Физико-химические основы методов исследования веществ и

Физико-химические основы методов исследования веществ и материалов
Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины - изучение основ теории и практики физико-химического анализа
веществ, основных экспериментальных закономерностей, лежащих в основе физикохимических методов исследования, их связи с современными технологиями, а также
формирование у студентов компетенций, позволяющих осуществлять экспериментальное
определение закономерностей изменения физико-химических свойств и проводить
численные расчеты соответствующих физико-химических величин.
Задачи дисциплины:
 сформировать базовые знания и представления о фундаментальных законах и
основных методах исследования физико-химических свойств и структуры веществ.
Обобщить и систематизировать знания, включающие фундаментальные законы,
лежащие в основе физико-химического анализа.
 сформулировать основные задачи физико-химического анализа, установить область
и границы применимости различных методов;
 рассмотреть основные экспериментальные закономерности, структуру и
математическую форму основных уравнений, лежащих в основе физикохимического анализа, особенности их использования в различных методах;
 рассмотреть основные приемы и методы экспериментального и теоретического
исследования физико-химических свойств, использование этих методов в
современных технологиях;
 установить область применимости моделей, применяемых физико-химических
исследованиях, рассмотреть способы вычисления физико-химических величин,
характеризующих явления; обеспечить овладение методологией физико-химических
исследований.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
(модуля)
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
 знать:
 базовую терминологию, относящуюся к физико-химическим методам
исследования, классификацию методов;
 основные понятия и законы, лежащие в основе различных методов;
 уметь:
 продемонстрировать связь между различными физико-химическими методами
исследования, структурой и свойствами веществ;
 осуществить
выбор
соответствующего
физико-химического
метода
исследования в зависимости от структуры вещества и поставленной задачи;
 использовать закономерности физико-химических процессов и физикохимические методы исследования при выполнении курсовых и дипломных
работ и интерпретации экспериментальных данных;
 быть способным:
 использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые
знания в области естественных наук;
 в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного
опыта и творческому анализу своих возможностей;
 использовать полученные навыки работы для решения профессиональных и
социальных задач;
1
 владеть компетенциями:
Код
Наименование результата обучения
ОК-1
Способностью ориентироваться в условиях производственной деятельности и
адаптироваться в новых условиях
ОК-5
ПК 1
ПК 2
ПК 3
Владение современными компьютерными технологиями, применяемыми при
обработке результатов научных экспериментов и сборе, обработке, хранении
и передачи информации при проведении самостоятельных научных
исследований
Наличием представления о наиболее актуальных направлениях исследований
в современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и
применение веществ в наноструктурных технологиях, исследования в
экстремальных условиях, химия жизненных процессов, химия и экология и
другие)
Знанием основных этапов и закономерностей развития химической науки,
пониманием объективной необходимости возникновения новых направлений,
наличием представлений о системе фундаментальных химических понятий и
методологических аспектов химии, форм и методов научного познания, их
роли в общеобразовательной профессиональной подготовке химиков
Владение теорией и навыками практической работы в избранной области
химии (в соответствии с темой магистерской диссертации).
Краткое содержание
Электромагнитное
излучение,
природа
электромагнитного
излучения.
Взаимодействие излучения с веществом. Наблюдение и регистрация спектроскопических
сигналов.
Эффект Оже. Глубина выхода оже-электронов. Регистрация оже-электронов.
Получение энергетического спектра. Количественная оже-спектроскопия.
Оптическое детектирование одиночных молекул. Импульсная спектроскопия.
Туннельная колебательная спектроскопия. Механика единичной молекулы.
Методы ионизации: электронный удар, фотоионизация, химическая ионизация и др.
Комбинированные методы. Ионный ток и сечение ионизации. Зависимость сечения
ионизации от энергии ионизирующих электронов. Потенциалы появления ионов. Типы
ионов в масс-спектрометрах - молекулярные, осколочные, метастабильные, многозарядные.
Разрешающая сила масс-спектрометра. Применение масс-спектрометрии. Идентификация
вещества. Таблицы массовых чисел. Соотношение изотопов. Корреляции между
молекулярной структурой и масс-спектрами. Представление о хромато-масс-спектрометрии.
Люминесцентные методы. Виды люминесценции, флуоресценция и фосфоресценция.
Основные закономерности молекулярной люминесценции. Тушение люминесценции.
Спектры флуоресценции.
Оптический резонанс. Магнитный резонанс Физические основы явления ядерного
магнитного резонанса. Снятие вырождения спиновых состояний в постоянном магнитном
поле. Условие ядерного магнитного резонанса. Химический сдвиг и спин-спиновое
расщепление в спектрах ЯМР. Константа экранирования ядра. Относительный химический
сдвиг, его определение и использование в химии.
Метод двойного резонанса. Применение спектров МР в химии. Техника и методика
эксперимента. Структурный анализ.
Принципы спектроскопии электронного парамагнитного резонанса. Условие ЭПР. gФактор и его значение. Сверхтонкое расщепление сигнала ЭПР при взаимодействии с одним
и несколькими ядрами. Применение метода ЭПР в химии.
2
Магнитные свойства веществ, диамагнетики и парамагнетики. Экспериментальное
измерение магнитной восприимчивости. Магнитная восприимчивость растворов.
Собственные физические поля организма человека. Биоэлектрические потенциалы,
потенциал действия, потенциал покоя. Принцип эквивалентного генератора. Физические
основы кардиографии. Электроэнцефалография. Биолюминесценция.
3