1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Дать обобщающие сведения и конкретные знания о принципиальных основах, практических возможностях и ограничениях спектроскопических методах исследования функциональных материалов. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.03 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ПК-1 | Способен осуществлять научно-исследовательские разработки в области новейших квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов |
| ПК-1.1 | Знает теоретические основы и методологию квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов |
| ПК-1.2 | Умеет планировать этапы исследования по изучению наноструктурированных композиционных материалов с заданными свойствами |
| ПК-1.3 | Владеет навыками применения современного программного обеспечения при проведении разработок в области новейших квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов |
| ПК-1.4 | Умеет представлять результаты научно-исследовательских разработок с использованием ИКТ |
| ПК-3 | Способен проводить обработку и анализ научно-технической информации в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии |
| ПК-3.1 | Знает общие принципы обработки и анализа информации в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии |
| ПК-3.2 | Умеет проводить поиск специализированной информации в научной литературе и информационных базах данных |
| ПК-3.3 | Умеет анализировать и обобщать результаты научно-исследовательской деятельности по тематике исследования в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | - Знает теоретические основы и методологию квантовых технологий,компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов. - Знает общие принципы обработки и анализа информации в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | - Умеет планировать этапы исследования по изучению наноструктурированных композиционных материалов с заданными свойствами. - Умеет представлять результаты научноисследовательских разработок с использованием ИКТ. - Умеет проводить поиск специализированной информации в научной литературе и информационных базах данных. - Умеет анализировать и обобщать результаты научноисследовательской деятельности по тематике исследования в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | - Владеет навыками применения современного программного обеспечения при проведении разработок в области новейших квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов. |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Введение в спектроскопию | ||||||
| 1.1. | Сведения из истории развития спектроскопии. Основные квантовые законы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Невырожденные и вырожденные уровни энергии. Населенность энергетических уровней. Вероятности поглощения и излучения. Классическая и квантовая теории поглощения и излучения. Излучение диполя. Магнитное дипольное излучение и квадрупольное излучение. Длительность возбужденного состояния. Естественная ширина уровней энергии и спектральных линий. | Лекции | 3 | 1 | Л1.1, Л2.1 | |
| 1.2. | Применение оптической спектроскопии для анализа состава и структуры вещества в различных спектральных областях | Сам. работа | 3 | 14 | Л1.1 | |
| 1.3. | Основные характеристики энергетических уровней и молекулярных систем | Сам. работа | 3 | 16 | Л1.1 | |
| Раздел 2. УФ-спектроскопия | ||||||
| 2.1. | Виды движения в молекулах, соотношения между энергиями колебательного вращательного и электронного движений. Типы молекулярных спектров, их взаимное расположение на шкале частот. УФ-спектроскопия. Электронно-колебательные спектры поглощения многоатомных молекул и их характеристики. Энергия электронных переходов. Области поглощения. Концепция хромофоров и ауксохромов. Классификация электронных переходов. Интенсивность полос и правила отбора. | Лекции | 3 | 2 | Л1.1 | |
| 2.2. | УФ-спектроскопия. Аппаратура и подготовка образцов. Растворители. Применение электронных спектров поглощения в качественном, структурном и количественном анализах. Основные хромофоры. Влияние сопряжения. Неорганические и комплексные соединения. | Сам. работа | 3 | 10 | Л1.1 | |
| 2.3. | УФ-спектроскопия. Количественное определение индивидуальных соединений. Количественный анализ смесей. | Практические | 3 | 4 | Л1.1 | |
| Раздел 3. ИК-спектроскопия | ||||||
| 3.1. | Вращательные спектры двухатомных молекул. Нарушение принципа Борна-Оппенгеймера (взаимодействие колебаний и вращений). Модели жёсткого и нежёсткого ротатора | Лекции | 3 | 1 | Л1.1 | |
| 3.2. | Колебательные спектры молекул. Модели гармонического и ангармонического осциллятора. Колебательные уровни энергии, правила отбора для колебательных переходов. Колебательно-вращательные спектры 2-х и многоатомных молекул. Правила отбора для колебательно-вращательных переходов. Вращательные спектры комбинированного рассеяния. Колебательные спектры комбинационного рассеяния. Поляризация и комбинационное рассеяние света. | Лекции | 3 | 2 | Л1.1 | |
| 3.3. | Колебательно-вращательные спектры молекул. Техника эксперимента в ИК области. Типы ИК спектрометров | Сам. работа | 3 | 16 | Л1.1 | |
| Раздел 4. КР-спектроскопия | ||||||
| 4.1. | Вращательные спектры комбинированного рассеяния. Колебательные спектры комбинационного рассеяния. Поляризация и комбинационное рассеяние света | Лекции | 3 | 1 | Л1.1 | |
| 4.2. | Определение структуры молекул по данным КР- и ИК-спектроскопии. ИК-спектроскопия. Расшифровка спектров | Практические | 3 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 5. Атомно-эмиссионная спектроскопия. Атомно-абсорбционная спектроскопия | ||||||
| 5.1. | Атомно-эмиссионный анализ. Сущность метода и его аналитические характеристики. Пламя как источник возбуждения. Дуговой и искровой разряды как источники атомизации и возбуждения. Температура образующейся плазмы. Способы введения анализируемых проб, находящихся в различных агрегатных состояниях. Применение индуктивно-связанной плазмы. Факторы, влияющие на степень атомизации и интенсивность излучения атомов. Связь между интенсивностью излучения и концентрацией элементов в растворе. Атомно-абсорбционный анализ. Источники излучения: лампы с полым катодом, источники сплошного спектра. Способы получения поглощающего слоя атомов: пламена, непламенные атомизаторы. Аппаратура и техника атомно-абсорбционных измерений | Лекции | 3 | 1 | Л1.1 | |
| 5.2. | Атомно-эмиссионный анализ. Количественное определение индивидуальных соединений. Количественный анализ сплавов. | Практические | 3 | 4 | Л1.1 | |
| 5.3. | Атомно-абсорбционный анализ. Количественное определение содержания различных элементов. | Практические | 3 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 6. ЯМР-, ЯКР- и ЯГР-спектроскопия | ||||||
| 6.1. | Ядерный магнитный резонанс. Характеристика ядер. Спиновый и магнитный моменты ядер. Гиромагнитное отношение, ядерный g-фактор. Зеемановское расщепление. Условие резонанса. Прецессия магнитного момента. Блок-схема ЯМР-спектрометра, его характеристики. Заселенность уровней. Спин-решеточная релаксация. Понятие насыщения. Спин-спиновая релаксация. Химический сдвиг. Константа экранирования ядра. Стандартные вещества. Спин-спиновое взаимодействие, его природа. Константа спин-спинового взаимодействия. Анализ систем первого порядка. мультиплетность, соотношение интенсивностей в мультиплете. Внутреннее вращение в молекулах. Область и границы применения ЯМР высокого разрешения | Лекции | 3 | 2 | Л1.1 | |
| 6.2. | Определение строения молекул по данным спектроскопии ЯМР. | Практические | 3 | 2 | Л1.1 | |
| 6.3. | Квадрупольные моменты ядра. Градиент электрического поля. Квадрупольные уровни при аксиальной симметрии поля. Параметр асимметрии. Правила отбора. Приложения метода, особенности эксперимента, достоинства и недостатки метода. Электронные спектры поглощения многоатомных молекул. | Лекции | 3 | 1 | Л1.1 | |
| 6.4. | Метод ядерного гамма-резонанса. Ядерная флуоресценция. Энергия отдачи. Линии испускания и поглощения, их ширина. Эффект Мессбауэра. Источник и поглотитель. Относительное движение их с постоянной скоростью. Изомерные химические сдвиги. Особенности ЯГР, его ограничения. | Лекции | 3 | 1 | Л1.1 | |
| Раздел 7. ЭПР-спектроскопия | ||||||
| 7.1. | Электронный парамагнитный резонанс. Условие резонанса. Типы спектрометров. g-фактор электрона. Сверхтонкое взаимодействие, его природа. Константа сверхтонкого взаимодействия. Правила отбора. Мультиплетность спектров. Атом водорода. Атом дейтерия. Анализ спектров ЭПР жидкофазных систем | Практические | 3 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 8. Масс-спектрометрия | ||||||
| 8.1. | Масс-спектроскопия. Принцип действия масс-спектрометра и его устройство. Классификация масс-спектрометров, их разрешающая способность. Методы ионизации. Эффективность ионизации. Реакции, происходящие при электронной ионизации. Классификация ионов: молекулярные, осколочные, перегруппировочные, метастабильные, многозарядные, отрицательные. Влияние изотопного состава на масс-спектр. | Сам. работа | 3 | 20 | Л1.1 | |
| 8.2. | Масс-спектроскопия. Определение структуры молекул по данным масс-спектроскопии низкого разрешения с электронной ионизацией. | Практические | 3 | 2 | Л1.1 | |
| 8.3. | Применение спектральных методов анализа для исследования наноматериалов. Выбор метода исследования в зависимости от объекта. | Практические | 3 | 2 | Л1.1 | |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Оценочные материалы для текущего контроля по разделам и темам дисциплины в полном объеме размещены в онлайн-курсе на образовательном портале "Цифровой университет АлтГУ": https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=6551 ОЦЕНКА СФОРМИРОВАННОСТИ КОМПЕТЕНЦИИ ПК-1: Способен осуществлять научно-исследовательские разработки в области новейших квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ЗАКРЫТОГО ТИПА 1. Какое электромагнитное излучение обладает наибольшей энергией? а) рентгеновское излучение; б) видимое излучение; в) ИК; г) радиочастотное излучение. Ответ: а. 2. Какой вид оптического излучения обладает наибольшей энергией? а) ИК; б) видимое излучение; в) УФ. Ответ: в. 3. Какое излучение инициируется ядерными переходами в атоме? а) ИК излучение; б) УФ излучение; в) γ - излучение; г) видимое излучение. Ответ: в. 4. Какой вид имеют атомные спектры испускания? а) непрерывный спектр; б) линейчатый спектр; в) полосатый спектр. Ответ: б. 5. Какой элемент спектрального прибора используется для разложения электромагнитного излучения в спектр? а) источник возбуждения; б) коллиматор со щелью; в) дифракционная решетка; г) фотоэлемент. Ответ: в. 6. Чему равна оптическая плотность раствора со светопропусканием 50%? а) 1,3; б) 0,75; в) 0,30; г) 2,5. Ответ: в. 7. От чего не зависит молярный коэффициент поглощения? а) от температуры; б) от природы поглощающего вещества; в) от длины волны падающего света; г) от концентрации. Ответ: г. 8. Какой параметр определяет чувствительность фотометрических измерений? а) оптическая плотностью раствора; б) молярный коэффициент поглощения ; в) стехиометрическое количество фотометрического реагента; г) избыточное количество фотометрического реагента. Ответ: б. 9. Характеристическое время метода — это время: а) минимальное для данного спектроскопического метода; б) необходимое для записи спектра; в) необходимое для реализации акта взаимодействия излучения или потока частиц с веществом. Ответ: в. 10. Колебательные спектры позволяют быстро и надежно: а) определить наличие в молекуле исследуемого вещества парамагнитного центра; б) установить присутствие в исследуемом веществе тяжелого атома; в) установить присутствие водородсодержащих функциональных групп, кратных связей, ароматических и гетероароматических структур; г) определить структуру молекулы. Ответ: в. Критерии оценивания: Каждое задание оценивается 1 баллом. Оценивание КИМ в целом: 85 % - отлично 70 % - хорошо 50 % - удовлетворительно Менее 50 % - неудовлетворительно ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ОТКРЫТОГО ТИПА 1. Эмиссионный спектр атома представляет собой: Ответ: Эмиссионный спектр атома возникает вследствие переходов его электронов из возбужденных состояний в основное (реже – в возбужденные с более низкой энергией). Если при таком переходе возникает квант электромагнитного излучения, то его энергия равна разности энергий двух состояний, которые могут принимать только дискретные значения. Поэтому эмиссионный спектр атома представляет собой набор узких линий. 2. Нагрев анализируемого образца до высокой температуры в методе атомно‑абсорбционной спектроскопии используется: Ответ: Поскольку в методе атомно‑абсорбционной спектроскопии используется явление поглощения электромагнитного излучения невозбужденными атомами, нагрев анализируемого образца до высокой температуры необходим только для атомизации. Последующее возбуждение и, тем более, ионизация атомов представляют собой нежелательные явления. 3. Аналитическим сигналом при проведении качественного атомно‑эмиссионного анализа является: Ответ: Поскольку длины волн эмиссионных спектральных линий характеристичны для каждого элемента, именно они используются как аналитический сигнал при проведении качественного анализа. 4. Абсорбционный спектр атома представляет собой: Ответ: Поглощение электромагнитного излучения атомами в видимой и УФ‑областях спектра связано с переходом их электронов из основных состояний в возбужденные. Энергий этих состояний (и, следовательно, их разности) могут принимать только дискретные значения. Поэтому абсорбционный спектр атома представляет собой набор узких линий. 5. Нагрев анализируемого образца до высокой температуры в методе атомно‑эмиссионной спектроскопии используется: Ответ: Поскольку в методе атомно‑эмиссионной спектроскопии источником электромагнитного излучения являются возбужденные атомы, нагрев образца до высокой температуры необходим для его атомизации, а затем и для возбуждения атомов. Ионизация же атомов представляет собой нежелательное явление. 6. Аналитическим сигналом при проведении качественного атомно‑абсорбционного анализа является: Ответ: Поскольку определение любого элемента в атомно‑абсорбционном анализе требует отдельного источника излучения, этот метод почти не используют для качественных определений. 7. Ввод анализируемого образца в пламя в методе фотометрии пламени используется: Ответ: Поскольку в методе фотометрии пламени источником электромагнитного излучения являются возбужденные атомы, пламя необходимо для атомизации образца с последующим возбуждением атомов. Ионизация же атомов представляет собой нежелательное явление. 8. Для чего в оптических спектральных приборах часто устанавливают две или даже три призмы? Ответ: При этом увеличивается угловая дисперсия прибора и, следовательно, его разрешающая способность. 9. Основным ограничением применения атомно‑абсорбционной спектроскопии является: Ответ: Атомно‑абсорбционная спектроскопия позволяет весьма точно проводить количественный анализ почти всех элементов с высокой чувствительностью. Однако поскольку в ней используется внешний источник излучения, длина волны которого должна совпадать с длинной волны поглощения определяемого элемента, для анализа конкретного элемента требуется замена или перенастройка источника. 10. Что обеспечивает спектроскопический буфер? Ответ: Спектроскопический буфер обеспечивает смещение равновесий в пламени (в дуге, в искре, в плазме) в нужном направлении, например, в сторону увеличения степени атомизации трудно диссоциирующих оксидов или в сторону уменьшения степени ионизации легко ионизирующихся элементов. 11. Перед технологом стоит задача многократного определения содержания катионов натрия и калия в производственных сточных водах. Выберите рациональный метод. Ответ: Количественный анализ с использованием дуги обладает малой точностью. Для анализа жидких образцов удобнее использовать фотометрию пламени или атомно‑абсорбционная спектроскопию. Однако последний метод требует более сложного аппаратурного оформления и сменных источников излучения. Следовательно, рациональнее всего использовать фотометрию пламени. 12. Перед технологом стоит задача контроля содержания легирующих элементов – ванадия, молибдена и вольфрама – в образцах выплавляемой стали. Выберите рациональный метод. Ответ: Фотометрия пламени не пригодна для анализа этих элементов. Количественный анализ с использованием дуги обладает малой точностью. Атомно‑абсорбционная спектроскопия требует перевода анализируемых образцов в раствор. Следовательно, рациональнее всего использовать искровой атомно‑эмиссионной анализ. 13. На производстве необходим многократный периодический контроль поступающей в технологический цикл воды на содержание ионов свинца. Выберите рациональный метод. Ответ: Фотометрия пламени не пригодна для анализа свинца. Атомно‑эмиссионной анализ с использованием искры или дуги требует предварительной подготовки образца, если он дан в виде раствора. Следовательно, рациональнее всего использовать атомно‑абсорбционную спектроскопию. 14. В лабораторию доставлен образец минерала. Необходимо оценить содержание в этом образце лития, рубидия и цезия. Выберите рациональный метод. Ответ: Фотометрия пламени и атомно‑абсорбционная спектроскопия требует перевода анализируемых образцов в раствор, следовательно, лучше воспользоваться другими методами. Поскольку необходимо только оценить содержание трех элементов (то есть провести полуколичественный анализ), рациональнее использовать более простой в аппаратурном оформлении дуговой атомно‑эмиссионной анализ. 15. Какие две наиболее значимые причины уширения линий в эмиссионных спектрах атомов в условиях обычного анализа? Ответ: Для видимого диапазона электромагнитного излучения, обычных давлений и атомов средней массы указанные величины имеют следующие порядки: естественное уширение, обусловленное принципом неопределенности Гейзенберга; Доплеровское уширение; Лоренцевское уширение. Эффекты Зеемана и Штарка проявляются только при наличии внешнего магнитного или электрического поля, соответственно. КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ОТКРЫТЫХ ВОПРОСОВ. «Отлично»: Ответ полный, развернутый. Студент превосходно владеет основной и дополнительной литературой, ошибок нет. При этом правильно написаны все уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны все необходимые пояснения и ответы на вопросы. «Хорошо»: Ответ полный, хотя краток, терминологически правильный, нет существенных недочетов. Студент хорошо владеет пройденным программным материалом; владеет основной литературой, суждения правильны. При этом правильно написаны все уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны все необходимые пояснения и ответы на вопросы «Удовлетворительно»: Ответ неполный. В терминологии имеются недостатки. Задание понято правильно, в логических рассуждениях нет существенных ошибок, но допущены существенные ошибки в выборе формул. Студент владеет программным материалом, но имеются недочеты. Суждения фрагментарны. «Неудовлетворительно»: Не использована специальная терминология. Ответ в сущности неверен. Переданы лишь отдельные фрагменты соответствующего материала вопроса. Не верно написаны уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны не все необходимые пояснения и ответы на вопросы. ОЦЕНКА СФОРМИРОВАННОСТИ КОМПЕТЕНЦИИ ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ЗАКРЫТОГО ТИПА ПК-3: Способен проводить обработку и анализ научно-технической информации в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии 1. В каких методах анализа для получения спектра испускания необходим перевод атомов в возбужденное состояние? а) адсорбционных; б) эмиссионных; в) флуоресцентных; г) фотоэлектронных. Ответ: б. 2. В спектрофотометрии аналитическим сигналом служит а) поглощение излучения; б) оптическая плотность исследуемого окрашенного раствора; в) угол вращения плоскости поляризации; г) интенсивность спектральных линий. Ответ: б. 3. На квантовый выход флуоресценции не влияет а) длина волны возбуждающего излучения; б) количество флуоресцирующего вещества; в) присутствие посторонних примесей; г) температура. Ответ: б. 4. Нормированными называются спектры поглощения и люминесценции а) приведенные к единой высоте максимума; б) приведенные к единой частоте; в) приведенные к единой длине волны. Ответ: a. 5. Характеристический параметр люминесценции зависит от длины волны возбуждающего излучения a) cпектр люминесценции; б) выход (квантовый, энергетический) люминесценции; в) величина стоксовского cмещения. Ответ: б. 6. В аналитической химии преимущественно используют вид люминесценции а) кратковременную флуоресценцию; б) замедленную флуоресценцию; в) фосфоресценцию. Ответ: в. 7. Является ли люминесценция равновесным процессом? а) не является; б) является; в) является при комнатной температуре. Ответ: а. 8. В основе количественного анализа лежит _______ спектральной линии. а) положение; б) интенсивность; в) полуширина. Ответ: б. 9. Как называется уравнение, которое связывает энергию фотона с его частотой: а) уравнение Планка; б) уравнение Шредингера; в) уравнение Стокса-Эйнштейна; г) уравнение Шредера-Ле-Шателье. Ответ: а. 10. Колебательные переходы соответствуют диапазону электромагнитного излучения: а) рентгеновский; б) УФ; в) микроволновый; г) ИК. Ответ: г. Критерии оценивания: Каждое задание оценивается 1 баллом. Оценивание КИМ в целом: 85 % - отлично 70 % - хорошо 50 % - удовлетворительно Менее 50 % - неудовлетворительно ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ОТКРЫТОГО ТИПА 1. При фотометрировании раствора с концентрацией Сх, если реагент при выбранной длине волны не поглощает, в качестве раствора сравнения следует взять Ответ: растворитель. 2. Наличие широких полос в спектрах поглощения растворов комплексов металлов с органическим реагентом, например, в спектре сульфосалицилата железа (III) обусловлено Ответ: большим числом разрешенных переходов. 3. Широкие полосы поглощения наблюдаются в спектрах Ответ: молекул. 4. Для фотоколориметрического определения с минимальной погрешностью а следует измерять в диапазоне Ответ: 0,1 - 0,7. 5. Спектр самого пламени представляет собой Ответ: спектр молекулярных частиц. 6. Формулировкой закона Стокса - Ломмеля является положение Ответ: спектр излучения в целом и его максимум смещены относительно спектра поглощения и его максимума в сторону больших длин волн. 7. Выход флуоресценции характеризуется Ответ: эффективностью трансформации возбуждающего излучения в излучение флуоресценции. 8. В серийных пламенных фотометрах используется следующий способ введения в пламя анализируемого вещества ______ Ответ: диспергирование анализируемого раствора пневматическим способом. 9. Коэффициент поглощения зависит от Ответ: частоты падающего излучения, коэффициента Эйнштейна и числа частиц на уровне. 10. Под селективным поглощением понимают Ответ: поглощение, обусловленное присутствием мешающих компонентов. 11. Молекулы N2 неактивны в ИК-спектре, потому что Ответ: дипольный момент молекулы равен нулю. 12. Назначение фотоэлемента в спектрофотометрии заключается в Ответ: преобразовании электромагнитного излучения в фотоэлектрический ток. 13. Чтобы уменьшить степень ионизации атомов определяемого элемента, необходимо Ответ: повысить электронную и “фоновую” концентрацию введением в пламя легкоионизирующего компонента. 14. Под спектром флуоресценции понимают графическую зависимость Ответ: интенсивности флуоресцеции от частоты (длины волны) излучения. 15. Суть явления люминесценции заключается в Ответ: cвечении атомов, ионов, молекул или других более сложных частиц, возникающем в результате электронного перехода в этих частицах при их возвращении из возбужденного состояния в основное. КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ОТКРЫТЫХ ВОПРОСОВ. «Отлично»: Ответ полный, развернутый. Студент превосходно владеет основной и дополнительной литературой, ошибок нет. При этом правильно написаны все уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны все необходимые пояснения и ответы на вопросы. «Хорошо»: Ответ полный, хотя краток, терминологически правильный, нет существенных недочетов. Студент хорошо владеет пройденным программным материалом; владеет основной литературой, суждения правильны. При этом правильно написаны все уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны все необходимые пояснения и ответы на вопросы «Удовлетворительно»: Ответ неполный. В терминологии имеются недостатки. Задание понято правильно, в логических рассуждениях нет существенных ошибок, но допущены существенные ошибки в выборе формул. Студент владеет программным материалом, но имеются недочеты. Суждения фрагментарны. «Неудовлетворительно»: Не использована специальная терминология. Ответ в сущности неверен. Переданы лишь отдельные фрагменты соответствующего материала вопроса. Не верно написаны уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны не все необходимые пояснения и ответы на вопросы. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| Не предусмотрены. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Оценочные материалы для проведения промежуточной аттестации размещены в онлайн-курсе на образовательном портале "Цифровой университет АлтГУ": https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=6551 Пример оценочного средства 1. Сведения из истории развития спектроскопии. Основные квантовые законы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом 2. Невырожденные и вырожденные уровни энергии. Населенность энергетических уровней. Вероятности поглощения и излучения 3. Виды движения в молекулах, соотношения между энергиями колебательного вращательного и электронного движений. Типы молекулярных спектров, их взаимное расположение на шкале частот. Вращательные спектры двухатомных молекул. Нарушение принципа Борна-Оппенгеймера (взаимодействие колебаний и вращений). Модели жёсткого и нежёсткого ротатора 4. Колебательные спектры молекул. Модели гармонического и ангармонического осциллятора. Колебательные уровни энергии, правила отбора для колебательных переходов. Колебательно-вращательные спектры 2-х и многоатомных молекул. Правила отбора для колебательно-вращательных переходов 5. Вращательные спектры комбинированного рассеяния. Колебательные спектры комбинационного рассеяния. Поляризация и комбинационное рассеяние света 6. Определение структуры молекул по данным КР- и ИК- спектроскопии 7. Ядерный магнитный резонанс. Характеристика ядер. Спиновый и магнитный моменты ядер. Гиромагнитное отношение, ядерный g-фактор. Зеемановское расщепление. Условие резонанса. Прецессия магнитного момента. Блок-схема ЯМР-спектрометра, его характеристики. 8. Ядерный магнитный резонанс. Заселенность уровней. Спин-решеточная релаксация. Понятие насыщения. Спин-спиновая релаксация. Химический сдвиг. Константа экранирования ядра. Стандартные вещества. Спин-спиновое взаимодействие, его природа. Константа спин-спинового взаимодействия. Анализ систем первого порядка. мультиплетность, соотношение интенсивностей в мультиплете. Область и границы применения ЯМР высокого разрешения 9. Электронный парамагнитный резонанс. Условие резонанса. Типы спектрометров. g-фактор электрона. Сверхтонкое взаимодействие, его природа. Константа сверхтонкого взаимодействия. Правила отбора. Мультиплетность спектров. 10. Электронный парамагнитный резонанс. Атом водорода. Атом дейтерия. Анализ спектров ЭПР жидкофазных систем 11. Ядерный квадрупольный резонанс. Квадрупольные моменты ядра. Градиент электрического поля. Квадрупольные уровни при аксиальной симметрии поля. Параметр асимметрии. Правила отбора. Приложения метода, особенности эксперимента, достоинства и недостатки метода. 12. Метод ядерного гамма-резонанса. Ядерная флуоресценция. Энергия отдачи. Линии испускания и поглощения, их ширина. Эффект Мессбауэра. Источник и поглотитель. Относительное движение их с постоянной скоростью. Изомерные химические сдвиги. Особенности ЯГР, его ограничения. 13. Электронно-колебательные спектры поглощения многоатомных молекул и их характеристики. Энергия электронных переходов. Области поглощения. Концепция хромофоров и ауксохромов. Классификация электронных переходов. Интенсивность полос и правила отбора. 14. Атомно-эмиссионный анализ. Сущность метода и его аналитические характеристики. Пламя как источник возбуждения. Дуговой и искровой разряды как источники атомизации и возбуждения. Температура образующейся плазмы. Способы введения анализируемых проб, находящихся в различных агрегатных состояниях. Применение индуктивно-связанной плазмы. Факторы, влияющие на степень атомизации и интенсивность излучения атомов. Связь между интенсивностью излучения и концентрацией элементов в растворе. 15. Атомно-абсорбционный анализ. Источники излучения: лампы с полым катодом, источники сплошного спектра. Способы получения поглощающего слоя атомов: пламена, непламенные атомизаторы. Аппаратура и техника атомно- абсорбционных измерений. 16. Определение структуры молекул по данным КР- и ИК- спектроскопии. 17. ИК-спектроскопия. Расшифровка спектров индивидуальных веществ и смесей устойчивого состава. 18. Определение строения молекул по данным спектроскопии ЯМР. 19. Масс-спектроскопия. Определение структуры молекул по данным масс-спектроскопии низкого разрешения с электронной ионизацией. 20. Применение спектральных методов анализа для исследования наноматериалов. Выбор метода исследования в зависимости от объекта. КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ «Отлично»: Ответ полный, развернутый. Студент превосходно владеет основной и дополнительной литературой, ошибок нет. При этом правильно написаны все уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны все необходимые пояснения и ответы на вопросы. «Хорошо»: Ответ полный, хотя краток, терминологически правильный, нет существенных недочетов. Студент хорошо владеет пройденным программным материалом; владеет основной литературой, суждения правильны. При этом правильно написаны все уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны все необходимые пояснения и ответы на вопросы «Удовлетворительно»: Ответ неполный. В терминологии имеются недостатки. Задание понято правильно, в логических рассуждениях нет существенных ошибок, но допущены существенные ошибки в выборе формул. Студент владеет программным материалом, но имеются недочеты. Суждения фрагментарны. «Неудовлетворительно»: Не использована специальная терминология. Ответ в сущности неверен. Переданы лишь отдельные фрагменты соответствующего материала вопроса. Не верно написаны уравнения реакций, расставлены коэффициенты, даны не все необходимые пояснения и ответы на вопросы. |
| Приложения |
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Елисеев А. А. , Лукашин А. В. | Функциональные наноматериалы: | Физматлит, 2010 | biblioclub.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Бёккер Ю. | Спектроскопия [Электронный ресурс]: монография | М. Техносфера, 2009 | www.studentlibrary.ru |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | курс в moodle | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно) Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно) Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно) 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно) Adobe Reader (http://wwwimages.adode.com/content/dam/Adode/en/legan/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно) ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (http://astalinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно) Libre Office (http://ru.libreoffice.org/), (бессрочно) Веб-браузер Сhromium (http://www.chromium.org/Home), (бессрочно) Антивирус Касперский (http://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024) Архиватор ARK (http://apps.kde.org/ark/), (бессрочно) Okular (http://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно) Редактор изображений Gimp(http://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| http://www.lib.asu.ru - электронные ресурсы научной библиотеке АлтГУ http://www.rsl.ru - РГБ Российская государственная библиотека http://ben.irex.ru - БЕН Библиотека естественных наук http://www.gpntb.ru - ГПНТБ Государственная публичная научно-техническая библиотека http://ban.pu.ru - БАН Библиотека Академии наук http://www.nlr.ru - РНБ Российская национальная библиотека http://www.elibrary.ru - Научная электронная библиотека РФФИ | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| 517К | учебно-исследовательская лаборатория физико-химии и электрохимии материалов - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 15 посадочных мест; рабочее место преподавателя; столы ученический - 4 шт.; стол преподавателя - 2 шт.; шкаф книжный - 1 шт.; стол лабораторный - 6 шт.; вытяжной шкаф - 1 шт.; стол весовой - 1 шт.; экран рулонный; дистиллятор; ДмЭ-1\БрН-метр 150; весы ВЛКТ-500; мешалка магнитная ММ-5; генератор Г4-102А; ампервольтметр Ц4311; микроскоп Метавал; микроскоп МИИ-4 |
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| Как работать над конспектом после лекции Какими бы замечательными качествами в области методики ни обладал лектор, какое бы большое значение на занятиях ни уделял лекции слушатель, глубокое понимание материала достигается только путем самостоятельной работы над ним. Самостоятельную работу следует начинать с доработки конспекта, желательно в тот же день, пока полученная информация еще хранится в памяти. Как правило, через 10 ч после лекции в памяти остается не более 30-40 % материала. С целью доработки необходимо, в первую очередь, прочитать записи, восстановить текст в памяти, а также исправить описки, расшифровать не понятные сокращения, заполнить пропущенные места, понять текст, вникнуть в его смысл. Далее прочитать материал по рекомендуемой литературе, разрешая в ходе чтения, возникшие ранее затруднения, вопросы, а также дополнения и исправляя свои записи. Записи должны быть наглядными, для чего следует применять различные способы выделений. В ходе доработки конспекта углубляются, расширяются и закрепляются знания, а также дополняется, исправляется и совершенствуется конспект. Подготовленный конспект и рекомендуемая литература используется при подготовке к практическому занятию. Подготовка сводится к внимательному прочтению учебного материала, к выводу с карандашом в руках всех утверждений и формул, к решению примеров, задач, к ответам на вопросы, предложенные в конце лекции преподавателем или помещенные в рекомендуемой литературе. Примеры, задачи, вопросы по теме являются средством самоконтроля. Непременным условием глубокого усвоения учебного материала является знание основ, на которых строится изложение материала. Обычно преподаватель напоминает, какой ранее изученный материал и в какой степени требуется подготовить к очередному занятию. Эта рекомендация, как и требование систематической и серьезной работы над всем лекционным курсом, подлежит безусловному выполнению. Потери логической связи как внутри темы, так и между ними приводит к негативным последствиям: материал учебной дисциплины перестает основательно восприниматься, а творческий труд подменяется утомленным переписыванием. Обращение к ранее изученному материалу не только помогает восстановить в памяти известные положения, выводы, но и приводит разрозненные знания в систему, углубляет и расширяет их. Каждый возврат к старому материалу позволяет найти в нем что-то новое, переосмыслить его с иных позиций, определить для него наиболее подходящее место в уже имеющейся системе знаний. Неоднократное обращение к пройденному материалу является наиболее рациональной формой приобретения и закрепления знаний. Очень полезным в практике самостоятельной работы, является предварительное ознакомление с учебным материалом. Даже краткое, беглое знакомство с материалом очередной лекции дает многое. Студенты получают общее представление о ее содержании и структуре, о главных и второстепенных вопросах, о терминах и определениях. Все это облегчает работу на лекции и делает ее целеустремленной. Подготовка к практическому занятию Студент должен четко уяснить, что именно с лекции начинается его подготовка к практическому занятию. Вместе с тем, лекция лишь организует мыслительную деятельность, но не обеспечивает глубину усвоения программного материала. При подготовке к семинару можно выделить 2 этапа: 1-й – организационный, 2-й – закрепление и углубление теоретических знаний. На первом этапе студент планирует свою самостоятельную работу, которая включает: – уяснение задания на самостоятельную работу; – подбор рекомендованной литературы; – составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки. Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе. Второй этап включает непосредственную подготовку студента к занятию. Начинать надо с изучения рекомендованной литературы. Необходимо помнить, что на лекции обычно рассматривается не весь материал, а только его часть. Остальная его часть восполняется в процессе самостоятельной работы. В связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна. Особое внимание при этом необходимо обратить на содержание основных положений и выводов, объяснение явлений и фактов, уяснение практического приложения рассматриваемых теоретических вопросов. В процессе этой работы студент должен стремиться понять и запомнить основные положения рассматриваемого материала, примеры, поясняющие его, а также разобраться в иллюстративном материале. Заканчивать подготовку следует составлением плана (перечня основных пунктов) по изучаемому материалу (вопросу). Такой план позволяет составить концентрированное, сжатое представление по изучаемым вопросам. В процессе подготовки к семинару рекомендуется взаимное обсуждение материала, во время которого закрепляются знания, а также приобретается практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь. При необходимости следует обращаться за консультацией к преподавателю. Идя на консультацию, необходимо хорошо продумать вопросы, которые требуют разъяснения. В начале семинара студенты под руководством преподавателя более глубоко осмысливают теоретические положения по теме занятия, раскрывают и объясняют основные явления и факты. В процессе творческого обсуждения и дискуссии вырабатываются умения и навыки использовать приобретенные знания для решения практических задач. Подготовка к лабораторной работе Теоретическая подготовка Теоретическая подготовка необходима для проведения компьютерного эксперимента, должна проводиться обучающимися в порядке самостоятельной работы. Ее следует начинать внимательным разбором руководства к данной лабораторной работе. Особое внимание в ходе теоретической подготовки должно быть обращено на понимание сущности процесса. Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы. Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей: 1. Название работы. 2. Цель работы. 3. Теоретическое введение. 4. Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин). 5. Расчеты – окончательная запись результатов работы. 6. Вывод. При выполнении лабораторных работ измерение физических величин необходимо проводить в строгой, заранее предусмотренной последовательности. Особо следует обратить внимание на точность и своевременность отсчетов при измерении нужных физических величин. Например, точность измерения времени с помощью секундомера зависит не только от четкого определения положения стрелки, но и в значительной степени – от своевременности включения и выключения часового механизма. Лабораторные работы выполняются по письменным инструкциям. Каждая инструкция содержит краткие теоретические сведения, относящиеся к данной работе, перечень необходимого оборудования, посуды, реактивов, порядок выполнения работы, контрольные вопросы. Внимательное изучение методических указаний поможет выполнить работу. Небрежное оформление отчета, исправление уже написанного недопустимо. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов 1. К выполнению лабораторных работ необходимо приготовиться до начала занятия в лаборатории. Кроме описания работы, используйте рекомендованную литературу и конспект лекций. К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты. 2. При проведении эксперимента результаты измерений и расчетов записывайте четко и кратко в заранее подготовленные таблицы. 3. При обработке результатов измерений: А) помните, что точность расчетов не может превышать точности прямых измерений; Б) результаты измерений лучше записывать в виде доверительного интервала. 4. Отчеты по лабораторным работам должны включать в себя следующие пункты: • название лабораторной работы и ее цель; • краткое теоретическое обоснование; • порядок выполнения лабораторной работы; • далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы лабораторной работы, согласно выше приведенному порядку записываются требуемые теоретические положения, результаты измерений, обработка результатов измерений, заполнение требуемых таблиц и графиков, по завершении работы делается вывод. 5. При подготовке к сдаче лабораторной работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы. Как работать с рекомендованной литературой Успех в процессе самостоятельной работы, самостоятельного чтения литературы во многом зависит от умения правильно работать с книгой, работать над текстом. Опыт показывает, что при работе с текстом целесообразно придерживаться такой последовательности. Сначала прочитать весь заданный текст в быстром темпе. Цель такого чтения заключается в том, чтобы создать общее представление об изучаемом (не запоминать, а понять общий смысл прочитанного) материале. Затем прочитать вторично, более медленно, чтобы в ходе чтения понять и запомнить смысл каждой фразы, каждого положения и вопроса в целом. Чтение приносит пользу и становится продуктивным, когда сопровождается записями. Это может быть составление плана прочитанного текста, тезисы или выписки, конспектирование и др. Выбор вида записи зависит от характера изучаемого материала и целей работы с ним. Если содержание материала несложное, легко усваиваемое, можно ограничиться составлением плана. Если материал содержит новую и трудно усваиваемую информацию, целесообразно его законспектировать. План – это схема прочитанного материала, краткий (или подробный) перечень вопросов, отражающих структуру и последовательность материала. Подробно составленный план вполне заменяет конспект. Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Различаются четыре типа конспектов. План-конспект – это развернутый детализированный план, в котором достаточно подробные записи приводятся по тем пунктам плана, которые нуждаются в пояснении. Текстуальный конспект – это воспроизведение наиболее важных положений и фактов источника. Свободный конспект – это четко и кратко сформулированные (изложенные) основные положения в результате глубокого осмысливания материала. В нем могут присутствовать выписки, цитаты, тезисы; часть материала может быть представлена планом. Тематический конспект – составляется на основе изучения ряда источников и дает более или менее исчерпывающий ответ по какой-то схеме (вопросу). В процессе изучения материала источника, составления конспекта нужно обязательно применять различные выделения, подзаголовки, создавая блочную структуру конспекта. Это делает конспект легко воспринимаемым, удобным для работы. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов Самостоятельная работа студентов (СРС) под руководством преподавателя является составной частью «самостоятельная работа студентов», принятого в высшей школе. СРС под руководством преподавателя представляет собой вид занятий, в ходе которых студент, руководствуясь методической и специальной литературой, а также указаниями преподавателя, самостоятельно выполняет учебное задание, приобретая и совершенствуя при этом знания, умения и навыки практической деятельности. При этом взаимодействие студента и преподавателя приобретает вид сотрудничества: студент получает непосредственные указания преподавателя об организации своей самостоятельной деятельности, а преподаватель выполняет функцию руководства через консультации и контроль. Познавательная деятельность студентов при выполнении самостоятельных работ данного вида заключается в накоплении нового для них опыта деятельности на базе усвоенного ранее формализованного опыта (опыта действий по известному алгоритму) путем осуществления переноса знаний, умений и навыков. Суть заданий работ этого вида сводится к поиску, формулированию и реализации идей решения. Это выходит за пределы прошлого формализованного опыта и в реальном процессе мышления требует от обучаемых варьирования условий задания и усвоенной ранее учебной информации, рассмотрения ее под новым углом зрения. В связи с этим самостоятельная работа данного вида должна выдвигать требования анализа незнакомых студентом ситуаций и генерирования новой информации для выполнения задания. В практике обучения в качестве самостоятельной работы чаще всего используются домашние задание, отдельные этапы лабораторных и семинарско-практических занятий, написание рефератов, курсовых и дипломных работ, а также дипломное проектирование. Методические указания для подготовки к экзамену Подготовка к экзамену способствует закреплению, углублению и обобщению знаний, получаемых, в процессе обучения, а также применению их к решению практических задач. Готовясь к экзамену, студент ликвидирует имеющиеся пробелы в знаниях, углубляет, систематизирует и упорядочивает свои знания. На экзамене студент демонстрирует то, что он приобрел в процессе обучения по конкретной учебной дисциплине. Требования к организации подготовки к экзаменам те же, что и при занятиях в течение семестра, но соблюдаться они должны более строго. Вначале следует просмотреть весь материал по сдаваемой дисциплине, отметить для себя трудные вопросы. Обязательно в них разобраться. В заключение еще раз целесообразно повторить основные положения, используя при этом листы опорных сигналов. Систематическая подготовка к занятиям в течение семестра позволит использовать время экзаменационной сессии для систематизации знаний. В период подготовки к экзамену студенты могут получить у экзаменатора - преподавателя, проводивший лекционный курс индивидуальные и групповые консультации. Подготовка к экзамену – это завершающий, наиболее активный этап самостоятельной работы студента над учебным курсом. |