Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Metody analizy instrumentalnej
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFT-1-703-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Techniczna
Semestr:
7
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Różański Kazimierz (rozanski@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr inż. Kuc Tadeusz (kuc@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Nęcki Jarosław (necki@agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Różański Kazimierz (rozanski@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Gorczyca Zbigniew (Zbigniew.Gorczyca@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Wprowadzenie do podstawach metod analizy instrumentalnej wykorzystywanych w badaniach środowiskowych.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę o fizycznych podstawach wybranych metod analizy instrumentalnej wykorzystywanych w badaniach środowiskowych FT1A_W04, FT1A_W06, FT1A_W01 Kolokwium
M_W002 Student zna podstawowe zasady prowadzenia pomiarów wybranych parametrów środowiskowych z wykorzystaniem metod analizy instrumentalnej FT1A_W04, FT1A_W06, FT1A_W03 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności
M_U001 Student potrafi przeprowadzić proste pomiary wybranych parametrów środowiskowych (stężenie wybranych substancji w powietrzu, skład izotopowy, aktywność wybranej substancji promieniotwórczej) z wykorzystaniem poznanych metod analitycznych FT1A_U03, FT1A_U07, FT1A_U01, FT1A_U05, FT1A_U04 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student potrafi zaprojektować, przeprowadzić i opracować prosty pomiar wybranych parametrów środowiskowych FT1A_U07, FT1A_U05, FT1A_U04 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole wykonującym ćwiczenia laboratoryjne FT1A_K01 Aktywność na zajęciach
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę o fizycznych podstawach wybranych metod analizy instrumentalnej wykorzystywanych w badaniach środowiskowych + - + - - - - - - - -
M_W002 Student zna podstawowe zasady prowadzenia pomiarów wybranych parametrów środowiskowych z wykorzystaniem metod analizy instrumentalnej + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi przeprowadzić proste pomiary wybranych parametrów środowiskowych (stężenie wybranych substancji w powietrzu, skład izotopowy, aktywność wybranej substancji promieniotwórczej) z wykorzystaniem poznanych metod analitycznych - - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zaprojektować, przeprowadzić i opracować prosty pomiar wybranych parametrów środowiskowych + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole wykonującym ćwiczenia laboratoryjne - - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

1. Wykład wstępny (2 godz)
Zakres przedmiotu; rola metod analitycznych w badaniach środowiskowych; definicja procesu pomiarowego; ocena niepewności w pomiarach środowiskowych; typy niepewności; precyzja a dokładność; zapewnienie i kontrola jakości w pomiarach środowiskowych.

2. Podstawy spektrometrii mas (7 godz)
Historia spektrometrii mas; podstawowe typy źródeł jonów; analizatory mas; detektory w spektrometrii mas.

3. Frakcjonowanie izotopowe (2 godz)
Podstawy fizyczne zróżnicowania izotopowego pierwiastków w środowisku; typy frakcjonowania izotopowego; wyznaczanie współczynników frakcjonowania; wykorzystanie zróżnicowania izotopowego pierwiastków w badaniach środowiskowych.

4. Spektrometria IRMS pierwiastków lekkich (2 godz)
Budowa i funkcjonowanie spektrometrów IRMS; metody przygotowania prób do analizy; spektrometry IRMS-CF; nowe trendy w analizie izotopowej pierwiastków lekkich.

5. Podstawy chromatografii gazowej (4 godz)
Rys historyczny i rozwój analityki chromatograficznej; rodzaje chromatografii, obszary zastosowań, różnice między technikami; zjawisko absorpcji, adsorbenty, ich rodzaje i zastosowania; typy kolumn chromatograficznych i zastosowania; detektory chromatograficzne i ich zastosowania; układy dozowania próbek; reguły stosowania zaworów wielodrożnych i połączeń kolumn.

6. Podstawy spektrometrii ciekłoscyntylacyjnej (3 godz)
Miejsce spektrometrii ciekłoscyntylacyjnej w badaniach środowiskowych; podstawy fizyczne spektrometrii ciekłoscyntylacyjnej; budowa spektrometrów ciekłoscyntylacyjnych; sposoby redukcji tła w spektrometrach ciekłoscyntylacyjnych; sposoby kalibracji pomiarów ciekłoscyntylacyjnych; pomiar środowiskowych poziomów aktywności 14C i 3H jako przykład zastosowania spektrometrii ciekłoscyntylacyjnej.

7. Podstawy akceleratorowej spektrometrii mas (2 godz)
Rys historyczny, początkowe próby wykorzystania akceleratorów jako spektrometrów mas; podstawy fizyczne akceleratorowej spektrometrii mas; źródła jonów i detektory w akceleratorowej spektrometrii mas; typy akceleratorów stosowane w technice AMS; obszary zastosowań techniki AMS.

8. Metody datowania wykorzystujące spektrometrię ciekłoscyntylacyjną oraz AMS (2 godz)
Podstawy datowania próbek środowiskowych z wykorzystaniem rozpadu promieniotwórczego; podstawy metodyczne datowania obiektów z wykorzystaniem izotopu 14C; zmienność 14C w atmosferze w przeszłości; spektakularne przykłady wykorzystania metody 14C do datowania obiektów; przegląd obszarów wykorzystywania metody 14C; przegląd innych metod datowania z wykorzystaniem techniki AMS.

9. Atomowa spektrometria absorpcyjna (2 godz)
Podstawy fizyczne atomowej spektrometrii absorpcyjnej i emisyjnej; prawo absorpcji promieniowania; budowa spektrometru absorpcji atomowej; metody atomizacji próbek; metody korekcji tła; systemy optyczne; nowe trendy w atomowej spektrometrii absorpcyjnej.

10. Spektrometria ICP-MS (2 godz)
Schemat budowy spektrometru ICP-MS; plazmowe źródło jonów; typy analizatorów mas w spektrometrii ICP-MS; typy detektorów w spektrometrii ICP-MS; problem interferencji molekularnych w ICP-MS; przykłady rozwiązań komercyjnych; rola ICP-MS we współczesnej analityce.

11. Przykłady innych metod analitycznych wykorzystywanych w badaniach środowiskowych (2 godz)
Spektrometria gamma; kolorymetria; kulometria; spektrometria laserowa.

Ćwiczenia laboratoryjne:

Studenci mają do wykonania ćwiczenia laboratoryjne ilustrujące wybrane metody i techniki analityczne omawiane na wykładzie. Realizowane są trzy ćwiczenia:

1. Podstawy chromatografii: (i) oznaczanie zawartości dwutlenku węgla w wydychanym powietrzu przy pomocy chromatografu SRI oraz detektora TCD (wykonanie prostej kalibracji, rozcieńczanie próbek); (ii) oznaczenia zawartości wodoru w wydychanym powietrzu (kalibracja, całkowanie chromatogramów, ocena niepewności, program Chemstation).
Efekty kształcenia:
- student potrafi wykonać prostą kalibracje chromatografu gazowego
- student potrafi wykonać prosty pomiar stężenia wybranego związku w powietrzu z wykorzystaniem
chromatografu gazowego
- student potrafi opracować wyniki pomiarów chromatograficznych

2. Podstawy spektrometrii mas (wprowadzanie do spektrometru próbki i wzorca; ustawianie optymalnych parametrów wiązki jonowej poprzez regulację parametrów; przeprowadzenie kalibracji; zaprogramowanie i wykonanie pomiaru próbki)
Efekty kształcenia:
- student potrafi przygotować spektrometr IRMS do pomiaru składu izotopowego próbki gazowej (CO2)
- student potrafi przeprowadzić kalibrację spektrometru IRMS
- student potrafi wykonać pomiar składu izotopowego próbki gazowej (CO2)
- student potrafi opracować wyniki pomiaru składu izotopowego

3. Podstawy spektrometrii ciekłoscyntylacyjnej (zaplanowanie sposobu pomiaru radiometrycznego niskich aktywności dla próbek w stanie ciekłym; sporządzanie mieszaniny próbki i scyntylatora; zaprojektowanie przeprowadzenia pomiaru aktywności przy uzyciu automatycznego spektrometru ciekłoscyntylacyjnego; statystyczne opracowanie wyników pomiarowych, sporządzenie raportu z wykonanych pomiarów
Efekty kształcenia:
- student potrafi przygotować zestaw próbek wodnych do pomiaru aktywności trytu z wykorzystaniem
spektrometru ciekłoscyntylacyjnego
- student potrafi zaprogramować spektrometr ciekłoscyntylacyjny do automatycznego pomiaru aktywności trytu
w próbkach wody
- student potrafi opracować wyniki pomiaru aktywności trytu w próbkach wodnych wykonane przy pomocy automatycznego spektrometru ciekłoscyntylacyjnego.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 102 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 25 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 15 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 15 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Do oceny końcowej wchodzą oceny z przygotowania i realizacji ćwiczeń laboratoryjnych (L1, L2, L3) oraz ocena z pisemnego sprawdzianu wiedzy uzyskanej na wykładzie (W).. Liczba punktów uzyskana ze sprawdzianu pisemnego przeliczana jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona: OK = 0.2xL1+0.2xL2+0.2xL3+0.4xW

Uwaga:
Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej (OK) wymaga uzyskania pozytywnej oceny ze sprawdzianu pisemnego (W) oraz zaliczenia wszystkich trzech ćwiczeń podanych w treści modułu (L1, L2, L3).

Ocena ze sprawdzianu pisemnego wiedzy uzyskanej na wykładzie (W) wyliczana po zaliczeniu w drugim terminie:
W = 0.3xW1+0.7xW2
Ocena W wyliczana po zaliczeniu w trzecim terminie:
W = 0.2xW1+0.3xW2+0.5xW3

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Wiedza i umiejętności w zakresie matematyki, fizyki i chemii zdobyte w trakcie sześciu semestrów studiów I stopnia na kierunku Fizyka Techniczna.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. W. Żuk (red.) – Spektrometria mas i elektromagnetyczna separacja izotopów, PWN, Warszawa, 1980
2. E. de Hoffmann, J. Charette, V. Stroobant – Spektrometria mas. WNT, Warszawa 1998
3. Praca zbiorowa: Fizyczne metody badań w biologii, medycynie i ochronie środowiska, WNT, Warszawa 1999.
4. P. De Groot (ed) – Handbook of stable isotope analytical techniques, Elsevier, 2004.
5. Z. Witkiewicz – Podstawy chromatografii, WNT, Warszawa 1992, 2000.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Według bazy WoS.

Informacje dodatkowe:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Ćwiczenia laboratoryjne: Studenci którzy z przyczyn losowych nie mogli wykonać w terminie jednego z trzech ćwiczeń przewidzianych programem modułu, mają możliwość indywidualnego odrobienia tego ćwiczenia w porozumieniu z prowadzącymi. Nadrobienie zaległości musi nastąpić przed końcem sesji poprawkowej.

Zasady zaliczania ćwiczeń laboratoryjnych:
Warunkiem uzyskania zaliczenia z pojedynczego ćwiczenia jest: (i) uzyskanie pozytywnej oceny z przygotowania teoretycznego, (ii) poprawne wykonanie pomiarów przewidzianych programem ćwiczenia, (iii) zaliczone sprawozdanie z opracowaniem wyników

Obecność na wykładach: Zgodnie z Regulaminem Studiów AGH