理論類課程大綱

理論類課程大綱課程名稱:儀器分析一、課程概況所屬專業(yè):環(huán)境科學(xué)開課單位：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院課程類型:專業(yè)基礎(chǔ)課程課程代碼:13411100開課學(xué)期:3學(xué)分：3學(xué)時：51核心課程:是擬使用教材：1.華中師范大學(xué)、陜西師范大學(xué)和東北師范大學(xué)編．《分析化學(xué)》（下冊）(第三版)．北京：高等教育出版社，2001。國內(nèi)(外)現(xiàn)有教材：1.趙藻藩等.《儀器分析》北京：高等教育出版社，1990；2.朱明華.《儀器分析》北京：高等教育出版社。學(xué)習(xí)參考資料1.林樹昌、曾泳淮主編．《儀器分析》(第一版)．北京：高等教育出版社，1999；2.劉約權(quán)主編．《現(xiàn)代儀器分析》(第一版)．北京：高等教育出版社，2001；3.北京大學(xué)化學(xué)系儀器分析教學(xué)組，儀器分析教程，北京大學(xué)出版社，1997；4.方惠群，史堅，倪君蒂，儀器分析原理，南京大學(xué)出版社，1994；5.鄧勃，寧永成，劉密新，儀器分析，清華大學(xué)出版社，1991；6.SkoogD.A.，LearyJ．J.，PrinciplesofInstrumentalAnalysis，4thed，BarcourtBraceCollegePublishers,1992。二、課程描述本門課程是環(huán)境類和食品等專業(yè)基礎(chǔ)課，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程準備必要的污染物、營養(yǎng)物質(zhì)的儀器分析知識，主要培養(yǎng)學(xué)生掌握光化學(xué)、電化學(xué)、色譜和其它分析科學(xué)的基礎(chǔ)知識和分析方法，培養(yǎng)現(xiàn)代儀器分析技能、引領(lǐng)學(xué)生初步具備解決環(huán)境監(jiān)測、食品分析實際問題等方面的知識和能力，課程的主要內(nèi)容包括原子發(fā)射光譜分析、原子吸收光譜分析、紫外-可見光譜分析、紅外光譜分析、電化學(xué)、色譜等。三、課程目標(biāo)儀器分析是以物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)建立起來的一種分析方法。它是環(huán)境科學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，是測定物質(zhì)的化學(xué)組成、含量、狀態(tài)和進行科學(xué)研究與質(zhì)量監(jiān)控的重要手段。課程內(nèi)容既有成分分析又有結(jié)構(gòu)分析，既有無機分析又有有機分析。它是從事環(huán)境學(xué)科工作人員必備的基礎(chǔ)知識，也是進行環(huán)境分析化學(xué)研究的重要工具。儀器分析的主要任務(wù)是介紹常用的主要儀器分析方法，介紹這些分析方法的基本原理、基本概念和典型儀器的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，利用這些儀器完成定性、定量、分析任務(wù)，為今后開展環(huán)境監(jiān)測等課程的學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。四、教學(xué)要求（1）在保證該課程教學(xué)的科學(xué)性和系統(tǒng)性的前提下，著重突出該課程的實用性。有關(guān)儀器分析的基本原理以及實現(xiàn)這些原理的儀器結(jié)構(gòu)，作為教學(xué)的重點內(nèi)容，要求學(xué)生牢固掌握并熟練運用。（2）堅持理論密切聯(lián)系實際，對于課本中涉及到的高深原理，一般不予深究。講授時，盡可能借助環(huán)境監(jiān)測中的一些標(biāo)準方法要求，深入淺出地闡明其基本基本原理，旨在拓開學(xué)生的思路，并積極引導(dǎo)學(xué)生將主要精力放在該儀器分析方法的具體應(yīng)用上。（3）課堂講授實行啟發(fā)式，力求突出重點，并注意培養(yǎng)和提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。（4）堅持課后練習(xí)和輔導(dǎo)。在整個教學(xué)過程中，根據(jù)正常教學(xué)進度，在每章結(jié)束后布置適量的課后作業(yè)，要求學(xué)生按時完成。結(jié)合作業(yè)情況進行適當(dāng)輔導(dǎo)。五、考核方式及要求為實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，本門課程考核方式及要求為：課程成績分為平時成績和期末考試成績，分別占40%和60%。平時成績包含出勤率占20%；隨堂測驗占20%，一學(xué)期內(nèi)不少于2次課堂練習(xí)；課程作業(yè)占60%，每個章節(jié)布置一次作業(yè)。六、課程內(nèi)容第一章：緒論（授課時間：第三學(xué)期第一周）教學(xué)目標(biāo)：本章要求學(xué)生了解儀器分析的任務(wù)、作用、特點及其儀器分析的方法、分類及發(fā)展概況，掌握定量分析方法的評價指標(biāo)。教學(xué)重點：定量分析方法的評價指標(biāo)。學(xué)時：課堂教學(xué)1.5學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)儀器分析簡介：1.儀器分析和化學(xué)分析；2.儀器分析方法——光學(xué)分析法，電化學(xué)分析法，色譜法，其它儀器分析方法；3.儀器分析的發(fā)展概況；第二節(jié)定量分析方法的評價指標(biāo)：1.標(biāo)準曲線——標(biāo)準曲線及其線性范圍，標(biāo)準曲線的繪制，相關(guān)系數(shù)；2.靈敏度；3.精密度；4.準確度；5.檢出限。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：1、儀器分析和化學(xué)分析。2、儀器分析方法的評價指標(biāo)。課后作業(yè)：完成教材第7頁練習(xí)題3、4并在下周課前提交。第二章：光譜分析法（授課時間：第三學(xué)期第二、三周）教學(xué)目標(biāo)：了解光與物質(zhì)相互作用引起原子、分子內(nèi)部量子化能級之間的躍遷，所產(chǎn)生的原子光譜、分子光譜及光譜分析法的分類。弄清原子光譜和分子光譜的概念。教學(xué)重點：基本知識，原子光譜、分子光譜及光譜分析法的分類。教學(xué)難點：原子光譜項、光譜支項。學(xué)時：課堂教學(xué)1.5學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)電磁輻射：1.電磁輻射的性質(zhì)；2.電磁輻射；第二節(jié)原子光譜和分子光譜：1.原子光譜；2.分子光譜。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：電磁波譜。2、原子光譜、分子光譜。3、原子光譜項、光譜支項。第三章：紫外-可見吸收光譜法（授課時間：第三學(xué)期第三周）教學(xué)目標(biāo)：掌握紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生與影響因素，及定性分析、結(jié)構(gòu)分析和定量分析的方法；了解紫外可見分光光度計的基本構(gòu)造及儀器類型。教學(xué)重點：定性分析、結(jié)構(gòu)分析和定量分析。教學(xué)難點：最大吸收波長的計算，多組分的測定。學(xué)時：課堂教學(xué)3學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)概述；第二節(jié)紫外-可見吸收光譜：一、有機化合物的紫外-可見吸收光譜：1電子躍遷類型；2、生色團的共軛作用；3、影響紫外吸收光譜的因素；4、共軛烯烴的λmax計算規(guī)則；二、無機化合物的吸收光譜；第三節(jié)紫外可見分光光度計：一、基本部件——光源，單色器，吸收池，檢測器，信號顯示器二、分光光度計構(gòu)造原理1、單光束分光光度計2、雙光束分光光度計；第四節(jié)紫外-可見吸收光譜法的應(yīng)用：一、紫外吸收光譜法在有機定性分析中的應(yīng)用1、化合物的鑒定2、結(jié)構(gòu)分析二、定量分析——單組分、多組分物質(zhì)分析。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：分子價電子躍遷的類型。2、生色基團和助色基團。3、影響紫外吸收光譜的因素。4、紫外可見分光光度計的結(jié)構(gòu)及其功能。第四章：紅外吸收光譜法（授課時間：第三學(xué)期第四、五周）教學(xué)目標(biāo)：掌握紅外吸收光譜的振動形式、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件和譜帶強度；掌握基團頻率與紅外光譜區(qū)域及影響基團頻率位移的因素；了解紅外吸收光譜儀主要部件及類型；學(xué)會解析簡單的紅外光譜譜圖——進行定性分析。教學(xué)重點：紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件和譜帶強度；基團頻率與紅外光譜區(qū)域及影響基團頻率位移的因素。教學(xué)難點：解析紅外光譜譜圖。學(xué)時：課堂教學(xué)3學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)概述：1.紅外吸收法特點；2.紅外光譜圖表示方法；第二節(jié)紅外吸收基本理論：一、分子的振動1、諧振子和非諧振子2、分子的振動形式3、振動自由度二、紅外吸收譜產(chǎn)生的條件和譜帶強度三、基團振動與紅外光譜區(qū)域四、影響基團頻率位移的因素；第三節(jié)紅外吸收光譜儀：1.紅外吸收光譜儀主要部件2.色散型紅外吸收光譜儀3.傅立葉變換紅外吸收光譜儀；第四節(jié)紅外吸收光譜分析：一、試樣的制備二、紅外吸收光譜分析1、紅外吸收光譜定性分析的一般過程2、圖譜解析實例。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：1、紅外振動的基本類型。2、紅外吸收譜產(chǎn)生的條件。3、影響基團頻率位移的因素。4、紅外吸收光譜儀主要部件。課后作業(yè)：完成教材第50-51頁練習(xí)題5/6并在下周課前提交。第五章：分子發(fā)光分析法（授課時間：第三學(xué)期第六周）教學(xué)目標(biāo)：要求學(xué)生掌握熒光的產(chǎn)生、熒光效率及其影響因素；重點掌握溶液強度與溶液濃度的關(guān)系及定量分析方法；弄清熒光分析儀器的主要部件及與分子吸收儀器的主要區(qū)別。了解磷光分析法及化學(xué)發(fā)光分析法。教學(xué)重點：熒光效率及影響因素；溶液強度與溶液濃度的關(guān)系及定量分析方法。教學(xué)難點：熒光的產(chǎn)生，影響熒光效率的因素。學(xué)時：課堂教學(xué)3學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)熒光分析法：一、概述二、基本原理1、分子熒光的產(chǎn)生2、熒光效率及其影響因素3、熒光強度與溶液濃度的關(guān)系4、熒光的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜三、熒光分析儀器——光源，單色器，檢測器四、熒光分析法的應(yīng)用1、熒光定量分析方法2、熒光分析法的應(yīng)用；第二節(jié)磷光分析法：1.概述；2.基本原理；3.磷光分析儀器；4.磷光分析法的應(yīng)用；第三節(jié)化學(xué)發(fā)光分析法：1.概述；2.基本原理；3.化學(xué)發(fā)光分析的儀器。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：1、簡述熒光和磷光產(chǎn)生的原理。2、簡述影響熒光效率的主要因素。3、試從原理和儀器兩方面比較吸光光度法和熒光分析法的異同，并說明為什么。熒光法的檢出能力優(yōu)于吸光光度法。4、試從原理和儀器兩方面比較熒光分析法，磷光分析法和化學(xué)發(fā)光分析法。第六章：原子發(fā)射光譜（授課時間：第三學(xué)期第六、七周）教學(xué)目標(biāo)：本章要求學(xué)生掌握原子發(fā)射光譜法的基本原理；了解原子發(fā)射光譜儀器，記住激發(fā)光源的作用、要求及常用的光源；掌握光譜定性分析、半定量分析和定量分析的原理、方法及必要的公式；了解此方法的特點和應(yīng)用。教學(xué)重點：基本知識，原子光譜、分子光譜及光譜分析法的分類。教學(xué)難點：原子光譜項、光譜支項。學(xué)時：課堂教學(xué)6學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)概述；第二節(jié)原子發(fā)射光譜法的基本原理：1.原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生2.譜線的強度；第三節(jié)原子發(fā)射光譜儀器：1.激發(fā)光源2.光譜儀；第四節(jié)光譜定性分析及半定量分析：1.光譜定性分析2.光譜半定量分析——譜線黑度比較法，譜線呈現(xiàn)法；第五節(jié)光譜定量分析：一、光譜定量分析的基本原理1、光譜定量分析的基本關(guān)系式2、內(nèi)標(biāo)法光譜定量分析原理3、攝譜法光譜定量分析原理4、光電直讀法光譜定量分析原理二、光譜定量分析方法——標(biāo)準曲線法，標(biāo)準加入法三、光譜定量分析工作條件的選擇；第六節(jié)原子發(fā)射光譜的特點和應(yīng)用。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：1、解釋下列名詞并注意它們之間的區(qū)別：（1）分析線，共振線，靈敏線，最后線，原子線，離子線；（2）自吸，自蝕。2、幾種常用光源的工作原理，比較它們的特性以及使用范圍，并闡述具備這些特性的原因。3、簡述產(chǎn)生ICP的基本原理及其優(yōu)缺點。4、光柵方程的表述及其意義。5、攝譜法定性、定量的基本原理。課后作業(yè)：完成教材第94頁練習(xí)題19、20并在下周課前提交。第七章：原子吸收與原子熒光光譜（授課時間：第三學(xué)期第八、九周）教學(xué)目標(biāo)：掌握原子吸收光譜法的基本原理：包括吸收線的輪廓與變寬，玻耳茲曼方程，積分吸收，峰值吸收等；了解原子吸收光譜儀器的基本構(gòu)造，掌握空心陰極燈；掌握原子吸收光譜法的干擾及其抑制；掌握原子吸收光譜定量分析方法及靈敏度和檢出限。了解原子熒光光譜法。教學(xué)重點：原子吸收光譜法的基本原理，原子吸收光譜法的干擾及其抑制，定量分析方法及靈敏度和檢出限。教學(xué)難點：原子吸收光譜法的基本原理。學(xué)時：課堂教學(xué)6學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)概述；第二節(jié)原子吸收光譜法的原理：一、原子吸收線1、原子吸收線的產(chǎn)生2、吸收線的輪廓與變寬（自然變寬，多普勒變寬，壓力變寬）；二、基態(tài)原子數(shù)與原子化溫度的關(guān)系；三、原子吸收法的測量；第三節(jié)原子吸收光譜儀器：1.銳線光源；2.原子化器；3.分光系統(tǒng)；4.檢測系統(tǒng)；第四節(jié)原子吸收光譜法的干擾及其抑制：1.物理干擾及其抑制；2.化學(xué)干擾及其抑制；3.電離干擾及其抑制；4.光譜干擾及其抑制；第五節(jié)原子吸收光譜定量分析：1.定量分析方法；2.靈敏度與檢出限；3.測定條件的選擇；第六節(jié)原子吸收光譜法的應(yīng)用；第七節(jié)原子熒光光譜法。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：1、解釋下列名詞：（1）譜線半寬度；（2）積分吸分；（3）峰值吸收；（4）銳線光源。2、石墨爐原子化法的工作原理是什么？有什么特點？為什么它比火焰原子化法有更高的絕對靈敏度？3、原子吸收光譜的背景是怎么產(chǎn)生的？有幾種校正背景的方法？4、原子吸收光譜儀器的結(jié)構(gòu)與功能。5、原子吸收光譜法靈敏度與檢出限的表達方式。課后作業(yè)：完成教材第123頁練習(xí)題18、20并在下周課前提交。第八章：電化學(xué)分析導(dǎo)論（授課時間：第三學(xué)期第十周）教學(xué)目標(biāo)：了解電化學(xué)分析方法分類，掌握原電池與電解池的概念及電池的表示方法；熟悉電極電位與液體接界電位的概念；弄清電極的種類。教學(xué)重點：掌握原電池與電解池的概念及電池的表示方法；熟悉電極電位與液體接界電位的概念。教學(xué)難點：電極電位與液體接界電位的概念。學(xué)時：課堂教學(xué)2學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)電化學(xué)分析方法分類；第二節(jié)化學(xué)電池：1.原電池；2.電解池；3.電池的表示方法；第三節(jié)電極電位與液體接界電位：1.電極電位；2.液體接界電位；3.極化電位；第四節(jié)電極的種類：1.根據(jù)電極的組成分類；2.根據(jù)電極所起的作用分類。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：解釋下列名詞：電極電位；液體接界電位；極化電位。2、原電池與電解池。3、電極的種類。第九章：電位分析法（授課時間：第三學(xué)期第十一、十二周）教學(xué)目標(biāo)：了解離子選擇性電極的分類，掌握玻璃電極的響應(yīng)原理、特性及pH的測定，掌握晶體膜電極（氟電極），了解液膜電極、氣敏電極和酶電極；熟悉離子選擇性電極的性能參數(shù)；掌握離子活度的測定方法；掌握電位滴定法。教學(xué)重點：玻璃電極及晶體膜電極的響應(yīng)原理、特性；掌握離子活度的測定方法；電位滴定法。教學(xué)難點：玻璃電極及晶體膜電極的響應(yīng)原理。學(xué)時：課堂教學(xué)5學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)離子選擇性電極的分類及響應(yīng)原理：1.離子選擇性電極分類；2.玻璃電極；3.晶體膜電極；4.液膜電極；第二節(jié)離子選擇性電極的性能參數(shù)：1.電位選擇系數(shù)；2.線性范圍和檢測線；第三節(jié)測定離子活（濃）度的方法：1.濃度和活度；2.標(biāo)準曲線法；3.標(biāo)準加入法；4.測量誤差；第四節(jié)電位滴定法：一、方法原理二、確定滴定終點的方法1、E-V曲線法2、ΔE/ΔV-V曲線法3、Δ2E/ΔV2-V曲線法三、指示電極的選擇。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：1、離子選擇性電極的分類。2、離子選擇性電極的響應(yīng)原理。3、如何正確測定一個溶液的pH值。4、直接電位法進行濃度測定的方法及測量誤差。課后作業(yè)：完成教材第154頁練習(xí)題6、9并在下周課前提交。第十章：極譜分析法（授課時間：第三學(xué)期第十三周）教學(xué)目標(biāo)：掌握極譜分析法的基本原理；掌握極譜定量分析：擴散電流方程式、影響擴散電流的因素、干擾電流及消除方法和極譜定量分析方法；熟悉極譜波的種類及極譜波方程式；了解極譜催化波、單掃描極譜波、循環(huán)伏安法、脈沖極譜法和熔出伏安法。教學(xué)重點：極譜分析法的基本原理；極譜定量分析；極譜波的種類及極譜波方程式；干擾電流及消除方法。教學(xué)難點：極譜分析法的基本原理。學(xué)時：課堂教學(xué)7學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)極譜分析法概述：1.極譜分析法的發(fā)展；2.極譜分析法的特點；第二節(jié)極譜分析法的基本原理：1.極譜法的裝置；2.極譜波的形成；3.極譜過程的特殊性；4.滴汞電極；第三節(jié)極譜定量分析：一、擴散電流方程式；二、影響擴散電流的因素；三、干擾電流及消除方法：1、殘余電流；2、遷移電流；3、氧波4、極譜極大5、疊波、前波和氧波；第四節(jié)極譜波的種類及極譜波方程式：1.極譜波的種類；2.極譜波方程式；3.半波電位的測定和可逆極譜波的判斷；第五節(jié)極譜定量分析方法：1.波高的測量方法；2.波譜定量的方法；第六節(jié)極譜催化波：1.平行催化波；2.氫催化波；3.絡(luò)合物吸附波；第七節(jié)新極譜法：1.單掃描極譜法；2.循環(huán)伏安法；3.脈沖極譜法；4溶出伏安法。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：1、極譜分析法的基本原理。2、極限擴散電流和平均極限擴散電流。3、干擾電流及消除方法。4、極譜波方程式及其應(yīng)用。5、極譜新方法的種類及其原理。課后作業(yè)：完成教材第189頁練習(xí)題11、12并在下周課前提交。第十一章：電解與庫倫分析法（授課時間：第三學(xué)期第十四、十五周）教學(xué)目標(biāo)：掌握電解、庫侖及電導(dǎo)分析法的基本原理；了解電解、庫侖及電導(dǎo)分析法的基本儀器裝置；了解各種方法的特點及應(yīng)用；掌握各種方法的定量分析的方法。教學(xué)重點：掌握電解、庫侖及電導(dǎo)分析法的基本原理；掌握各種方法的定量分析的方法；分解電壓；析出電位。教學(xué)難點：庫侖及電導(dǎo)分析法的基本原理；析出電位。學(xué)時：課堂教學(xué)3學(xué)時，課外自主學(xué)習(xí)時間不少于2學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體教學(xué)。主要內(nèi)容：第一節(jié)電解分析法：1.電解分析法的基本原理；2.電解分析方法和應(yīng)用；第二節(jié)庫侖分析法：1.庫侖分析的基本原理2.控制電位庫侖分析法；3.庫侖滴定法。學(xué)習(xí)方法：課堂聽講，小組討論。思考題：1、分解電壓和析出電位。2、極化和過電位。3、庫侖分析法的前提條件。課后作業(yè)：完成教材第206頁練習(xí)題9、13并在下周課前提交。第十二章：色譜分析法（授課時間：第三學(xué)期第十六、十七周）教學(xué)目標(biāo)：了解色譜法的分離原理，色譜分析法的分類；掌握色譜常用術(shù)語、色譜分析的基本理論（塔板理論和速率理論）、色譜定性和定量分析；了解氣相色譜法的特點、固定相；掌握氣相色譜檢測器、操作條件的選擇