раствора PbCl2 (с аммонийным буферным раствором в качестве фона) высота волны свинца (hX) составила 30мм. Стандартный раствор ацетата свинца имеет высоту полярографической волны (hCT) 18,9мм. (произведение) растворимости PbCl2. Решение: PbCl2 Pb2++2Cl-; Ks =[Pb2+]∙ [Cl-]2=4P3PbCl2 64 Определить константу Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 65 из 116 где Р—растворимость, моль/дм3. Находим концентрацию PbCl2 в его насыщенном растворе h C 0.01 30 hCT h X ; C X X CT 1.587 10 2 моль/дм3. CCT C X hCT 18.9 Следовательно, Ks =4∙ (1.587∙10-2)3=1.6∙10-5. Активные формы проведения занятия: - метод решения учебных задач на основе анализа конкретных ситуаций. Под известной понимается ситуация, для решения которой имеются конкретные образцы. В случае задач на основе анализа конкретных (известных) ситуаций сначала разбирается стандартный метод решения, выявляется алгоритм деятельности, рассматриваются образцы решения задачи согласно выявленному алгоритму в нескольких вариантах. Далее студентам предлагается осуществить самостоятельное решение однотипных задач. Для выполнения заданий используются методические рекомендации. Шишлова Т. М. Методические указания по аналитической химии. Часть 2. Количественный анализ / Т.М.Шишлова. – Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2007. - 28 с. Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. 65 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 66 из 116 Дополнительная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. http://znanium.com Жебентяев А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. Занятие №16-18. Потенциометрический анализ (6 часов) Цель: освоить практическое применение потенциометрического метода Вопросы: 1.Теоретические основы метода. 2.Классификация методов потенциометрического анализа. 3 Электроды, используемые в потенциометрии. 4. Расчетные задачи в потенциометрическом методе. 5.Практическое использование потенциометрии: определение рН. Содержание занятия Потенциометрический анализ основан на измерении потенциала индикаторного электрода, зависящего от состава исследуемого раствора. Если металлический электрод опустить в раствор его соли, то значение его потенциала можно рассчитать по уравнению Нернста: Å Å0 RT ln C , nF где Е0—нормальный потенциал металла; R—газовая постоянная (8,314Дж) 66 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 67 из 116 T—абсолютная температура, К; F—число Фарадея (96500 кул); C—концентрация раствора. Если платиновый электрод опустить в стакан с раствором, содержащим окисленную и восстановленную форму какой-либо пары, то потенциал можно определить, используя уравнение Нернста в следующем виде: Å Å0 îê , RT ln âîñ nF где [ок]—концентрация окисленной формы; [вос]—концентрация восстановленной формы вещества. Электроды, используемые в потенциометрии, можно разделить на следующие типы: электроды I и II рода, окислительно-восстановительные, ионоселективные электроды. Металлические электроды, опущенные в раствор своей соли, является электродом I рода. Потенциал электродов I рода зависит от концентрации катионов в растворе. Потенциал электродов II рода зависит от концентрации соответствующих анионов в растворе. Примером может служить хлорсеребряный электрод. Этот электрод состоит из серебряной проволоки, покрытой хлоридом серебра, находящимся в контакте с раствором хлористого калия. Окислительно-восстановительные электроды изготавливаются из таких инертных металлов, как платина, золото, палладий. Потенциал такого электрода зависит от соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм. Ионоселективные или мембранные электроды представляют собой тонкую мембрану, способную обмениваться с ионами растворов. Потенциал обменивающихся мембранного ионов. электрода Представителем зависит от концентрации ионселективных электродов служит стеклянный электрод. В потенциометрии измеряют электродвижущую силу гальванического элемента, состоящего из индикаторного электрода и электрода сравнения. 67 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 68 из 116 Потенциал индикаторного электрода зависит от концентрации определяемых ионов: потенциал электрода сравнения во время анализа остается постоянным. Концентрацию раствора можно определить прямым или косвенным методами. При прямой потенциометрии концентрацию раствора вычисляют по уравнению Нернста, измеряя потенциал индикаторного электрода. Косвенный метод—потенциометрическое титрование— используется более широко. Потенциометрическое титрование можно проводить, используя различные методы объемного анализа: нейтрализации, осаждения, комплексонометрии, редоксометрии. Конец титрования определяют по резкому изменению потенциала индикаторного электрода вблизи точки эквивалентности. Наиболее простым способом нахождения точки эквивалентности (эквивалентного объема) является графическое построение кривой титрования. При этом на оси абсцисс откладывают объем прилитого титрованного раствора (V), а на оси ординат—одну из следующих величин: Е, рН. Более точно точка эквивалентности находится по пересечению ветвей дифференциальной кривой титрования, построенной в координатах: V E pH , V V V V E Потенциометрический метод используется не только для определения концентрации раствора, но и для определения константы (произведения) растворимости, констант диссоциации, гидролиза, комплексообразования и др. К достоинствам потенциометрического анализа относится его высокая чувствительность, окрашенных возможность растворах, предварительного проводить определение дифференциально разделения титровать компонентов. в мутных, смеси без Потенциометрическое титрование возможно также проводить в водных, неводных и смешанных растворах. Аналитические определения 68 этим методом можно ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 69 из 116 автоматизировать, это не требует больших затрат, так как приборы сравнительно дешевы. Пример. Вычислить потенциал хингидронного электрода в точке эквивалентности при титровании 0,1N раствора муравьиной кислоты раствором NaOH той же концентрации. Электродом сравнения служит 0,1N каломельный электрод. Температура 200С. Решение: Е01-Е02, где Е01—стандартный потенциал, имеющий большее значение; Е02—стандартный потенциал, имеющий меньшее значение. Е0хин.= 0,7036В Е0кал.=0,3370В. Ехин.= Е0хин.-0,058рН; Е= Е0хин.-0,058рН- Е0кал. В точке эквивалентности в растворе находится соль, образованная слабой кислотой (НСООН) и сильным основанием (NaOH). рН гидролизующейся соли рассчитываем по уравнению: 1 2 1 2 рН=7+ рК а lg сол и (рКа=3,75). рН=7+ 3,75 1 lg 101 =7+1,87-0,5=8,37. 2 2 (Расчеты приведены без учета разбавления). Рассчитаем потенциал хингидронного электрода относительно каломельного Е=0,7036-0,058-8,37-0,337=-0,1189В Активные формы проведения занятий: -выполнение учебно-исследовательских работ по определению рН растворов различных электролитов. Работа в малых группах .Для выполнения работы используются методические указания. Шишлова Т. М. Методические рекомендации к лабораторным работам по количественному анализу / Т.М.Шишлова. – Уссурийск: ПГСХА, 2008. - 35с. 69 Изд-во Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 70 из 116 Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 2. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. Занятие №19-21. Амперометрическое титрование (6 часов) Цель: освоить практическое применение метода амперометрического титрования Вопросы: 1.Теоретические основы метода. 2.Построение калибровочной кривой амперометрического титрования в координатах: сила тока - объем титранта. 3.Практическое использование амперометрического титрования: определение цинка гексацианоферратом (2) калия. Содержание занятия Амперометрическое титрование представляет собой разновидность полярографического метода анализа. 70 Амперометрическое титрование ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 71 из 116 проводится следующим образом: часть исследуемого раствора помещают в электролизер, снабженный индикаторным электродом и электродом сравнения. В процессе титрования после прибавления отдельных порций реактива отмечают силу тока при напряжении, соответствующем величине предельного тока. По этим данным строят калибровочную кривую амперометрического титрования в координатах: сила тока—объем титранта и по графику находят эквивалентности. В качестве индикаторного электрода в амперометрическом титровании обычно применяют вращающиеся платиновые, графитовые и другие твердые электроды. Вид кривой амперометрического титрования зависит от того, какой компонент реакции титрования вступает в электродную реакцию определяемое вещество, титрант или продукт реакции. В методах амперометрического титрования используют реакции осаждения, комплексообразования Необходимо, чтобы реакция, и протекающая окисления-восстановления. при амперометрическом титровании, удовлетворяла тем требованиям, которые предъявляются к реакциям в титриметрических методах. Амперометрическое титрование применяется для определения катионов и анионов в различных технических и природных объектах, минеральном сырье и продуктах его переработки, природных водах, промышленных растворах и т.д., а также в анализе многих органических веществ Активные формы проведения занятия: - методы развития личной образовательной среды обучения (привлечение личного опыта студента, практическая ориентация, работа с дополнительными источниками информации). -выполнение учебно-исследовательской работы по построению калибровочной кривой амперометрического титрования в координатах: сила тока—объем титранта и определению цинка гексацианоферратом (2) калия . 71 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 72 из 116 Работа в малых группах. Шишлова Т. М. Методические рекомендации к лабораторным работам по количественному анализу / Т.М.Шишлова. – Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2008. - 35с. Основная литература 1. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 2. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 2. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. Занятие№ 22-25. Статистическая обработка результатов количественного анализа. Некоторые понятия математической статистики и их использование в количественном анализе (8 часов) Цель: освоить обработку результатов анализа с применением методов математической статистики и программы «Statistic». 72 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 73 из 116 Вопросы: 1.Теоретические основы статистической обработки результатов 2. Практическая обработка результатов анализа с применением методов математической статистики и программы «Statistic». Содержание занятия При количественном конкретных объектах определении необходимо каких-либо оценить компонентов надежность и в точность проведения анализа. Точность анализа, метода, методики или стадии определения можно охарактеризовать двумя количественными характеристиками – правильностью (точностью) и воспроизводимостью. Правильность (точность) характеризует отклонение полученного результата анализа от истинного значения измеряемой величины или близостью к нулю разности между средним арифметическим и истинным значением определяемой величины. Воспроизводимость характеризует степень близости результатов единичных определений друг к другу. Отклонение результата анализа от истинного содержания определяемого компонента называется погрешностью (ошибкой) определения. Погрешности (ошибки) количественного анализа по характеру проявления условно подразделяют на систематические, случайные и грубые (промахи). Погрешности по способу вычисления делятся на абсолютные и относительные. При изучении учебного материала следует разобраться в выше указанных метрологических характеристиках. Обратите внимание на причины появления погрешностей и их устранение. 73 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 74 из 116 Достоверность полученных результатов анализа оценивается при помощи метрологических характеристик, рассчитываемых методом математической статистики при обработке результатов анализа. Ознакомьтесь с некоторыми понятиями математической статистики и их использованием в количественном анализе. Оптимальный объем выборки, среднее значение определяемой величины (среднее), отклонение, дисперсия, дисперсия среднего, стандартное отклонение (среднее квадратичное отклонение), стандартное отклонение среднего, относительное стандартное отклонение, доверительный интервал (доверительный интервал среднего, полуширина доверительного коэффициент интервала), нормированных доверительная вероятность, (коэффициент Стьюдента), отклонений относительная (процентная) ошибка среднего результата. Грубые промахи и их исключение. Необходимо разобраться воспроизводимости, а в также оценке уметь методов сравнить правильности два метода и по воспроизводимости. При представлении результатов количественного анализа обычно указывают и рассчитывают следующие статистические характеристики: xi результаты единичных определений (варианты); n – число независимых параллельных определений (объем выборки); x¯ - среднее значение определяемой величины: s – стандартное отклонение; Δx¯- полуширину доверитель-ного интервала (с указанием значения доверительной вероятности Р ); х¯+Δx¯– доверительный интервал (доверительный интервал среднего); ε¯- относительную (процентную) ошибку среднего. Эти характеристики составляют необходимый и достаточный минимум величин, описывающих результаты количественного анализа при условии, что систематические ошибки устранены или они меньше случайных. 74 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 75 из 116 Иногда дополнительно указывает также дисперсию V = s2, дисперсию среднего Vx- = V / n , стандартное отклонение среднего sx- = s/ n , относительное стандартное отклонение sr = s / x- . При необходимости эти величины легко вычислить из выше приведенных величин. Перед обработкой данных с применением методов математической статистики необходимо выявить промахи и исключить их из числа рассматриваемых результатов т.е. работать с однородной выборкой. Наличие грубых промахов определяют по величине Q – критерия. Варианты выборки располагают в порядке возрастания их численных значений и только затем рассчитывают Q – критерий по формулам: Q1 = x 2 – x1 / xn – x1; Q2 = xn - xn-1 / xn-x1 Полученные значения сравнивают с критическим значением Qкрит при заданной доверительной вероятности Р. Если Qэксп > Qкрит выпадающий результат является промахом и его отбрасыват. Если Qэксп ≤ Qкрит , то результат не отбрасывают. Пример решения типовой задачи Пример. При определнии содержания свинца в сплаве получены следующие результаты, %:14,50; 14,43; 14,54; 14,45; 14,44; 14,52; 14,58; 14,40; 14,25; 14,49. Обработать эти данные методом математической статистики. Сколько значащих цифр следует указать в результате? Решение. Перед статистической обработкой результатов анализа оцениваем наличие грубых ошибок по Q–критерию. Располагаем экспериментальные данные в порядке возрастания величин: 14,25; 14,40; 14,43; 14,45; 14,49; 14,50; 14,52; 14,54; 14,58. Предполагаем, что значения 14,25 и 14,58 являются результатами грубой ошибки. Рассчитываем Qкритерий для этих величин Q1 = 14,45 – 14,25 / 14,58 – 14,25 = 0,15 / 0,33=0,45; Q2 = 14,58 – 14,54 / 14,58 – 14,25 = 0,04 / 0,33=0,12. 75 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 76 из 116 Для Р = 0,95 и n = 10 табличное значение Qкрит = 0,42; Q1 > 0,42, поэтому значение 14,25 считаем недостоверным и исключаем из числа статистических величин. В измерении 14,58 - грубая ошибка отсутствует, так как Q2 < 0,42. Вычисляем среднее арифметическое значение из 9 определений: ∑хі 14,40 + 14,43 + 14,45 + 14,49 + 14,50 + 14,52 + 14,54 + 14,58 x¯= ―― = ————————————————————————— — = 14,48 Находим стандартные отклонения: S= (x x) 2 n 1 (0,082) 2 + (0,05)2 + (0,04)2 + (0,03)2 + (0,01)2 + (0,02)2 + (0,04)2 + (0,06)2 + (0,10)2 S =√————————————————————————————— ———— = 0,0582 Определяем стандартные отклонения среднего результата: Sx- = S n ( x x) 2 i n 0,0582 0,0194 9 Рассчитываем точность (правильность) измерений: ε- = tp,ƒ = S = tp,ƒ·Sx n tp,ƒ = 2,31 при Р = 0,95, ƒ = 9-1 ε- = 3,31 · 0,0194 = 0,0448 Среднее значение результата анализа свинца при Р = 0,95 определяется доверительным интервалом по формуле : x¯ ± tp,ƒ· Sx = x¯ ± Δx¯- = (14,48 ± 0,04) ε = (Δx¯/x) ·100% = (0,04/14,48)·100 = 0,27% 76 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 77 из 116 Результат определения должен быть представлен числом с двумя значащими цифрами после запятой, так как это соответствует полученной точности анализа Итоговая таблица: 14,50; 14,43; 14,54; 14,45; 14,44; 14,52; 14,58; 14,25; 14,49 хi 9 n 14,48 ¯ x 0,0582 s 0,040 (Р = 0,95) Δx¯ 14,48 ± 0,04 x¯±Δx¯ - ε 0,27% Активные формы проведения занятий: - метод решения учебных задач на основе анализа конкретных ситуаций. Под известной понимается ситуация, для решения которой имеются конкретные образцы. В случае задач на основе анализа конкретных (известных) ситуаций сначала разбирается стандартный метод решения, выявляется алгоритм деятельности, рассматриваются образцы решения задачи согласно выявленному алгоритму в нескольких вариантах. Далее студентам предлагается осуществить самостоятельное решение однотипных задач. Для выполнения заданий используются методические рекомендации. . Шишлова Т. М. Методические указания по аналитической химии. Часть 2. 77 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 78 из 116 Количественный анализ / Т.М.Шишлова. – Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2007. - 28 с. Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1.Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. 78 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 79 из 116 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ по дисциплине «Физико-химические методы анализа» 050100.68 – «Педагогическое образование» Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 79 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 80 из 116 Студенту рекомендуется следующая схема подготовки к семинарскому занятию: 1. Проработать конспект лекций; 2. Прочитать основную и дополнительную литературу, рекомендованную по изучаемому разделу; 3. Ответить на вопросы плана семинарского занятия; 4. Выполнить домашнее задание; 5. Проработать тестовые задания и задачи; 6. При затруднениях сформулировать вопросы к преподавателю. Тема 1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ АНАЛИЗА (26 часов) Вопросы: 1. По цели: качественный и количественный. 2. По свойствам и физическому строению и ограниченных друг от друга поверхностями раздела - фазовый анализ. 3. По способу выполнения: химические, физические и физико- химические (инструментальные) методы. 4. По массе пробы. Рекомендуемая литература по теме: Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального 80 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 81 из 116 образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. Тема 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ (26 часов) Вопросы: 1. Способы выполнения аналитических реакций 2. Классификация аналитических реакций 3. Реакции, используемые в аналитической химии 4. Сигналы методов качественного анализа Рекомендуемая литература по теме: Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 81 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 82 из 116 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. Тема 3. Аналитическая классификация катионов и анионов (26 часов) Вопросы: 1.Схема анализа по идентификации неизвестного вещества 2. Методы разделения и концентрирования 3. Требования, предъявляемые к методам анализа Рекомендуемая литература по теме: Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 82 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 83 из 116 Задания для самостоятельной работы (78 часов) 1. Для рефрактометрического определения состава водно-ацетоновых растворов приготовлены стандартные растворы ацетона, массовые доли и показатели преломления которых соответственно равны: ω, % 10 20 30 40 50 n 1,3340 1,3410 1,3485 1,3550 1,3610 Определить содержание ацетона в растворах, показатели преломления которых равны 1,3450 и 1,3500. 2. По приведенным данным зависимости удельной электропроводности раствора NH4Cl от его концентрации построить градуировочный график и по нему определить содержание NH4Cl в растворе, удельное сопротивление которого равно 4,4 Ом· ω, % 5 10 15 20 25 χ , Ом -1·см -1 0,09 0,17 0,25 0,336 0,40 18 76 86 5 25 3. Для полярографического определения индия в полупроводнике приготовлены стандартные растворы, для которых предельный ток оказался соответственно равным: С, 10 -6 г / 10 мл 0,2 0,4 0,6 0,8 I пред., м А 2,3 4,4 6,6 8,7 Определить массовую концентрацию индия (г / мл) в его растворе, если значение предельного тока при анализе 10 мл этого раствора составляет 5 м А. 4. Рассчитать молярную и удельную рефракции раствора ССl4, если его показатель преломления равен 1,4603, а плотность раствора - 1,604 г/мл. Определить те же величины по значениям атомных рефракций: R (С) = 2,418; R (CI) = 5,967 см3/моль. 5. Электродвижущая сила гальванического элемента 83 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 84 из 116 Pt (H2) H2SO4 Hg2Cl2 Hg при 25 С равна 0,571 В. Рассчитать концентрацию ионов водорода и рН раствора, если молярная концентрация ионов Hg22+ равна 1 моль/л, а Е (Hg22+/ Hg) = + 0,283 В. 6. При рефрактометрическом исследовании пропилового спирта в воде приготовлены стандартные растворы, показания рефрактометра которых имеют следующие значения: ω спирта, % 5 10 15 20 25 3 0 Показания рефрактометра 9. 90 14, 0 19, 23, 0 28, 8 3 0 2,0 Определить по графику массовую долю пропилового спирта в исследуемых растворах, если их показания по шкале рефрактометра равны 11,8 и 27,5. 7. Для определения концентрации олова в сплаве приготовлены стандартные растворы, при анализе которых методом полярографии получены следующие данные: С, мг / мл 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 h волны, мм 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 Определить массовую долю олова в 2,5 г пробы, если при анализе 50 мл его раствора высота полярографической волны равна 6 мм. 8. При поляриметрическом анализе растворов хинина приготовлены стандартные растворы, показания поляриметра которых имеют следующие значения: ω, % 5 10 15 20 25 30 Показания 2,7 5,5 8,4 11, 14, 17, поляриметра 4 84 3 7 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 85 из 116 Определить массовую долю хинина в анализируемых растворах, если показания поляриметра равны 10,3 и 15,8 мм. 9. Обменная емкость анионита составляет по хлорид-иону 3,6 мольионов / г. Определить, сколько граммов ионита следует взять для извлечения ионов хлора из 200 мл 0,1 н раствора хлорида натрия. 10. При исследовании раствора этилового спирта методом газовой хроматографии на хроматограммах получены следующие величины пиков в зависимости от массовой концентрации раствора: С, мг / 0,02 мл 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 h, мм 18 34 50 66 83 Определить массовую долю этилового спирта в растворе с плотностью 0,91 г/мл, если для 0,02 мл исследуемого раствора на хроматограмме получены пики высотой 48 и 67,5 мм. 11. Для работы по методу стандартных серий приготовлен стандартный раствор меди растворением 0,854г CuSO4∙5H2O в 1,00дм3 раствора. Из него при добавлении аммиака приготовили 10 окрашенных стандартов от 1,00 до 10,00см3 стандарта в 20,00см3 раствора. Навеска 0,520г исследуемого вещества растворена в 250,00см3 раствора после взаимодействия 5,00см3 исследуемого раствора с аммиачным раствором и разбавлении до 20,00см3 интенсивность окраски раствора получилось равной интенсивности окраски восьмого стандарта. Вычислите процентное содержание меди в исследуемом образце. 12. Рассчитать мольную рефракцию четыреххлористого углерода, если показатель преломления n20Д=1,4603, а плотность d20=1,604. сравнить найденную рефракцию с вычисленной по таблицам атомных рефракций связей. 85 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 86 из 116 13. Вычислить рН раствора по следующим данным: индикаторный электрод—водородный, электрод сравнения—насыщенный каломельный, температура 35 С0, ЭДС равна 0,527В. 14. При полярографировании стандартных растворов соли цинка определено: СZn2+,% 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 h,мм 8,0 14,0 22,0 28,0 37,0 Вычислите содержание в анализируемом растворе цинка методом калибровочного графика, если высота полярографической волны исследуемого раствора 25,0мм. 15. Навеску сплава массой 0,6578г растворили и через полученный раствор в течение 20мин пропускали ток силой 0,2000А, в результате чего на катоде полностью выделилась медь. Определить массовую долю (%) меди в сплаве, если выход по току составлял 80,0%. 16. Рассчитать Rf при хроматографировании на бумаге по следующим данным: расстояние центра пятна от старта 3см, расстояние от старта до фронта растворителя 15см. 17. При фотометрическом определение меди в растворе получили следующие данные (г/дм3): 5,1∙10-3, 5,5∙10-3, 5,4∙10-3, 5,8∙10-3, 5,2∙10-3. Вычислите стандартное отклонение единичного определения и доверительный интервал среднего значения (для α=0,95). 18.При фотометрическом определения висмута получили следующие значения концентраций (моль/ дм3): 8,35∙10-5, 8,00∙10-5, 8,50∙10-5, 8,45∙10-5, 8,05∙10-5, 7,90∙10-5, 8,15∙10-5. Вычислить стандартное отклонение и доверительный интервал среднего значение (для α=0,95). 19. При определение содержания марганца в почве получили следующие результаты, %: 5,3∙ 10-2, 5,9∙ 10-2, 7,3∙ 10-2, 12,0∙ 10-2, 6,9∙ 10-2, 4,3∙ 10-2, 3,8∙ 10-2, 86 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 87 из 116 6,3∙ 10-2, 10,0∙ 10-2, 4,8∙ 10-2. Вычислить стандартное отклонение и доверительный интервал среднего значения (для α=0,95). 20. При исследование раствора получили следующие значения рН: 5,48; 5,45; 5,30; 5,55. Определить, является ли значение рН 5,30 грубой ошибкой? Рекомендуемая литература по теме: Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. Методические указания При количественном конкретных объектах определении необходимо каких-либо оценить компонентов надежность и в точность проведения анализа.Точность анализа, метода, методики или стадии определения можно охарактеризовать двумя количественными характеристиками – правильностью (точностью) и воспроизводимостью. 87 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Правильность (точность) характеризует отклонение Лист 88 из 116 полученного результата анализа от истинного значения измеряемой величины или близостью к нулю разности между средним арифметическим и истинным значением определяемой величины. Воспроизводимость характеризует степень близости результатов единичных определений друг к другу. Отклонение результата анализа от истинного содержания определяемого компонента называется погрешностью (ошибкой) определения. Погрешности (ошибки) количественного анализа по характеру проявления условно подразделяют на систематические, случайные и грубые (промахи). Погрешности по способу вычисления делятся на абсолютные и относительные. При изучении учебного материала следует разобраться в выше указанных метрологических характеристиках. Обратите внимание на причины появления погрешностей и их устранение. Достоверность полученных результатов анализа оценивается при помощи метрологических характеристик, рассчитываемых методом математической статистики при обработке результатов анализа. Ознакомьтесь с некоторыми понятиями математической статистики и их использованием в количественном анализе. Оптимальный объем выборки, среднее значение определяемой величины (среднее), отклонение, дисперсия, дисперсия среднего, стандартное отклонение (среднее квадратичное отклонение), стандартное отклонение среднего, относительное стандартное отклонение, доверительный интервал (доверительный интервал среднего, полуширина коэффициент доверительного нормированных интервала), отклонений 88 доверительная вероятность, (коэффициент Стьюдента), ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 89 из 116 относительная (процентная) ошибка среднего результата. Грубые промахи и их исключение. Необходимо разобраться воспроизводимости, а также в оценке уметь методов сравнить правильности два метода и по воспроизводимости. При представлении результатов количественного анализа обычно указывают и рассчитывают следующие статистические характеристики: xi - результаты единичных определений (варианты); n – число независимых параллельных определений (объем выборки); x¯ - среднее значение определяемой величины; s – стандартное отклонение; Δx¯- полуширина доверительного интервала (с указанием значения доверительной вероятности Р ); х¯+Δx¯– доверительный интервал (доверительный интервал среднего); ε¯- относительную (процентную) ошибку среднего. Эти характеристики составляют необходимый и достаточный минимум величин, описывающих результаты количественного анализа при условии, что систематические ошибки устранены или они меньше случайных. Перед обработкой данных с применением методов математической статистики необходимо выявить промахи и исключить их из числа рассматриваемых результатов т.е. работать с однородной выборкой. Наличие грубых промахов определяют по величине Q – критерия. Варианты выборки располагают в порядке возрастания их численных значений и только затем рассчитывают Q – критерий по формулам: Q1 = x 2 – x1 / xn – x1; Q2 = xn - xn-1 / xn-x1 Полученные значения сравнивают с критическим значением Qкрит при заданной доверительной вероятности Р. Если Qэксп 89 > Qкрит выпадающий ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 90 из 116 результат является промахом и его отбрасывают. Если Qэксп ≤ Qкрит , то результат не отбрасывают. При решении задач по физико-химическим методам анализа следует использовать расчетные формулы соответствующего метода. Если в задаче указано несколько значений концентраций растворов и соответствующих им показаний прибора, то по этим данным необходимо построить градуировочный график. При его построении следует: а) использовать для построения графика миллиметровую бумагу; б) значения концентраций откладывать на оси абсцисс, а соответствующие им показания приборов (значения физических величин) на оси ординат; в) масштаб по осям координат выбрать таким образом, чтобы угол наклона графика был приблизительно равен 45 о; г) зависимость между физической величиной, измеряемой в методе, и концентрацией раствора изобразить прямой линией. Но вследствие некоторого разброса значений экспериментальных данных, прямую линию следует провести усреднённо, то есть между точками (примерно на одинаковом расстоянии от каждой из них). Далее, используя построенный график, определяют содержание вещества в анализируемом растворе или образце. Пример. Из навески стали 0,2542г после соответствующей обработки получили 100см3 окрашенного раствора окисного диметилглиоксимина никеля. Относительная оптическая плотность этого раствора равна ДХ (отн) оказалась 0,55. для построения калибровочного графика взяли три стандартных раствора с содержание никеля 8,00; 10,00 и 12мг в 100,00см 3, профотометрировали их и получили относительные оптические плотности (ДОТН) соответственно 0,24; 0,46 и 0,70 раствор сравнения содержал 6мг Ni2+ в 100,00см3. определить массовую долю никеля в стали. 90 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 91 из 116 Решение. Строим калибровочный график, откладывая на оси ординат значение относительной оптических плотностей, а на оси абсцисс— концентрации растворов никеля в мг/100см3 (рис.1). ДОТН 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 8 10 СNi мг/100см3 рис.1 Калибровочный график Раствор сравнения дает четвертую точку графика, лежащую непосредственно на оси абсцисс. Откладываем на графике ДХ (отн.)=0,55 и находим соответствующую ей величину СХ=10,7 мг/100см3. следовательно, количество никеля в анализируемом растворе с учетом разбавления составит 10,7∙10 -3г. отсюда, находим процентное содержание никеля в стали: àNi 100% 10,7 103 100% 4,20%. àñòàëè 0,2542 Пример. При достаточно медленном введении вещества КI в разбавленный раствор вещества AgNO3 возможно образование гидрозоля вещества AgI. Напишите формулу мицелл и укажите знак электрического заряда коллоидных частиц этого золя. Какое из рекомендованных веществ является наиболее экономичным коагулятором этого золя? Коагулятор: NaF, Ca(NO3)2, K2SO4. 91 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 92 из 116 Решение. Если в раствор AgNO3 постепенно при интенсивном перемешивании вливать раствор КI, то осадок иодида серебра формируется в присутствии ионов Ag+, NO3- и К+ (ионы I- в этих условиях сразу же связываются в AgI и поэтому в системе отсутствуют). В таких условиях на поверхности кристаллов m(AgI) будут адсорбироваться согласно правилу Панета – Фаянса ионы Ag+. В результате образуются ядра коллоидных частиц, несущие в среднем по n положительных электрических зарядов, поступивших с ионами Ag+ (потенциалопределяющие ионы); mAgI n Ag+n+. Под действием сил электростатического взаимодействия из раствора к ядрам притягиваются в среднем по (n – х) присутствующих в системе противоионов NO3- (ионы, знак электрических зарядов которых противоположен знаку зарядов ядер. В итоге образуются положительно заряженные коллоидные частицы: m AgI n Ag+n+(n – х) NO3-х+. Средний заряд х коллоидных частиц равен алгебраической сумме электрических зарядов потенциалопределяющих ионов и противоионов, входящих в состав этих частиц: х = n – (n – х). Наряду с силами электростатического взаимодействия, в дисперсной системе действуют и силы диффузии. Вследствие этого часть противоионов NO3- остается в растворе и обладает свободой движения. Совместно с этими свободными противоионами NO3- коллоидные частицы составляют так называемые мицеллы, средний состав которых можно описать формулой: (1) m AgI n Ag+n+(n – х) NO3-х+ х NO3-. Если изменить условия формирования осадка иодида серебра: раствор AgNO3 вливать в раствор KI, то процесс будет идти в присутствии ионов K+, I- и NO3- (ионы Ag+ в этих условиях сразу же связываются в AgI и поэтому в системе отсутствуют). Это влечет за собой изменение знака электрических зарядов ядер коллоидных частиц и приводит к изменению знака 92 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 93 из 116 электрических зарядов самих коллоидных частиц. Наряду с этим изменится и средний состав мицелл: (2) m AgI n I-n-(n – х) K+х- х K+. Как следует из выше изложенного, в любом случае мицеллы электронейтральны. Они как бы представляют собой структурные единицы коллоидной системы. Коагулирующее действие оказывают лишь те ионы электролита, знак электрического заряда которых противоположен знаку заряда коллоидных частиц рассматриваемой дисперсной системы. Эти ионы называются ионамикоагуляторами, а электролит, в состав которого они входят – электролитомкоагулятором. Для (1) ионами коагуляторами являются F-, NO3-, SO42-, а для (2) – Na+, Ca2+, K+. По правилу Шульце – Гарди: коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона – коагулятора. 93 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 94 из 116 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске КОНТРОЛЬНО - ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ по дисциплине «Физико-химические методы анализа» 050100.68 – «Педагогическое образование» Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 94 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 95 из 116 Тесты для промежуточной аттестации 1). Понятие «равновесие» означает состояние, в котором 1 - Количества реагентов равны количествам продуктов реакции 2 - Концентрации веществ не изменяются со временем и отсутствуют потоки массы и энергии 3 - Массы продуктов реакции равны массам исходных веществ 4 - Внутренняя энергия равна нулю 2) 0. Состояние химического равновесия характеризуется тремя обязательными признаками. Это 1 - Нулевое значение энергии активации; открытая химическая система; положительный тепловой эффект 2 - Положительное значение энергии активации; присутствие катализатора; равенство скоростей прямой и обратной реакций 3 - Изолированная система; равенство скоростей прямой и обратной реакций; отсутствие видимых изменений в системе 4 - Закрытая система; равенство скоростей прямой и обратной реакций; нулевое значение энергии активации 3). Химическое равновесие называют динамическим, потому что… 1 - Два противоположных процесса оказываются сбалансированными 2 - В результате совершается работа 3 - В результате поглощается или выделяется энергия 4 - Два противоположных процесса протекают с одинаковыми скоростями 4)Химические реакции, протекающие направлениях, называют… 1 - Кинетическими 2 - Термохимическими 3 - Обратимыми 95 в противоположных ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 96 из 116 4 - Каталитическими 5). В химической литературе иногда встречается жаргонное утверждение: «химическая реакция не всегда доходит «до конца»; оно означает, что… 1 - Исходные вещества лишь частично превращаются в продукты реакции 2 - Реакция обратима 3 - Исходные вещества полностью израсходовали внутреннюю энергию 4 - Продукты реакции начинают оказывать ингибирующее действие 6). Состояние химического равновесия обратимых процессов количественно характеризуют… 1 - Равновесными концентрациями продуктов реакции 2 - Константой Больцмана 3 - Константой равновесия 4 - Энергией активации 7). При достижении химического равновесия концентрации веществ… 1 - Не изменяются 2 - Увеличиваются для продуктов и уменьшаются для исходных веществ 3 - Не могут быть определены 4 - Достигают одинаковых значений 8). Изменения, происходящие в обратимой химической системе, определяются Принципом подвижного равновесия, называемым … 1 - Правилом Аррениуса 2 - Принципом запрета Паули 3 - Принципом Ле-Шателье 4 - Законом Гесса 9). Принцип подвижного равновесия утверждает, что внешнее воздействие на равновесную систему приводит к смещению равновесия в том 96 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 97 из 116 направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется. При этом подразумевается три типа внешнего воздействия: 1 - Давление, объем, катализатор 2 - Давление, концентрация, объем 3 - Температура, концентрация, давление 4 - Температура, давление, катализатор 10). Выход реакции велик в том случае, если… 1 - Константа равновесия К >> 1 2 - Константа равновесия К<< 1 3 - Используется катализатор 4 - Используется ингибитор 11). Смешали по 4 моля веществ А, В,С и D. После установления равновесия А + В ↔ С + D в смеси обнаружили 2 моля вещества А. Рассчитайте константу равновесия. 1-9 2 - 25 моль 3-4 4 - 1 моль 12). Константа скорости прямой реакции равна 625 л/(моль. с), а обратной реакции равна 5 л/(моль. с). Какое из уравнений химических реакций описывает данное равновесие? 1-А=В+С 2 - 2А = В 3 - А + В = 2С 4-А+В=С 13). Как изменяется константа равновесия при повышении температуры? 1 - Уменьшается 97 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 98 из 116 2 - Увеличивается для эндотермических реакций и уменьшается для экзотермических 3 - Увеличивается 4 - Сначала увеличивается, а затем уменьшается 14). Известно, что теплота превращения графита в алмаз не велика: С(графит) ↔С(алмаз) -1,9 кДж. Казалось бы, в таком случае при нагревании легко осуществить синтез искусственных алмазов. Однако для реального сдвига равновесия даже высокой температуры оказывается недостаточно. И тогда исследователи обратили внимание на следующий факт: плотность алмаза (3,5 г/см3) больше плотности графита (2,2 г/см3). Следовательно, чтобы сместить равновесие вправо в реакции образования алмаза, необходимо… 1 - Значительно уменьшить давление, поскольку графит занимает меньший объем, чем алмаз 2 - Значительно увеличить давление, поскольку алмаз занимает меньший объем, чем графит 3 - Использовать катализатор 4 - Значительно понизить температуру 15). Константа равновесия связана с термодинамическими функциями: энтальпией, энтропией, свободной энергией Гиббса. Какое уравнение отражает связь константы равновесия с энергией Гиббса при стандартных условиях? 1 - ΔG = -19,1 T lg Kc 2 - ΔG = - RT ln Kc 3 - ΔG = ln Kc/RT 4 - ΔG = - RT/ln Kc 98 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 99 из 116 Итоговая аттестация Тесты для итоговой аттестации 1). Скорость химической реакции – это… 1 - Время, за которое полностью расходуется одно из исходных веществ 2 - Время, за которое заканчивается реакция 3 - Изменение количества вещества реагентов или продуктов реакции в единицу времени в единице объема 4 - Количество вещества продуктов реакции к моменту окончания реакции 2). От каких факторов не зависит скорость химических реакций в растворе? 1 - От природы реагирующих веществ 2 - От концентрации реагирующих веществ 3 - От температуры 4 - От объема реакционного сосуда 3). В каких единицах выражается скорость химической реакции? 1 - Моль. л-1.с-1 2 - Молекула. см-3.с-1 3 - Моль2.с 4 - Безразмерная величина 4). Зависимость скорости реакции общего типа аА + bВ → dD + eE от концентрации описывается основным постулатом химической кинетики – законом действующих масс. Его математическое выражение: 1 - W = k[A][B] 2 - W = k[A]a[B]b 3 - W = k[A]x[B]y 4-W=k 99 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 100 из 116 5). Константа скорости k в законе действующих масс – это… 1 - Скорость реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ 2 - Безразмерный коэффициент пропорциональности между скоростью и концентрациями 3 - Коэффициент в уравнении Вант - Гоффа 4 - Изменение концентрации вещества к моменту окончания реакции 6). Числа x и y в законе действующих масс ( см. задание 4) - это… 1 - Стехиометрические коэффициенты химической реакции 2 - Молекулярность реакции 3 - Формальные числа, которые называют порядком реакции по веществам А и В 4 - «Описка» - вместо x и y в законе действующих масс должны стоять коэффициенты а и b 7).Общий порядок реакции – это… 1 - Сумма показателей степеней в кинетическом уравнении 2 - Число молекул, участвующих в реакции 3 - Порядок приливания реагирующих веществ 4 - Сумма коэффициентов в уравнении реакции 8). Показатели степени x и y в законе действующих масс редко совпадают со стехиометрическими коэффициентами а и b в химической реакции аА + bВ → dD + eE. Совпадение бывает в случае, если… 1 - Реакция протекает чрезвычайно медленно 2 - Реакция является элементарной 3 - Реакция протекает по цепному механизму 4 - Реакция протекает в присутствии катализатора 9). Элементарная реакция – это… 1 - Реакция, которую нельзя 2разбить» на более простые реакции 100 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 101 из 116 2 - Единичный акт разрыва и (или) образования химических связей, протекающий через образование переходного комплекса 3 - Реакция, протекающая в присутствии катализатора 4 - Реакция, протекающая с выделением теплоты 10). Большинство химических реакций состоит из нескольких элементарных реакций, называемых иногда элементарными стадиями. Число частиц, одновременно участвующих в элементарной реакции, называют… 1 - Общим порядком реакции 2 - Переходным комплексом реакции 3 - Стехиометрией процесса 4 - Молекулярностью реакции 11). Какие из перечисленных величин могут принимать отрицательные значения? 1 - Скорость химической реакции 2 - Порядок реакции 3 - Молекулярность реакции 4 - Константа скорости 12). Какие из перечисленных величин не могут принимать дробные значения? 1 - Скорость химической реакции 2 - Порядок реакции 3 - Молекулярность реакции 4 - Константа скорости 13). Ни одна химическая реакция не протекает мгновенно. Во всех реакциях между реагентами и продуктами существует некоторое переходное состояние или переходный (активированный) состояние – это… 1 - Уже не реагенты, но еще не продукты 101 комплекс. Переходное Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 102 из 116 2 - Продукт, полученный под воздействием излучения 3 Непрерывная - совокупность всех конфигураций ядер, соответствующих переходу от реагентов к продуктам 4 - Реагент, обладающий самой низкой энтальпией образования 14). Установите соответствие: порядок реакции – размерность константы скорости. 1 - нулевой, 2 - первый, 3 - второй, 4 - третий С-1 Л/(моль. с) Л2/(моль2.с) Моль/(л. с) 15). Установите соответствие: порядок реакции – кинетическое уравнение 1 - нулевой, 2 - первый, 3 - второй Вопросы к зачету, 1 семестр 1. Физико-химические методы анализа, их классификация, достоинства и недостатки в сравнении с химическими методами объёмного анализа. 2. Абсорбционная спектроскопия (фотометрический анализ) Теоретические основы метода. Основы качественного и количественного абсорбционного анализа в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Абсорбционный спектральный анализ в инфракрасной области спектра 102 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. 3. Лист 103 из 116 Колориметрия: визуальная и электроколориметрия. Оптическая плотность раствора, параметры, определяющие её величину. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика 4. Эмиссионный спектральный анализ. Теоретические основы метода. Происхождение атомно-эмиссионных спектров. Зависимость интенсивности спектральных линий Чувствительность и элемента от концентрации точность метода. Основы этого элемента. качественного и количественного эмиссионного спектрального анализа. 5. Люминесценция. Виды люминесценции и вызывающие ее причины. Сортовой анализ, его применение в анализе 6. Рефрактометрия. Преломление света, показатель преломления, параметры, влияющие на его величину. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. 7. Поляриметрия. Поляризованный свет, угол вращения плоскости поляризации и параметры, влияющие на его величину. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. 8. Хроматография. Классификация методов по механизму и способу разделения веществ. 9. Ионообменная хроматография. Понятие об ионитах. Области их применения. 10. Газовая и газо-жидкостная хроматография: устройство хроматографа, основы качественного и количественного анализа, чтение хроматограммы. 11. Тонкослойная хроматография: хроматограммы, применение. 103 техника выполнения, чтение ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 104 из 116 Вопросы к зачету, 2 семестр 1. Кондуктометрия. Удельная и эквивалентная электропроводность. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. Кондуктометрическое титрование. 2. Потенциометрия. Понятие об электроде и электродном потенциале. Гальванический элемент и его электродвижущая сила. Потенциометрическое титрование. 3. Применение потенциометрического титрования: титрование протолитов, титрование методом осаждения, комплексонометрическое титрование, редоксметрическое титрование. Потенциометрическое определение рН (рН-метрия). 4. Полярография. Полярографическая волна - основа качественного и количественного анализа. Потенциал полуволны и диффузионный ток. Проведение количественного анализа методом градуировочного графика. 5. Значение полярографии для анализа органических соединений. Новые направления в растворением, развитии полярографии: осциллографическая полярография полярография, с анодным полярография на переменном токе и др. 6. Электрофоретический метод техника выполнения, применение. 7. Погрешности (ошибки) количественного анализа Источники ошибок в количественном анализе. 8. Количественными характеристиками точности анализа: правильность (точность) и воспроизводимость. 9. Некоторые понятия математической статистики и их использование в количественном совокупность, анализе: выборка случайная (выборочная Стьюдента. 104 величина, варианта, совокупность), генеральная распределение Разработчик: Шишлова Т.М. 10. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Статистическая обработка количественного анализа. 105 и представление Лист 105 из 116 результатов Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 106 из 116 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ по дисциплине «Физико-химические методы анализа» 050100.68 – «Педагогическое образование» Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 106 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 107 из 116 Основная литература 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. Дополнительная литература 1. Астафьева, Л.С. Экологическая химия : учебник для сред. проф. образования / Л.С. Астафьева — М.: Академия, 2006 .— 224c. 2. Ложниченко, О.В. Экологическая химия : учеб. пособие для вузов по спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев. — М.: Академия, 2008 — 272c. 3. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Книга 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 559с. Электронные информационные образовательные ресурсы: http://znanium.com Жебентяев А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. – 325 с. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. 107 Разработчик: Шишлова Т.М. http://lib.uspi.ru ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Кислинский К.В., Шишлова Т.М. Лист 108 из 116 Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа. — Уссурийск : УОП ПГСХА, 2010. — 37 c. http://znanium.com Жебентяев А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. – 462 с. 108 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 109 из 116 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске ГЛОССАРИЙ по дисциплине «Физико-химические методы анализа» 050100.68 – «Педагогическое образование» Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 109 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 110 из 116 Аллотропия - явление существования химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам. Эти простые вещества, различные по строению и свойствам, называются аллотропными формами или аллотропными модификациями. Например, графит и алмаз - две аллотропные формы (модификации) углерода, молекулярный кислород и озон - две аллотропные модификации кислорода. При определенных условиях аллотропные модификации могут переходить друг в друга. Аморфное вещество - не кристаллическое вещество, т.е. вещество, не имеющее кристаллической решетки. Примеры: бумага, пластмассы, резина, стекло, а также все жидкости. Амфотерность - способность некоторых химических соединений проявлять кислотные или основные свойства в зависимости от веществ, которые с ними реагируют. Амфотерные вещества (амфолиты) ведут себя как кислоты по отношению к основаниям и как основания - по отношению к кислотам. Анионы - отрицательно заряженные ионы. Атом - мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства. Атом построен из субатомных частиц - протонов, нейтронов, электронов; наименьшее количество элемента, которое может содержаться в молекулах образуемых им соединений. Атомный номер - то же, что порядковый номер элемента в Периодической системе Д.И.Менделеева. Атомный номер численно равен положительному заряду ядра этого элемента, т.е. числу протонов в ядре данного элемента. Валентность - число электронных пар, с помощью которых атом данного элемента связан с другими атомами. 110 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 111 из 116 Вещество - В естествознании существует ряд понятий, которым трудно дать строгое определение. Вещество - одно из таких понятий. В общем смысле оно используется для обозначения того, что заполняет пространство и имеет массу. В более узком смысле - вещество это то, из чего состоят окружающие нас предметы. В химии чаще используется понятие конкретного вещества - хлорид натрия, сульфат кальция, сахар, бензин и т.д. См. также "простое вещество", "сложное вещество", "смесь". Водородная связь - один из видов межмолекулярных связей. Обусловлена в основном электростатическими силами. Для возникновения водородной связи нужно, чтобы в молекуле был один или несколько атомов водорода, связанных с небольшими, но электроотрицательными атомами, например: O, N, F. Важно, чтобы у этих электроотрицательных атомов были неподеленные электронные пары. Водородные связи характерны для таких веществ, как вода H2O, аммиак NH3, фтороводород HF. Например, молекулы HF связаны между собой водородными связями, которые на рисунке показаны пунктирными линиями. Водородная связь приблизительно в 20 раз менее прочная, чем ковалентная. При её возникновении число связей, образуемых атомом Н, превышает его формальную валентность. Восстановление (вещества) - химическая реакция, при которой электроны передаются данному веществу Восстановитель - вещество, способное отдавать электроны другому веществу (окислителю). Спектр - упорядоченное по длинам волн излучение. Оптический спектр охватывает ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области. Закон Бугера-Ламберта-Бера - светопоглощение зависит от количества вещества в растворе: Д=Е∙С∙l. 111 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 112 из 116 Калибровочный график - графическая зависимость между оптической плотностью и концентрацией раствора в основе которой лежит закон светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера. Колориметрия - сравнение окраски анализируемого и стандартного растворов веществ визуальным способом. Кондуктометрия - это метод анализа, основанный на измерении электрической проводимости растворов. Кулонометрия - метод, основанный на изменении количества электричества (в кулонах), прошедшего через раствор и необходимого для количественного электрохимического превращения анализируемого вещества в растворе. Кулонометрические измерения основаны на законах Фарадея. Молекулярно-абсорбционные методы - методы, основанные на измерении поглощения молекулами (или ионами) веществ электромагнитного излучения оптического диапазона. Нефелометрия - это метод, основанный на измерении интенсивности света, рассеянного суспензией частиц. Рефрактометрия - это метод анализа, основанный на определении показателя (коэффициента) преломления исследуемого вещества. Спектрофотометрия - измерение интенсивности монохроматического (определенной длины волны) светового потока, прошедшего через раствор вещества фотоэлектрическим способом. В зависимости от длины волны различают спектрофотометрию в ультрафиолетовой (УФ), видимой (В) и инфракрасной (ИК) областях спектра. Термохимия. Раздел химии, изучающий энергетические процессы реакции (выделение или поглощение тепла, выделение света, звука, электричества и др.). 112 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 113 из 116 Тепловой эффект реакции. Выделение или поглощение тепла в ходе химической реакции. Турбидиметрия - это метод, основанный на измерении интенсивности потока, прошедшего через раствор, содержащий взвешенные частицы. Фотоколориметрия - измерение интенсивности светового потока, прошедшего через раствор вещества фотоэлектрическим способом. Хроматография - метод, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. Используется для разделение сложных смесей органических и неорганических веществ, очистки веществ от примесей, идентификации веществ и определении количественного состава. Химический элемент. Вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Эмиссионный спектральный анализ - это метод определения химического состава по его спектру, испускаемому возбужденными атомами и молекулами. Электрохимия. Раздел химии, изучающий процессы, которые либо сопровождаются возникновением электрического тока, либо вызваны электрическим током. Электролиз. Совокупность процессов, происходящих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов и раствора или расплава электролита. Электролит. Вещество, молекулы которого распадаются на ионы. Электролитическая диссоциация. Процесс распада вещества на ионы. Электрохимическая коррозия. Коррозия в средах, имеющих ионную проводимость. Процесс взаимодействия металла с окислителем вызывает анодное растворение металла и катодное восстановление окислителя. 113 ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Разработчик: Шишлова Т.М. Лист 114 из 116 Эндотермическая реакция. Реакция, которая протекает с поглощением тепла. Энергия ионизации. Энергия, необходимая для отрыва электрона от атома с превращением его в ион. Энтальпия. Величина, характеризующая теплосодержание системы. Энтропия. Величина, характеризующая количественную меру беспорядка в системе. Эквивалент. Количество вещества, равное 1 молю атомов водорода. Эквивалентная масса. Масса одного эквивалента вещества. Экзотермическая реакция. Реакция, которая протекает с выделением тепла. Электрон. Элементарная частица, обладающая зарядом 1,602·10–19 Кл, массой 9,1095·10–28 г. Электродный потенциал металла. Скачок потенциала, возникающий на границе раздела фаз “металл-раствор”. Список использованной литературы: 1. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии. Учебное пособие. / Ю.Я. Харитонов – М.: Медиа. – 2007. - 304 с. 2. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 1 / Ю.М. Глубоков, А.А. Ищенко, В.А. Головачева. — М.: Академия. – 2010. - 352 с. 3. Алов, Н.В. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. В 2-х томах. Том 2 / Н.В. Алов, И.А. Василенко, А.А. Ищенко. — М.: Академия. – 2010. - 416 с. 114 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 115 из 116 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ по дисциплине «Физико-химические методы анализа» 050100.68 – «Педагогическое образование» Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 115 Разработчик: Шишлова Т.М. ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-химические методы анализа Идентификационный номер: Контрольный экземпляр находится на УМКД.6(32)-050100.68кафедре естественнонаучного М2.В.ОД.2-2012 образования Лист 116 из 116 Электронные информационные образовательные ресурсы: http://znanium.com Жебентяев А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. http://znanium.com Горбылева А. И. Почвоведение: Учебное пособие. М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014 – 400 с. http://lib.uspi.ru Кислинский К.В., Шишлова Т.М. Методические указания к выполнению лабораторных работ по оптическим методам анализа. — Уссурийск : УОП ПГСХА, 2010. — 37 c. http://znanium.com Жебентяев А.И. Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа: Учебное пособие. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. http://www. college.ru/chemistry/index/php. Базы данных, информационносправочные и поисковые системы Ресурсы Интернета по химии. 116
