Geum.ru

Программа дисциплины (Стандарт пд. Ен) Екатеринбург

Вид материалаПрограмма дисциплины

Содержание


Семестр VОбщая трудоемкость дисциплины
Вотяков Сергей Леонидович, д.г.-м.н., член-корреспондент РАН, кафедра общей и молекулярной физики Уральского государственного ун
II. Содержание курса «Спектроскопические методы исследования»
3. Методики исследования атомного и молекулярного строения минералов, их структуры, валентного состояния и кристаллографической
Перечень заданий для самостоятельной работы
III. Распределение часов курса по темам и видам работ
Рекомендуемая литература
VI. Ресурсное обеспечение
Требования к профессиональной подготовленности бакалавра
Подобный материал:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет им. А.М. Горького»


Физический факультет


Кафедра общей и молекулярной физики




Спектроскопические методы исследования

Программа дисциплины

(Стандарт ПД.ЕН)


Екатеринбург

2006


Утверждаю

Проректор

____________ В.П. Прокопьев

(подпись)

_________

(дата)


Программа дисциплины «Спектроскопические методы исследования» составлена в соответствии с требованиями федерального компонента к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки:

дипломированного специалиста по специальности 010400 Физика, бакалавра, по направлению 510400 Физика по циклу «Общих математических и естественнонаучных дисциплин» государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования ЕН.Ф.01.


Семестр V


Общая трудоемкость дисциплины 64 часа, том числе:

Лекций 18 часов.

Практических и лабораторных занятий 14 часов.


Контрольные мероприятия:

Коллоквиумы 1

Контрольные работы -

Тесты -


Составитель:


Вотяков Сергей Леонидович, д.г.-м.н., член-корреспондент РАН, кафедра общей и молекулярной физики Уральского государственного университета им.А.М.Горького

(ФИО, ученая степень, ученое звание, кафедра, вуз)


Рекомендовано к печати протоколом заседания

кафедры _________________________________

от _______ № ______.

(дата)


Согласовано:

Зам. председателя

естественно-научного

совета М.О.Асанов

_________________

(подпись)


(дата)


(С) Уральский государственный университет

(С) Вотяков С.Л., 2004 – 2006
  1. Введение

Курс «Спектроскопические методы исследования» открывает цикл спецкурсов, читаемых в восьмом семестре четвертому курсу физического факультета по специализации «Физика минералов». Отбор содержания курса определяется Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 510400 Физика, утвержденным 17.03.2000 номер государственной регистрации 176 ен/бак и сложившимися традициями преподавания.

Распределение учебного времени по отдельным темам курса учитывает специфику контингента студентов, большинство из которых имеют подготовку по физике и математике в соответствии со Стандартом среднего общего (полного) образования базового уровня, в то время как для успешного обучения в классическом университете требуется изучение физики и математики в школе на профильном уровне. (Федеральный компонент государственного стандарта общего образования. Часть II. Среднее (полное) общее образование./ Министерство образования Российской Федерации. – М. 2004. – 266 с.).

Целями изучения курса «Спектроскопические методы исследования» являются освоение студентами методологических основ специализации в области физики Земли, формирование представлений о роли экспериментальных методов познания окружающего мира, развитие навыков самостоятельного решения задач в области физических исследований природных объектов – пород и минералов, мотивирование на изучение современной научной литературы.

Задачи курса
  1. ознакомить с физическими лабораторными методами анализа вещества Земли - радио-, оптической, люминесцентной, мессбауэровской, инфракрасной спектроскопией и др.;
  2. ознакомить с современными направлениями научных исследований.

Курс «Спектроскопические методы исследования» является входным. Необходимый математический аппарат освоен студентами при изученных ими курсах математического анализа и аналитической геометрии. Дальнейшее изучение специальных курсов в значительной степени опирается на представления, формируемые при изучении данного курса. Ряд разделов курса получают развитие в курсах «Радиационная физика», «Кристаллохимия и квантовая химия минералов» и др. Предлагаемые студентам в VIII семестре лабораторные работы в значительной степени базируются на знаниях, приобретаемых студентами при изучении данного курса.

II. Содержание курса «Спектроскопические методы исследования»

1. Введение. Физические свойства пород и минералов, методы их исследования.

Аналитические данные - основа всех исследований в области фундаментальной науки о Земле, в поисковых и технологических работах. Геологические образцы с точки зрения физико-химика и аналитика. Комплексное изучение структуры, химического состава, физико-химических свойств природных материалов - минералов, пород, руд, техно- и биогенных объектов.

2. Методики элементного и изотопного анализа пород и минералов.

Масс-спектрометрия. Основы физики аналитической методики. Блок-схемы приборов. Методы ввода пробы (индуктивно-связанная плазма), источники ионов, масс-анализаторы, детекторы. Рентгеноспектральный анализ. Основы физики аналитической методики. Рентгеновские лучи. Генерация рентгеновских лучей. Рентгеновская трубка. Сплошное и характеристическое рентгеновское излучение. Волнодисперсионные (кристалл-дифракционные) и энергодисперсионные рентгенфлюоресцентные спектрометры. Блок-схемы приборов. Спектральный анализ. Основы физики аналитической методики. Блок-схемы приборов.

3. Методики исследования атомного и молекулярного строения минералов, их структуры, валентного состояния и кристаллографической позиции ионов, химической связи. Структурный анализ с использованием рентгеновского, синхротронного и нейтронного излучения. Термический анализ (термография). Основы физики аналитической методики. Методы, основанные на измерении поглощенного, рассеиваемого и испускаемого (вторичного) электромагнитного излучения. Инфракрасная спектроскопия. Основы физики аналитической методики. ИК-спектры минералов и количественная оценка степени радиационного разупорядочения их структуры. Радио-, оптическая, люминесцентная и мессбауэровская спектроскопия. Основы физики спектроскопических методик. Использование для анализа валентного состояния ионов и их межпозиционного распределения в структуре минералов. Физика ЯМР, импульсный магнитный резонанс, спиновое эхо. ЯМР-релаксометрия коллекторов нефти на ядрах водорода.

4. Методики исследования топологии и свойств поверхности и внутренного объема геологических образцов (минералов). Сканирующая и просвечивающая электронная, ионная, атомная силовая, туннельная, оптическая микроскопия. Основы физики методик. Сравнительные характеристики методов микроскопического исследования поверхности твердых тел. Минералы под микроскопом. Поляризационный микроскоп. Электронный микроскоп.

5. Оборудование аналитических лабораторий.

Масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой ELAN-9000 с лазерной абляцией проб LSX-500. Пробоподготовка и микроанализ редких и рассеянных элементов на ELAN 9000. Рентгенофлуоресцентные спектрометры СРМ-18, СРМ-25, VRA-30. Энергодисперсионный спектрометр EDX-900HS. Пределы обнаружения элементов на приборах EDX-900, СРМ-18, СРМ-25,VRA-30. Калибровка приборов. Рентгеноспектральный электронно-зондовый микроанализатор JXA-5. Атомно-эмиссионные спектрографы ДФС-13, PGS-2 с фотоэлектронной системой регистрации спектров. Пределы обнаружения элементов и калибровка приборов. Дериватографы Q-1500 и Diamond TG-DTA. Дифрактометр ДРОН-3. Оптические спектрометры СДЛ-1, Specord UV-VIS. Прибор «КлавиР» для исследования импульсной катодолюминесценции. ЭПР-спектрометр ESR70-03-DX/2. Калибровка прибора. ИК- спектрометр Spectrum One. Оптические и люминесцентные микроскопы.

Темы лабораторных занятий
  1. Ретгенофлюоресцентный анализ элементного состава горных пород.
  2. Термический анализ (термография) горных пород и минералов.
  3. Спектральный анализ микроэлементного состава горных пород.
  4. Парамагнитные центры в минералах по данным ЭПР-спектроскопии.
  5. Импульсная катодолюминесценция минералов.

Перечень заданий для самостоятельной работы

    1. Масс-спектрометрия. Способы получения ионов - электронный удар, химическая ионизация, ионизация в электроспрее, ионизация лазерной десорбцией, бомбардировка быстрыми атомами, плазменная-десорбционная ионизация, индуктивно-связанная плазма при атмосферном давлении, термоионизация, лазерная ионизация. Масс-анализаторы -статические и динамические.
    2. Масс-анализаторы радиочастотные, омегатронные, времяпролетные, квадрупольные. Масс-анализаторы с циклоидальной фокусировкой (двойная фокусировка в магнитном и электрическом поле).
    3. Изучение микроструктуры и элементного состава горных пород, минералов на рентгеноспектральном электронно-зондовом микроанализаторе.
    4. Термический анализ. Изучение фазовых переходов, плавления, дегидратации, диссоциации и разложения, определение формы нахождения рассеянного органического вещества.
    5. Рентгеноструктурный анализ. Анализ фазового состава минералов и пород, исследование степени совершенства кристаллической структуры минералов, определение параметров их элементарной ячейки, Al-Si-упорядоченности полевых шпатов и модификации слюд.
    6. Основы физики рентгеноэлектронной спектроскопии.
    7. Основные точечные дефекты в силикатных, карбонатных и фосфатных минералах по данным радио- и люминесцентной спектроскопии.
    8. Минералы под микроскопом.

Лабораторные работы выполняются в лаборатории физико-химических методов исследования Института геологии и геохимии УрО РАН.

Вопросы к зачету по курсу «Спектроскопические методы исследования»
  1. Геологические образцы с точки зрения физико-химика и аналитика. Комплексное изучение структуры, химического состава, физико-химических свойств природных материалов - минералов, пород, руд, техно- и биогенных объектов.
  2. Методики элементного и изотопного анализа пород и минералов.
  3. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.
  4. Рентгеноспектральный анализ.
  5. Спектральный анализ.
  6. Методики исследования атомного и молекулярного строения минералов.
  7. Структурный анализ с использованием рентгеновского, синхротронного, нейтронного излучения.
  8. Термический анализ (термография).
  9. Инфракрасная спектроскопия.
  10. Физика ЭПР. Радиоспектроскопия минералов.
  11. Физика люминесценции. Люминесцентная спектроскопия минералов.
  12. Физика эффекта Мессбауэра. Мессбауэровская спектроскопия минералов.
  13. Физика ЯМР.
  14. Методики исследования топологии и свойств поверхности и внутренного объема геологических образцов (минералов). Сравнительные характеристики методов микроскопического исследования поверхности твердых тел.
  15. Сканирующая и просвечивающая электронная, ионная, атомная силовая, туннельная, оптическая микроскопия.

III. Распределение часов курса по темам и видам работ


№

п/п
Тема, раздел
Учебный план, часов

Аудиторные занятия
Самостоя-тельная

работа
Итого по темам

Лекции
Практи-ческие

1.
Введение.
1






1

2.
Физические свойства пород и минералов, методы их исследования.
1
2
6
9

3.
Методики элементного и изотопного анализа пород и минералов.
4
4
6
14

4.
Методики исследования атомного и молекулярного строения минералов, их структуры, валентного состояния и кристаллографической позиции ионов, химической связи.
4
4
6
14

5.
Методики исследования топологии и свойств поверхности и внутренного объема геологических образцов (минералов).
4
2
6
12

6.
Оборудование аналитических лабораторий.
4
2
8
14




ВСЕГО
18
14
32
64

IV. Форма итогового контроля

Коллоквиум (по лабораторным занятиям)

Зачет (по теоретическому курсу)

V. Учебно-методическое обеспечение курса

Рекомендуемая литература


Основная

  1. М.Отто. Современные методы аналитической химии. 2003.
  2. В.Миронов Основы сканирующей зондовой микроскопии. 2005
  3. Х.Батли, А.Принг. Минералогия для студентов. 2001.
  4. Д.Синдо, Т.Окинава Аналитичесчкая прсвечивающая электронная микроскопия для материаловедения. 2005.
  5. Д. Брандон, В. Каплан, "Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля” 2005.
  6. Г. Вагнер «Естественнонаучные методы датирования в геологии, археологии и истории»2005.





Перечень обучающих, контролирующих компьютерных программ, мультимедиа
  1. Вотяков С.Л. Курс лекций по курсу «Спектроскопические методы исследования» (презентации для сопровождения лекций).
  2. Компьютерные демонстрации, презентации для сопровождения лекций, разработанные студентами и преподавателями факультета.

VI. Ресурсное обеспечение
  1. «Исследовательская лаборатория» в соответствии с программой курса оборудована в лаборатории физико-химических методов исследования Института геологии и геохимии УрО РАН.
  2. Демонстрационное оборудование для сопровождения лекций имеется в распоряжении лектора.
  3. Для чтения лекций и проведения практических занятий имеется доска и мел, собственный компьютер преподавателя и мультимедийный проектор, приобретенный по гранту на научные исследования коллектива, в котором работает преподаватель.
  1. Требования к профессиональной подготовленности бакалавра

Выпускник должен уметь решать задачи , соответствующие его степени, указанной в п.1.2 настоящего государственного образовательного стандарта, которая с учетом результатов итоговой государственной аттестации обеспечивает выполнение должностных обязанностей в соответствии с квалификационными характеристиками, приведенными в п.1.3.

Бакалавр должен знать и уметь использовать в объеме, предусмотренным настоящем стандартом, по общим гуманитарным и социально-экономическим, математическим, естественнонаучным и общепрофессиональным дисциплинам, дисциплинам специальностей:

- основные учения в области гуманитарных и социально-экономических наук, основные понятия, законы и модели механики, молекулярной физики, электричества и магнетизма, оптики, атомной физики, физики атомного ядра и частиц, колебаний и волн, квантовой механики, термодинамики и статистической физики, методы теоретических и экспериментальных исследований в физике;

- современное состояние, теоретические работы и результаты экспе­риментов в избранной области исследований, явления и методы исследований в объеме дисциплин специализаций;

- фундаментальные явления и эффекты в области физики, экспериментальные, теоретические и компьютерные методы исследований в этой области;

- математический анализ, теорию функций комплексной переменной, аналитическую геометрию, векторный и тензорный анализ, дифференциальные и интегральные уравнения, вариационное исчисление, теорию вероятностей и математическую статистику;

- основные положения теории информации, принципы построения систем обработки и передачи информации, основы подхода к анализу информационных процессов, современные аппаратные и программные средства вычислительной техники, принципы организации информационных систем, современные информационные технологии;

- основы экологии и здоровья человека, структуру экосистем и биосферы, взаимодействие человека и среды, экологические принципы охраны природы и рационального природопользования.

Дополнительные требования к специальной подготовке бакалавра физики определяются высшим учебным заведением с учетом специфики образовательной программы.


1.3 Квалификационная характеристика выпускника .

Деятельность бакалавра направлена на исследование и изучение структуры и свойств природы на различных уровнях ее организации от элементарных частиц до Вселенной, полей и явлений, лежащих в основе физики, на освоение новых методов исследований основных закономерностей природы.

Виды профессиональной деятельности бакалавра:
  • научно-исследовательская: экспериментальная, теоретическая и расчетная;
  • педагогическая.

Бакалавр подготовлен к решению следующих задач:

а) научно-исследовательская (экспериментальная, теоретическая и расчетная деятельность):
  • научные исследования поставленных проблем;
  • выбор необходимых методов исследования;
  • освоение новых методов научных исследований;
  • освоение новых теорий и моделей;
  • обработка полученных результатов научных исследований на современном уровне и их анализ;
  • работа с научной литературой с использованием новых информационных технологий, слежение за научной периодикой;
  • написание и оформление научных статей;
  • составление отчетов и докладов о научно-исследовательской работе, участие в научных конференциях;

б) педагогическая деятельность:
  • подготовка и ведение семинарских занятий;
  • ведение занятий в учебных лабораториях;
  • руководство научной работой студентов;
  • проведение учебных занятий в среднем учебном заведении.

Сферами профессиональной деятельности являются высшие учебные заведения, научно-исследовательские институты, лаборатории, конструкторские и проектные бюро и фирмы, производственные предприятия и объединения, учреждения системы высшего и среднего специального образования.

Бакалавр может работать в должностях, предусмотренных законодательством Российской Федерации для лиц, имеющих высшее профессиональное образование (старшим лаборантом, инженером в НИИ). В соответствии с полученной за время обучения дополнительной квалификацией «Преподаватель» - может быть преподавателем средней школы и среднего профессионального учреждения.