Рабочая программа дисциплины современные методы исследования в химии направление подготовки

Вид материала

Содержание

Цели освоения дисциплины
Место дисциплины в структуре ооп впо
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля)
Структура и содержание дисциплины (модуля)
Образовательные технологии
Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и контроля самостоятельной работы
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)
Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)

Подобный материал:

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет»

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

____________ В.Г. Прокошев

«___»___________________ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ХИМИИ

Направление подготовки 020100.68 «Химия»

Квалификация (степень) выпускника магистр

Форма обучения очная

Семестр	Трудоемкость, час.	Лекций, час.	Практич. занятий, час.	Лаборат. работ, час.	СРС, час.	Форма промеж. контроля (экз./зач.)
3	180	34		34	76	Экз.
Итого	180	34		34	76	Экз.

Владимир 2010

ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель дисциплины: ознакомление магистров с принципиальными основами и практическими возможностями современных физических методов исследования, с их аппаратурным оснащением и условиями проведения эксперимента; формирование навыков сравнительной оценки возможностей разных методов анализа, их достоинств и недостатков для обоснованного выбора оптимального метода исследования того или иного объекта.

В процессе освоения дисциплины магистр формирует и демонстрирует следующие общепрофессиональные компетенции:

умеет принимать нестандартные решения (ОК-2);
владеет современными компьютерными технологиями, применяемыми при обработке результатов научных экспериментов и сборе, обработке, хранении и передачи информации при проведении самостоятельных научных исследований (ОК-5);
понимает принципы работы и умеет работать на современной научной аппаратуре при проведении научных исследований (ОК-6);
имеет представление о наиболее актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (ПК-1);
владеет теорией и навыками практической работы в избранной области химии (ПК-3);
умеет анализировать научную литературу с целью выбора направления исследования по предлагаемой теме (ПК-4);
способен анализировать полученные результаты, делать необходимые выводы и формулировать предложения (ПК-5);
умеет представлять полученные в исследованиях результаты в виде отчетов (ПК-7).

Задачи дисциплины:

Изучение физической теории методов, схем и методик проведения эксперимента;
Формирование представлений о возможностях использования тех или иных физических методов для решения обратных задач, т.е. определения искомых параметров объектов исследования;
Анализ возможностей современных физических методов с точки зрения их теоретического и практического применения, в том числе в промышленности.

МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО:

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла.

Данный курс опирается на знания магистров основ квантовой механики (основные определения и фундаментальные понятия, квантово-механическая теория строения молекул). Изложение материала о строении молекул предполагает наличие базовых знаний о современных вычислительных возможностях квантовой химии. Интенсивное внедрение в эксперимент вычислительной техники требует наличия у студентов навыков работы как со стандартными программными системами, широко используемыми в настоящее время для обработки экспериментальных данных, так и владения современным языком математической формализации тех физических задач, которые возникают при анализе спектральных данных. Курс является логическим продолжением курса «Физические методы исследования».

Полученные магистрами знания необходимы как при изучении специальных курсов: «Экологическая и химическая экспертиза», так и при выполнении курсовой и итоговой диссертационной работы.

КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) знать физическую теорию современных методов исследования, технику и методики проведения экспериментов (ПК-1, ПК-4);

2) уметь анализировать возможности физических методов, исходя из специфики поставленной исследовательской или экспертной задачи (ПК-5);

3) владеть навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов (ОК-5, ОК-6);

4) владеть методикой получения практической информации на основе имеющихся экспериментальных данных (ОК-5, ПК-3, ПК-5, ПК-7).

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ХИМИИ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

№ п/п	Раздел дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Вид учебной работы, включая СРС и трудоемкость, час.								Объем уч.раб. с примен. интеракт методов (час.)	Формы контр. успеваемости
				Лекции	Консульт.	Семинары	Практ.зан.	Лаб.работ.	Контр.раб	СРС	КП/КР
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1.	Спектроскопия ядерного магнитного резонанса. ЯМР. Принципы и условия ЯМР. Их реализация. Химический сдвиг и мультиплетность сигналов ЯМР.	3	1-3	6				17		9		4
2.	Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса. Методы физической поляризации ядерных и электронных спинов. Химическая поляризация ядер и электронов.	3	4-5	4						10		4	Контр. раб. №1
3.	Спектроскопия ядерного квадрупольного резонанса. Спектры ЯКР.	3	6-7	4						9
4.	Мессбауровская спектроскопия. Явление ЯГР. Основные условия, необходимые для наблюдения эффекта Мессбауэра.	3	8-9	4						9		2	Контр. раб. №2
5.	Методы определения электрических дипольных моментов молекул. Первый и второй метод Дебая. Метод молекулярного пучка. Метод электрического резонанса.	3	10-11	4						9
6.	Методы масс-спектрометрии. Масс-спектрометрия положительных и отрицательных ионов. Методы ионизации.	3	12-13	4				17		10		4
7.	Методы исследования оптически активных веществ. Дисперсия оптического вращения. Круговой дихроизм. Аномальное рассеяние рентгеновских лучей. Методы изучения поляризуемости и магнитной оптической активности молекул.	3	14-15	4						10		4
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
8.	Капиллярный электрофорез. Физико-химические основы метода. Возможности применения.	3	16-17	4						10		2	Контр. раб. №3
	Всего			34				34		76		22

Темы, разделы дисциплины	Коли-чество часов	Компетенции
		ОК-2	ОК-5	ОК-6	ПК-1	ПК-3	ПК-4	ПК-5	ПК-7	Кол.компетенций
ЯМР-спектроскопия.	32	+	+	+	+	+	+	+	+	8
ЭПР-спектроскопия.	14	+	+	+	+	+	+	+	+	8
Спектроскопия ЯКР.	13	+	+	+	+	+	+	+	+	8
Мессбауровская спектроскопия.	13	+	+	+	+	+	+	+	+	8
Диэлькометрия.	13	+	+	+	+	+	+	+	+	8
Масс-спектрометрия.	31	+	+	+	+	+	+	+	+	8
Методы ДОВ, КД, аномального рассеяния рентгеновских лучей.	14	+	+	+	+	+	+	+	+	8
Капиллярный электрофорез.	14	+	+	+	+	+	+	+	+	8
Итого		4,0	8,0	5,6	4,0	6,4	8,0	8,0	8,0	52,0
Вес компетенции		0,5	1,0	0,7	0,5	0,8	1,0	1,0	1,0

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Преподнесение теоретического материала осуществляется с применением электронных средств обучения.

В рамках чтения курса предусмотрено посещение физико-химических лабораторий промышленных и научно-исследовательских организаций.

Выполнение работ лабораторного практикума предполагает самостоятельную разработку методики анализа предлагаемого объекта с использованием определенного метода исследования.

Для оценки освоения теоретического материала студентами используются контрольные работы, которые проводятся в форме коллоквиумов с элементами научных дискуссий.

ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ.

Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и контроля самостоятельной работы:

Методы магнитного резонанса ядер. Спектроскопия ЯМР. Принципы и условия ЯМР. Химический сдвиг сигналов ЯМР. Спин-спиновое взаимодействие и мультиплетность сигналов.
ЯМР ¹³С. ПМР. Применение в структурных исследованиях.
Техника и методики спектроскопии ЯМР. Динамический ЯМР. 2ДЯМР. Множественный магнитный резонанс.
ЯМР-спектроскопия. Применение метода в фундаментальных и практических исследованиях.
Спектроскопия ЭПР. Расщепление спиновых энергетических уровней электрона. Параметры и структура спектров ЭПР. Фактор Ланде.
Спектроскопия ЭПР. Взаимодействие электронов и ядер. Сверхтонкая структура спектров ЭПР.
Спектроскопия ЭПР. Электрон-электронное взаимодействие. Тонкая структура спектров ЭПР.
Применение спектроскопии ЭПР в структурных и кинетических исследованиях.
Техника и методики спектроскопии ЭПР. Методы физической поляризации ядерных и электронных спинов. Химическая поляризация ядер и электронов.
Спектроскопия ЯКР. Квадрупольные ядра. Электростатическое взаимодействие квадрупольного ядра с электрическим полем.
Спектроскопия ЯКР. Квадрупольные уровни энергии и переходы (квантово-механическое представление). Спектры ЯКР.
Возможности использования спектроскопии ЯКР в теоретической, квантовой химии и структурных исследованиях.
Спектроскопия ЯКР. Техника эксперимента и методические особенности его проведения.
Мессбауровская спектроскопия. Теоретические основы метода. Явление ЯГР. Основные условия, необходимые для наблюдения эффекта Мессбауэра. Схемы радиоактивных распадов с образованием мессбауровских атомов.
Особенности и параметры мессбауровских спектров. Изомерный сдвиг. Квадрупольное расщепление. Сверхтонкая структура магнитных взаимодействий.
Применение ЯГР, техника эксперимента, эмпирические корреляции.
Диэлькометрия. Методы определения электрических дипольных моментов молекул. Основные экспериментальные методики (первый метод Дебая, второй метод Дебая, метод молекулярных пучков, метод электрического резонанса).
Масс-спектрометрия. Теоретические основы метода. Ионизация атомов и молекул. Методы ионизации.
Масс-спектрометрия. Техника и методика эксперимента. Магнитный масс-спектрометр. Динамический масс-спектрометр. Спектрометры ион-циклотронного резонанса.
Применение масс-спектрометрии. Хромато-масс-спектрометрия.
Методы исследования оптически активных веществ. Дисперсия оптического вращения. Круговая поляризация света. Квантово-механическое рассмотрение оптической активности и спиральная модель молекулы.
Методы исследования оптически активных веществ. Дисперсия оптического вращения. Эффект Коттона. Основные методики эксперимента.
Методы исследования оптически активных веществ. Круговой дихроизм. Применение спектрополяриметрии. Основные эмпирические закономерности.
Методы исследования оптически активных веществ. Колебательная оптическая активность.
Аномальное рассеяние рентгеновских лучей – метод определения абсолютной конфигурации.
Аномальное рассеяние рентгеновских лучей. Нормальное рассеяние. Закон Фриделя. Рассеяние рентгеновских лучей в области поглощения атома.
Методы изучения поляризуемости и магнитной оптической активности. Рэлеевское рассеяние света. Эффект Керра. Практическое применение рэлеевского рассеяние и эффекта Керра.
Магнитный круговой дихроизм и дисперсия магнитного оптического вращения.
Капиллярный электрофорез. Физико-химические основы метода. Практическое применение.

Контрольные вопросы и задания для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины:

Радиоспектроскопические методы. ЯМР. Теоретические основы метода. Спин ядра. Магнитный момент ядра. Ядерный магнетон. Гиромагнитное отношение и ядерный фактор. Условие ЯМР для двухуровневой системы. Химический сдвиг сдвиг сигналов ЯМР.
Радиоспектроскопические методы. ЯМР. Теоретические основы метода. Спин-спиновое взаимодействие. Гомоядерные и гетероядерные спиновые системы. Химически эквивалентные и неэквивалентные ядра. Мультиплетность сигналов ЯМР. Основные методики ЯМР-спектроскопии: динамический ЯМР, 2D ЯМР, множественный магнитный резонанс.
Использование ЯМР-спектроскопии при проведении фундаментальных исследований и решении практических задач.
Радиоспектроскопические методы. ЭПР. Теоретические основы метода. Параметры спектров ЭПР. Фактор Ланде. Константа СТВ.
Использование ЭПР-спектроскопии при проведении фундаментальных исследований и решении практических задач.
Радиоспектроскопические методы. ЭПР. Расщепление спиновых энергетических уровней электрона. Параметры и структура спектров. Тонкая и сверхтонкая структура спектров.
Радиоспектроскопические методы. Методы физической поляризации ядерных и электронных спинов. Химическая поляризация ядер и электронов.
Спектроскопия ядерного квадрупольного резонанса. Теоретические основы метода. Квадрупольные уровни энергии и переходы. Спектры ЯКР.
Использование спектроскопии ЯКР при решении структурных задач.
Мессбауровская спектроскопия. Основы теории метода. Взаимодействие ядер с γ-квантом. Ядерный γ-резонанс. Эффект Мессбауэра. Условия, необходимые для наблюдения эффекта Мессбауэра.
Мессбауровская спектроскопия. Радиоактивный распад с образованием мессбауровских атомов. Параметры спектров. Энергия ядерного перехода. Влияние окружения на энергию ядерного перехода. Изомерный сдвиг.
Мессбауровская спектроскопия. Энергетические уровни и переходы при наличии на ядре градиента электрического поля. Квадрупольное расщепление энергетических уровней. Тонкая мультиплетная структура сигналов в спектрах ЯГР.
Мессбауровская спектроскопия. Зеемановское расщепление ядерных спиновых состояний при действии внешнего магнитного поля. Сверхтонкая структура магнитных взаимодействий.
Применение метода ЯГР в химии. Эмпирические корреляции и структурные исследования.
Методы определения диэлектрических дипольных моментов молекул. Поведение диэлектрика в электрическом поле. Собственный, индуцированный и индуцированный ориентационный дипольные моменты молекулы. Поляризация и поляризуемость молекулы. Деформационная и ориентационная поляризуемость. Диэлектрическая проницаемость. Связь между диэлектрической проницаемостью вещества и поляризуемостью молекул неполярных веществ (уравнение Клаузиуса-Моссотти) и полярных веществ (уравнение Дебая) в постоянном электрическом поле. Уравнение Лорентца-Лорентца для неполярных диэлектриков в полях переменной частоты.
Методы определения диэлектрических дипольных моментов молекул. Основные экспериментальные методики: первый и второй метод Дебая, метод молекулярных пучков, метод электрического резонанса.
Практическое применение данных по дипольным моментам молекул: взаимосвязь симметрии молекул с полярностью.
Методы масс-спектрометрии. Теоретические основы. Ионизация атомов и молекул: ионизация без диссоциации, с частичной диссоциацией, с полной диссоциацией, с образованием возбужденного иона. Основные виды ионов, образующиеся при диссоциации многоатомных молекул.
Методы масс-спектрометрии. Методы ионизации: ионизация электронным ударом, фотоионизация, ионизация электрическим полем, химическая ионизация, поверхностная и комбинированная ионизация.
Применение масс-спектрометрии: идентификация и установление строения веществ, кинетические и термодинамические исследования.
Методы исследования оптически активных веществ. Дисперсия оптического вращения. Круговая поляризация света. Вращение плоскости поляризации света. Квантово-механическое рассмотрение оптической активности и спиральная модель молекулы.
Методы исследования оптически активных веществ. Дисперсия оптического вращения. Кривые дисперсии оптического вращения. Эффект Коттона. Спектрополяриметрия.
Методы исследования оптически активных веществ. Круговой дихроизм. Связь кругового дихроизма и вращательной силы электронного перехода молекулы.
Применение спектрополяриметрии. Эмпирические закономерности: правило смещения Фрейденберга, правило оптической суперпозиции Вант-Гоффа, вицинальное правило Чугуева-Куна-Фрейденберга, правило Брюстера, правило октанов.
Дифракционные методы исследования оптически активных веществ. Аномальное рассеяние рентгеновских лучей. Нормальное рассеяние. Закон Фриделя.
Дифракционные методы исследования оптически активных веществ. Рассеяние рентгеновских лучей в области поглощения атома.
Методы изучения поляризуемости и магнитной оптической активности. Рэлееевское рассеяние. Эффект Керра. Практическое применение методов: определение главных значений эллипсоида поляризуемости молекул, химической связи и групп атомов, изучение конформации и внутреннего вращения молекул.
Методы изучения поляризуемости и магнитной оптической активности. Явление Фарадея, возможность его применения: постоянная Верде, изучение электронных переходов в комплексных соединениях.
Методы изучения поляризуемости и магнитной оптической активности. Магнитный круговой дихроизм и дисперсия магнитного оптического вращения.

30. Капиллярный электрофорез. Физико-химические основы метода. Практическое применение.

Темы лабораторных работ:

Идентификация органических соединений с использованием методов молекулярной спектроскопии.
Структурные исследования с применением методов молекулярной спектроскопии.
Количественный анализ с использованием спектроскопии в УФ- и видимой области.
Идентификация неорганических соединений методом ААС.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ХИМИИ

Основная литература:

Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. М: Мир, 2009.
Пентин Ю.А., Курамшина Г.М. Основы молекулярной спектроскопии. М: Мир, 2008.
Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. М: Высш. шк., 1987.
Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. М: Высш. шк., 1989.
Драго Р. Физические методы в химии. В 2-х т. М: Мир, 1981.
Банкер Ф., Йенсен П. Симметрия молекул и спектроскопия. М: Мир, Научный мир, 2004.
Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. М: Мир, 1991.

Дополнительная литература:

Сергеев Н.М. Спектроскопия ЯМР. М: Мир, 1981.
Гюнтер Х. Введение в курс спектроскопии ЯМР. М: Мир, 1984.
Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. М: химия, 1984.
Иоффе Б.В., Костиков Р.Р., Разин В.В. Физические методы определения строения органических молекул. Л: Высшая школа, 1984.
Вульфсон Н.С., Заикин В.Г., Микая А.И. Масс-спектроскопия органических соединений. М: Химия, 1986.
Под ред. У. Гонзера. Мессбауровская спектроскопия. М: Мир, 1983.
Семин Г.К., Бабушкина Т.А., Якобсон Г.Г. Применение ядерного квадрупольного резонанса в химии. Л: Химия, 1972.
Дунина В.В., Рухадзе Е.Г., Потапов В.М. Получение и исследование оптически активных веществ. М: МГУ, 1979.
Верещагин А.Н. Поляризуемость молекул. М: Наука, 1980.
Вукс М.Ф. Электрические и оптические свойства молекул и конденсированных сред. Л: ЛГУ, 1984.

Программное обеспечение и Интернет-ресурсы.

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ХИМИИ

При чтении лекционного курса используется информация, представленная на слайдах.

При проведении лабораторного практикума используется оборудование, установленное в лаборатории «Физико-химические методы исследования» ВлГУ.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению

020100.68 «Химия».

Рабочую программу составил доцент Смирнова Н.Н.

Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры химии

Протокол №_____от ____________________ 201 __ г.

Заведующий кафедрой _________________

Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании учебно-методической комиссии направления 020100.68 «Химия».

Протокол №_____от ____________________ 201 __ г.

Председатель комиссии _____________________

Программа переутверждена:

на _____________ учебный год. Протокол заседания кафедры № __ от ________года

Зав. кафедрой _____________________

на _____________ учебный год. Протокол заседания кафедры № __ от ________года

Зав. кафедрой _____________________

на _____________ учебный год. Протокол заседания кафедры № __ от ________года

Зав. кафедрой _____________________

на _____________ учебный год. Протокол заседания кафедры № __ от ________года

Зав. кафедрой _____________________

на _____________ учебный год. Протокол заседания кафедры № __ от ________года

Зав. кафедрой _____________________

Blog

Рабочая программа дисциплины современные методы исследования в химии направление подготовки

Содержание

Министерство образования и науки РФ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ