Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Metody analizy instrumentalnej
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
JMNB-1-028-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Mikro- i nanotechnologie w biofizyce
Semestr:
0
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. inż. Różański Kazimierz (rozanski@fis.agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Podstawy metod analizy instrumentalnej wykorzystywanych w badaniach środowiskowych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student posiada wiedzę o fizycznych podstawach wybranych metod analizy instrumentalnej wykorzystywanych w badaniach środowiskowych MNB1A_W01, MNB1A_W05, MNB1A_W03, MNB1A_W02 Aktywność na zajęciach
M_W002 Student zna podstawowe zasady prowadzenia pomiarów wybranych parametrów środowiskowych z wykorzystaniem metod analizy instrumentalnej MNB1A_W01, MNB1A_W03, MNB1A_W02, MNB1A_W06 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
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 MNB1A_U04, MNB1A_U07, MNB1A_U02, MNB1A_U01, MNB1A_U09, MNB1A_U05, MNB1A_U06 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student potrafi zaprojektować, przeprowadzić i opracować prosty pomiar wybranych parametrów środowiskowych MNB1A_U04, MNB1A_U07, MNB1A_U02, MNB1A_U01, MNB1A_U09, MNB1A_U10, MNB1A_U05, MNB1A_U06 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole wykonującym ćwiczenia laboratoryjne MNB1A_K04, MNB1A_K05, MNB1A_K01 Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
45 30 0 15 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
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 - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 100 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 45 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 25 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):

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 (15h):

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).

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)

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

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

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.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Do oceny końcowej wchodzą oceny z przygotowania i realizacji ćwiczeń laboratoryjnych (L1, L2, L3) .

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ocen z indywidualnych ćwiczeń laboratoryjnych:
OK = 0.2xL1+0.2xL2+0.2xL3

Uwaga:
Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej (OK) wymaga zaliczenia wszystkich trzech ćwiczeń podanych w treści modułu (L1, L2, L3).

Sposób i tryb wyrównywania 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.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

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:

1. T. Kuc, J. Grabczak. Electrolytic isotope enrichment of water samples in Liquid scintillation measurements. [In:] National Symposium of Nuclear Technology in Industry, Medicine, Agriculture and Environmental Protection. Kraków (2005).,
2. K. Różański, M. Duliński,J. Rzepka, (1987). D and 18O analysis of milligram water samples. Appl. Radiat. Isot., 38 (1987) 713-716.
3. J. Rosiek, J. Bartyzel, K. Rozanski, I. Sliwka. The use of a custom mode electron capture detector to determine mixing ratios of environmental tracers: Sulfur haxafluoride, chlorotrifluoromethane and bromotrifluoromethane. Journal of Chromatography A, 1282 (2013) 194-198.
4. J. M. Nęcki, M. Gałkowski, Ł.Chmura, Ch. Gebrig, M. Zimnoch, D. Zięba, J. Bartyzel, W. Wołkowicz, K. Różański. Regional representativeness of CH4 and N2O mixing ratio measurements at high-altitude mountain station Kasprowy Wierch, southern Poland. Aerosol and Air Quality Research, 16 (2016), 568-580.
5. A. Pierchala, K. Rozanski, M. Dulinski, Z. Gorczyca, M. Marzec, R. Czub. High-precision measurements of δ2H, δ18O and δ17O in water with the aid of cavity ring-down laser spectroscopy. Isotopes in En-vironmental and Health Studies (2019) (in press).

Informacje dodatkowe:

Brak