《儀器分析》課程教學大綱

《儀器分析》課程教學大綱一、基本信息課程編碼：1061129014英文名稱：InstrumentalAnalysis課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課學分：2.5學時：40學時開課學期：第三學期開課院系：環(huán)境工程與化學學院適用專業(yè)：環(huán)境工程先修課程：無機及分析化學、有機化學、物理化學、大學物理二、課程簡介儀器分析是環(huán)境工程的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過現(xiàn)代分析檢測技術(shù)學習，使學生掌握識別、分析污染物的基本方法，為培養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測等評價能力奠定基礎(chǔ)。該課程主要學習光學分析、電化學分析和色譜分析等基本原理、儀器構(gòu)造和使用技術(shù)，熟悉常用儀器分析的對象、定性或定量方法，以及在環(huán)境工程等諸方面的實際應(yīng)用，提高學生分析和解決實際環(huán)境能力。三、教學任務(wù)與課程目標（一）教學任務(wù)學習常用儀器分析技術(shù)，了解不同分析儀器特點及使用范圍，熟悉常見檢測方法，并能和實際污染物監(jiān)測有機結(jié)合，培養(yǎng)污染物監(jiān)測的基本能力，激發(fā)學生專業(yè)興趣，培養(yǎng)學生科學思維和科學精神。本課程基本任務(wù)如下：通過多種形式的課堂理論教學及應(yīng)用案例課堂，使學生掌握光學分析、電化學分析和色譜分析的基本原理和技術(shù)，了解相關(guān)儀器設(shè)備的構(gòu)成、分析方法和適用對象等，重點掌握常見儀器分析的定量方法，培養(yǎng)學生分析監(jiān)測污染物的基本能力。課程重點在學習常見的紫外可見分光光度、原子吸收分光光度分析、電位分析、氣相色譜及液相色譜分析方法與技術(shù)；課程難點在于分析方法多且單獨成章、相互交叉少、知識領(lǐng)域?qū)?、對實踐教學要求高。課程目標1.課程目標(1)能夠?qū)W習掌握儀器分析的基礎(chǔ)知識，理解光學、電化學、色譜等常見儀器分析方法的基本原理與技術(shù)，掌握典型的定性與定量分析方法。（支撐畢業(yè)要求指標點2.1）（2）運用典型的儀器分析方法與技術(shù)，識別、監(jiān)測環(huán)境污染物，并能針對具體問題進行監(jiān)測方案和方法設(shè)計。（支撐畢業(yè)要求指標點2.1）（3）了解常見分析儀器的技術(shù)特點與使用對象范圍，理解其技術(shù)局限性。（支撐畢業(yè)要求指標點5.3）2.課程目標對畢業(yè)要求的支撐矩陣表1教學目標對畢業(yè)要求的支撐矩陣畢業(yè)要求二級指標點課程目標（1）（2）（3）2.問題分析:能夠應(yīng)用數(shù)學、自然科學和環(huán)境工程專業(yè)的基本知識與原理，并通過文獻分析研究，識別、判斷、評價復雜環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠應(yīng)用數(shù)學、自然科學和環(huán)境工程專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，識別和判斷復雜環(huán)境工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！獭?.使用現(xiàn)代工具：能夠針對復雜環(huán)境工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對本專業(yè)相關(guān)的復雜工程問題進行預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.3能夠選擇和使用現(xiàn)代環(huán)境檢測技術(shù)和分析手段，對復雜環(huán)境工程問題進行解析和評價，并能夠理解其局限性?！蹋ㄈ┧颊馗鶕?jù)課程性質(zhì)與教學內(nèi)容，本課程的思政元素主要有：創(chuàng)新精神、實事求是、嚴謹認真的科學精神。四、教學內(nèi)容及要求表2教學內(nèi)容、要求與達成章 節(jié)（學時）教學目標教學內(nèi)容教學要求重點難點教學活動達成能力達成途徑支撐目標第一章緒論（2）熟悉常見儀器分析概念及類型，了解分析化學的發(fā)展歷程，課程教學要求儀器分析概念，常見的關(guān)系分析、電化學分析、色譜分析等類型，了解分析化學的3個發(fā)展階段。1.掌握儀器分析概念；2.理解儀器分析與分析化學的不同之處，了解分析化學的發(fā)展歷程；3.了解儀器分析在環(huán)境污染物監(jiān)測中的作用。【本章重點】儀器分析概念及類型?！菊n前提問】？【課堂講授】儀器分析的主要類型：光學、電化學和色譜及其分類以及在環(huán)境污染監(jiān)測中的應(yīng)用實例；分析化學的發(fā)展歷程?！窘虒W方式】講授\案例教學\混合式教學【思政元素】創(chuàng)新精神畢業(yè)要求2問題分析的“應(yīng)用數(shù)學、自然科學的基本知識與原理，識別、判斷、評價具體環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論”。畢業(yè)要求5使用現(xiàn)代工具中：“選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對本專業(yè)的復雜問題進行預(yù)測，并能夠理解其局限性”。課堂提問、期末考試課程目標1、3第四章電位分析法（6）熟悉離子選擇性電極構(gòu)成、原理及電位分析法；掌握其在分析檢測中應(yīng)用電化學分析法，重點學習電位分析法的原理、構(gòu)成（離子選擇性電極）及應(yīng)用。1.理解能斯特方程；2.理解玻璃電極、離子選擇性電極的響應(yīng)機理與膜電位；掌握電位法測pH值及在定量分析中的應(yīng)用;3了解離子選擇性電極的種類性能【本章重點】重點：pH測定、離子選擇電極及膜電位。難點：電極膜的響應(yīng)機理?！菊n前提問】環(huán)境檢測中，水體的pH值是如何快速測定的？【課堂講授】電化學分析法、電位分析、能斯特方程；pH計與pH玻璃電極、機理及數(shù)學表示，離子選修性電極類型、構(gòu)成與機理，直接電位法與電位滴定及其應(yīng)用。【課堂討論】水體中痕量磷酸酯(如NP508)的檢測方法？【教學方式】講授\案例教學\課堂研討\混合式教學【思政元素】嚴謹認真的科學精神【習題作業(yè)】p1471、3、4、7、9、10、11、12選作題:13或14畢業(yè)要求2問題分析的“應(yīng)用數(shù)學、自然科學的基本知識與原理，識別、判斷、評價具體環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論”。畢業(yè)要求5使用現(xiàn)代工具中：“選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對本專業(yè)的復雜問題進行預(yù)測，并能夠理解其局限性”課堂提問、作用、方案設(shè)計、期末考試課程目標1、2、3

章 節(jié)（學時）教學目標教學內(nèi)容教學要求重點難點教學活動達成能力達成途徑支撐目標第九章紫外可見吸收光譜分析（6）理解和掌握紫外可見吸收光譜分析的基本概念與方法。紫外可見吸收光譜分析的理論基礎(chǔ)、儀器構(gòu)成與分析技術(shù)及定量分析方法。1.了解光學分析法、分子吸收光譜及特點；2.理解紫外吸收光譜與有機物、無機物結(jié)構(gòu)關(guān)系及特征；3.了解紫外-可見分光光度計構(gòu)成及在環(huán)境檢測應(yīng)用；4.掌握其定量分析方法?！颈菊轮攸c】紫外可見吸收光譜分析基本原理、結(jié)構(gòu)關(guān)系與定量分析方法?！颈菊码y點】紫外-可見分子吸收光譜與有機物、無機物的結(jié)構(gòu)關(guān)系定量分析。【課前案例】水體中磷的作用與檢測?！菊n堂講授】光學分析基本知識；紫外吸收光譜與有機物、無機物結(jié)構(gòu)的關(guān)系及特征；朗伯-比爾定律及應(yīng)用；分析監(jiān)測方法的影響因素及在環(huán)境污染物監(jiān)測中應(yīng)用?！菊n堂討論】常見重金屬的光學分析檢測方法【習題作業(yè)】p287-2882、4、5、7、9、10.【教學方式】講授\案例教學\混合式教學畢業(yè)要求2問題分析的“應(yīng)用數(shù)學、自然科學的基本知識與原理，識別、判斷、評價具體環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論”。畢業(yè)要求5使用現(xiàn)代工具中：“選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對本專業(yè)的復雜問題進行預(yù)測，并能夠理解其局限性”課堂討論、習題作業(yè)、方案設(shè)計、期末考試課程目標1、2、3第八章原子吸收光譜（6）理解掌握原子吸收分析的原理、特點、儀器構(gòu)成及主要應(yīng)用（重金屬分析）原子吸收分光光度分析法的原理、分析方法、儀器構(gòu)成、干擾與校正1.理解原子吸收光譜分析基本概念、理論基礎(chǔ)；2.了解原子吸收分光光度計構(gòu)成，理解空心陰極燈工作原理及常見原子化系統(tǒng)、干擾類型及背景吸收校正方法；3.掌握原子吸收分析定量方法及在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用；4.了解原子熒光儀器構(gòu)成特點?！颈菊轮攸c】原子吸收光譜分析方法的理論基礎(chǔ)【本章難點】干擾及背景校正?！菊n前案例】豫西南是重要的重金屬礦區(qū)，尾礦及附近土壤中Mo、Ni、Pb、Cu含量監(jiān)測分析方法？?！菊n堂講授】原子吸收輪廓、譜線變寬因素，原子吸收分光光度計的構(gòu)成、常見火焰、石墨爐原子化器操作，常見背景干擾及校正方法，原子吸收分析特點，定量分析法及在環(huán)境檢測中應(yīng)用。原子熒光分析基礎(chǔ)及儀器構(gòu)成、應(yīng)用等?！玖曨}作業(yè)】p267-268:2、3、7、11、13、15【應(yīng)用案例課】重金屬元素分析檢測（擬要求環(huán)境檢測站技術(shù)人員介紹相關(guān)分析案例）【思政元素】科學精神【教學方式】講授\案例教學\混合式教學畢業(yè)要求2問題分析的“應(yīng)用數(shù)學、自然科學的基本知識與原理，識別、判斷、評價具體環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論”。畢業(yè)要求5使用現(xiàn)代工具中：“選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對本專業(yè)的復雜問題進行預(yù)測，并能夠理解其局限性”課堂提問、習題作業(yè)、方案設(shè)計、期末考試課程目標1、2、3章 節(jié)（學時）教學目標教學內(nèi)容教學要求重點難點教學活動達成能力達成途徑支撐目標第十章紅外吸收光譜分析（6）理解紅外光譜分析方法及典型有機物結(jié)構(gòu)基團分析紅外光譜分析的基礎(chǔ)、常見有機物、基團特征頻率及分析方法1.了解紅外吸收光譜特征、形式與產(chǎn)生條件；2.熟悉常見化學基團特征吸收頻率與主要吸收帶；3.掌握典型有機物紅外光譜圖譜解析；4.了解傅里葉變換紅外光譜儀的構(gòu)成及使用方法?！颈菊轮攸c】常見化學基團特征吸收頻率和典型有機結(jié)構(gòu)吸收帶、紅外吸收光譜圖譜解析方法?！颈菊码y點】圖譜解析【課前案例】紅外望遠鏡、夜視儀的工作原理？?！菊n堂講授】分子振動形式、紅外光譜產(chǎn)生條件、基團特征頻率；常見有機物、基團的特征頻率及影響基團頻率位移因素；紅外光譜結(jié)構(gòu)分析步驟與方法，典型有機物結(jié)構(gòu)分析；傅里葉變換紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用【習題作業(yè)】p323:1、3、4、5、8、10、11【教學方式】講授\案例教學\混合式教學畢業(yè)要求2問題分析的“應(yīng)用數(shù)學、自然科學的基本知識與原理，識別、判斷、評價具體環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論”。畢業(yè)要求5使用現(xiàn)代工具中：“選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對本專業(yè)的復雜問題進行預(yù)測，并能夠理解其局限性”課堂提問、習題作業(yè)、期末考試課程目標1、2、3第二章氣相色譜分析（6）熟悉色譜概念與色譜分離理論，理解掌握氣相色譜分析法的原理與應(yīng)用色譜基本概念、塔板及速率理論、色譜分離條件選擇及分析方法與應(yīng)用1.熟悉色譜學的基本概念與分離理論；2.掌握氣相色譜分離條件選擇原則；3.了解氣相色譜儀的構(gòu)成與操作，掌握氣相色譜分析的定性、定量方法；4.了解毛細管色譜柱特點及應(yīng)用?！颈菊轮攸c】色譜術(shù)語、分離理論及色譜分離條件選擇【本章難點】色譜理論【課前案例】環(huán)境監(jiān)測中常見VOC有機成分的檢測方法？【課堂講授】色譜學基本術(shù)語、概念，色譜分離的塔板、速率理論與實例計算，色譜分離條件的選擇，氣相色譜儀的構(gòu)成與操作條件，氣相色譜分析的特點及局限性，定性與定量方法及應(yīng)用，毛細管柱系統(tǒng)的特點與應(yīng)用?！菊n堂討論】環(huán)境監(jiān)測中，大氣顆粒物中有機成分以及尾氣成分檢測方法?！緫?yīng)用案例課】大氣顆粒物及水體中有機污染物多環(huán)芳烴的檢測（市環(huán)境檢測站或企業(yè)技術(shù)人員）【思政元素】嚴謹認真的科學精神【習題作業(yè)】P61-63：2、6、13、18、20、21、25、26、29、31【教學方式】講授\案例教學\混合式教學畢業(yè)要求2問題分析的“應(yīng)用數(shù)學、自然科學的基本知識與原理，識別、判斷、評價具體環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論”。畢業(yè)要求5使用現(xiàn)代工具中：“選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對本專業(yè)的復雜問題進行預(yù)測，并能夠理解其局限性”課堂提問、習題作業(yè)、方案設(shè)計、期末考試課程目標1、2、3章節(jié)（學時）教學目標教學內(nèi)容教學要求重點難點教學活動達成能力達成途徑支撐目標第三章高效液相色譜分析（6）熟悉高效液相色譜的基本理論、常見液相色譜類型、固定相以及液相色譜儀的構(gòu)成及分析方法高效液相色譜的特點及理論基礎(chǔ)，液相色譜的主要類型及分離原理，儀器與主要應(yīng)用1.了解高效液相色譜特點；并能夠用速率理論解釋影響色譜峰擴展和色譜分離的因素；2.理解掌握液相色譜主要類型：液—液色譜法、液—固色譜法、離子色譜法等分離原理；3.熟悉常見化學鍵合固定相特點；4.了解高效液相色譜儀構(gòu)成、特點、應(yīng)用范圍與局限，以及在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用?！颈菊轮攸c】液相色譜分離原理及化學鍵合固定相【本章難點】色譜分離條件選擇【課前案例】高效液相色譜分析環(huán)境水體的多環(huán)芳烴？【課堂講授】液相色譜的構(gòu)成，色譜峰的擴展與分離條件選擇，液相色譜類型固定相、及其分離原理，高效液相色譜儀及其操作，液相色譜特點及局限性，定量方法及環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用，毛細管電泳特點?！菊n堂討論】環(huán)境監(jiān)測中，水體中環(huán)境激素等分析檢測。【翻轉(zhuǎn)課堂】學生分組，學習討論并匯報液相色譜分離條件選擇優(yōu)化，以有機物多環(huán)芳烴為例。（2課時）【習題作業(yè)】p109:1、3、4、6、8、11.【監(jiān)測方案設(shè)計】結(jié)合環(huán)境監(jiān)測實際對象及所學儀器分析方法，通過文獻查閱與理解，設(shè)計相適當?shù)谋O(jiān)測方案【思政元素】嚴謹認真的科學精神【教學方式】講授\案例教學\混合式教學\翻轉(zhuǎn)課堂畢業(yè)要求2問題分析的“應(yīng)用數(shù)學、自然科學的基本知識與原理，識別、判斷、評價具體環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論”。畢業(yè)要求5使用現(xiàn)代工具中：“選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對本專業(yè)的復雜問題進行預(yù)測，并能夠理解其局限性”課堂提問、習題作業(yè)、方案設(shè)計、期末考試課程目標1、2、3第十四章質(zhì)譜分析（2）了解質(zhì)譜分析的基本原理及分析方法，熟悉質(zhì)譜與色譜聯(lián)用技術(shù)質(zhì)譜分析原理、典型質(zhì)譜儀、離子類型及分析方法、質(zhì)譜與色譜聯(lián)用技術(shù)1.了解質(zhì)譜分析原理及典型質(zhì)譜儀構(gòu)成；熟悉離子類型及質(zhì)譜定性分析方法；2.理解氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用（HPLC-MS）技術(shù)及在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用?！颈菊轮攸c】質(zhì)譜分析原理、離子類型與分析方法【本章難點】質(zhì)譜分析方法【課前案例】回顧物理教材電磁學中帶點粒子在電場中的加速、磁場中回旋運動與規(guī)則等；氣相色譜、液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用案例【課堂講授】質(zhì)譜分析原理，典型質(zhì)譜構(gòu)成、分析運用，離子類型及質(zhì)譜分析方法，質(zhì)譜與氣相色譜液相色譜聯(lián)用技術(shù)?！菊n堂討論】環(huán)境監(jiān)測中，痕量物質(zhì)的分析監(jiān)測（如大氣顆粒物）。【思政元素】創(chuàng)新精神【教學方式】講授\案例教學\混合式教學畢業(yè)要求2問題分析的“應(yīng)用數(shù)學、自然科學的基本知識與原理，識別、判斷、評價具體環(huán)境工程問題，以獲得有效結(jié)論”。畢業(yè)要求5使用現(xiàn)代工具中：“選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對本專業(yè)的復雜問題進行預(yù)測，并能夠理解其局限性”課堂提問、習題作業(yè)、期末考試課程目標1、2、3五、課程考核方式與評分標準（一）考核方式表3課程目標的考核方式序號課程目標考核內(nèi)容考核方式1能夠?qū)W習掌握儀器分析的基礎(chǔ)知識，理解光學、電化學、色譜等常見儀器分析方法的基本原理與技術(shù)，掌握典型的定性與定量分析方法。光學分析（紫外可見分光光度、原子吸收、紅外光譜）原理及應(yīng)用；電化學分析（電位分析法）理論及應(yīng)用；色譜分析（氣相、高效液相色譜）的基本原理與應(yīng)用；常見儀器分析的操作條件與定量分析方法。課堂提問與討論、作業(yè)、期末考試2運用典型的儀器分析方法與技術(shù)，識別、監(jiān)測環(huán)境污染物，并能針對具體問題進行監(jiān)測方案和方法設(shè)計常見環(huán)境污染物監(jiān)測的紫外可見分光光度、原子吸收、電位分析、氣相與高效液相色譜分析方法及應(yīng)用課堂提問與討論、作業(yè)、方案設(shè)計、期末考試3了解常見分析儀器的技術(shù)特點與使用對象范圍，理解其技術(shù)局限性。典型儀器分析方法：光度、電化學、色譜等特點及適用對象及局限性課堂提問與討論、作業(yè)、期末考試（二）總成績構(gòu)成表5總成績構(gòu)成表序號課程目標課程目標在各考核（環(huán)節(jié)）方式中的比例教學目標占總成績比例課堂提問研討+考勤作業(yè)方案設(shè)計期末考試1能夠?qū)W習掌握儀器分析的基礎(chǔ)知識，理解光學、電化學、色譜等常見儀器分析方法的基本原理與技術(shù)，掌握典型的定性與定量分析方法。70%55%35%50%52.25%2運用典型的儀器分析方法與技術(shù)，識別、監(jiān)測環(huán)境污染物，并能針對具體問題進行監(jiān)測方案和方法設(shè)計。30%40%60%40%40.5%3了解常見分析儀器的技術(shù)特點與使用對象，理解其技術(shù)局限性。5%5%10%7.25%考核方式占總成績比例15%15%10%60%100%（三）評分標準本課程考核方式：形成性評價（平時成績）占40%，結(jié)果性評價（期末考試成績）占60%。形成性評價：包括課堂提問研討(10%)、作業(yè)(20%)，檢測方案設(shè)計(5%)和學習習慣（考勤、課堂表現(xiàn)等，5%）。課堂研討提問評分標準(10%)課堂研討提問可提高學習興趣，調(diào)到學生課堂注意力，增強教學效果。采用現(xiàn)場打分、教學手冊記錄或混合式教學自動記錄。圍繞課程教學進度和教學內(nèi)容設(shè)計問題，回答正確合理，發(fā)言積極，學習態(tài)度認真即為滿分A（90%），回答基本正確B（80%），回答部分正確C（70%），回答模糊、但內(nèi)容合理D（60%），答案完全錯誤或不會回答E（50%）。作業(yè)評分標準(20%)作業(yè)要求結(jié)合教學內(nèi)容，獨立完成，嚴格杜絕抄襲。具體的評分標準如下：考核內(nèi)容A（95%）B（85%）C（75%）D（55%）作業(yè)完成進度按時完成按時完成延時完成沒有完成知識掌握情況80%以上概念清晰準確60%以上的概念清晰準確40%以上的概念清晰準確40%以下的概念清晰準確思路清晰，結(jié)果正確80%以上60%以上40%以上40%以下體現(xiàn)獨立分析解決問題能力理論聯(lián)系實際，獨立完成作業(yè)，有獨立分析解決問題能力，結(jié)果正確、合理、有效?；惊毩⑼瓿勺鳂I(yè)，有一定獨立分析解決問題能力有一定獨立分析解決問題能力，但結(jié)果正確性與有效性不足無獨立完成作業(yè)能力檢測方案設(shè)計（10%）以實際環(huán)境污染物檢測分析為對象，結(jié)合所學儀器分析方法，通過查閱資料文獻，構(gòu)建完整的檢測方案。主要包括分析對象檢測的背景與意義，檢測方法原理與主要操作條件，操作步驟，數(shù)據(jù)處理方法以及結(jié)果討論與應(yīng)用方向等。評分原則：參照上述作業(yè)評分原則。方案設(shè)計結(jié)構(gòu)完整、合理，邏輯完