《仪器分析》课程教学大纲

《仪器分析》课程教学大纲一、基本信息课程编码：1061129045英文名称：InstrumentalAnalysis课程性质：数学与自然科学类课程学分：3学时：48（理论32学时，实验16学时）开课学期：3开课院系：环境工程与化学学院适用专业：资源循环科学与工程先修课程：无机及分析化学、大学物理二、课程简介仪器分析是该专业的自然科学类基础性课程，通过学习现代分析检测技术，使学生掌握分析不同资源主要或关键成分的基本方法，并能初步识别、判断资源质量及潜在价值，为设计综合利用方案创造条件。该课程主要学习光学、电化学分析和色谱分析的基本原理、仪器构造和使用技术，熟悉常用仪器分析的对象、定性或定量方法，以及在资源利用等诸方面的实际应用，提高学生分析和解决实际问题能力。三、教学任务与课程目标（一）教学任务学习常用仪器分析技术，了解不同分析仪器特点及使用范围，熟悉常见检测方法，并能和资源综合利用有机结合，培养资源成分检测与评价的基本能力，激发学生专业兴趣，培养学生科学思维和科学精神。本课程分为课堂教学与实验教学两部分，其基本任务如下：1.通过多种形式的课堂教学，使学生掌握光学分析、电化学分析和色谱分析的基本原理和技术，了解相关仪器设备的构成、分析方法和适用对象等，重点掌握常见仪器分析的定量方法，培养学生分析不同资源主要成分的基本能力。课程重点在学习常见的紫外可见分光光度、原子吸收分光光度分析、电位分析、气相色谱及液相色谱分析方法与技术；课程难点在于分析方法多且单独成章、相互交叉少、知识领域宽、对实践教学要求高。2.通过实验教学，使学生紫外可见分光光度分析、原子吸收、电位分析和气相色谱等方法，培养学生实践操作及与分析解决具体问题能力。（二）课程目标1.课程目标（1）能够学习掌握仪器分析的基础知识，理解光学、电化学、色谱等常见仪器分析方法的基本原理与技术，掌握典型的定性与定量分析方法。（支撑毕业要求指标点2.1和4.2）（2）运用典型的仪器分析方法与技术，识别、判断资源主要成分，并能针对具体问题进行检测方案和方法设计。（支撑毕业要求指标点4.2和5.3）（3）了解常见分析仪器的技术特点与使用对象范围，理解其技术局限性。（支撑毕业要求指标点5.3）2.课程目标对毕业要求的支撑矩阵表1课程目标对毕业要求的支撑矩阵毕业要求二级指标点课程目标（1）（2）（3）2.问题分析：能够应用数学、自然科学和资源循环科学与工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价实际工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用数学、自然科学和资源循环科学与工程专业相关基础理论知识，识别和判断实际工程问题的关键环节；√√4.研究：能够基于资源综合利用工程相关知识与原理，采用科学方法对实际工程问题进行研究，包括实验设计、数据分析与解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。4.2能够根据实验方案构建合理的实验系统，安全地开展实验，科学地采集实验数据；√√5.使用现代工具：能够针对复杂工程问题，选择与使用恰当的技术、资源、工程和信息技术工具，对本专业及相关的复杂工程问题进行预测与模拟，并理解其局限性。5.3能够选择和使用现代检测技术和分析手段，对复杂工程问题进行解析和评价，并能够理解其局限性。√（三）课程思政根据课程性质与教学内容，本课程的思政元素主要有：创新精神、实事求是、严谨认真的科学精神。四、教学内容及要求（一）理论教学内容及要求表2教学内容、要求与达成章 节（学时）教学目标教学内容教学要求重点难点教学活动达成能力达成途径支撑目标第一章绪论（2）熟悉常见仪器分析概念及类型，了解分析化学的发展历程，课程教学要求仪器分析概念，常见的关系分析、电化学分析、色谱分析等类型，了解分析化学的3个发展阶段。1.掌握仪器分析概念；2.理解仪器分析与分析化学的不同之处，了解分析化学的发展历程；3.了解仪器分析在资源主要成分检测中的作用。【本章重点】仪器分析概念及类型。【课前提问】？【课堂讲授】仪器分析的主要类型：光学、电化学和色谱及其分类以及在资源分析检测中的应用实例；分析化学的发展历程。【教学方式】讲授\案例教学\混合式教学【思政元素】创新精神毕业要求2、5课堂提问、期末考试课程目标1、3第四章电位分析法（6）熟悉离子选择性电极构成、原理及电位分析法；掌握其在分析检测中应用电化学分析法，重点学习电位分析法的原理、构成（离子选择性电极）及应用。1.理解能斯特方程；2.理解玻璃电极、离子选择性电极的响应机理与膜电位；掌握电位法测pH值及在定量分析中的应用;3了解离子选择性电极的种类性能【本章重点】重点：pH测定、离子选择电极及膜电位。难点：电极膜的响应机理。【课前提问】水体的pH值快速测定方法？【课堂讲授】电化学分析法、电位分析、能斯特方程；pH计与pH玻璃电极、机理及数学表示，离子选修性电极类型、构成与机理，直接电位法与电位滴定及其应用。【课堂讨论】水体中痕量磷酸酯(如NP508)的检测方法？【教学方式】讲授\案例教学\课堂研讨\混合式教学【思政元素】严谨认真的科学精神【习题作业】p1471、3、4、7、9、10、11、12选作题:13或14毕业要求2、4、5课堂提问、讨论、作业、期末考试课程目标1、2、3

章 节（学时）教学目标教学内容教学要求重点难点教学活动达成能力达成途径支撑目标第九章紫外可见吸收光谱分析（6）理解和掌握紫外可见吸收光谱分析的基本概念与方法。紫外可见吸收光谱分析的理论基础、仪器构成与分析技术及定量分析方法。1.了解光学分析法、分子吸收光谱及特点；2.理解紫外吸收光谱与有机物、无机物结构关系及特征；3.了解紫外-可见分光光度计构成及在资源检测应用；4.掌握其定量分析方法。【本章重点】紫外可见吸收光谱分析基本原理、结构关系与定量分析方法。【本章难点】紫外-可见分子吸收光谱与有机物、无机物的结构关系定量分析。【课前案例】矿石及其它资源中重金属元素的检测方法。【课堂讲授】光学分析基本知识；紫外吸收光谱与有机物、无机物结构的关系及特征；朗伯-比尔定律及应用；分析监测方法的影响因素及在环境污染物监测中应用。【课堂讨论】常见重金属的光学分析检测方法【习题作业】p287-2882、4、5、7、9、10.【教学方式】讲授\案例教学\混合式教学毕业要求2、4、5课堂讨论、习题作业、方案设计、期末考试课程目标1、2、3第八章原子吸收光谱（6）理解掌握原子吸收分析的原理、特点、仪器构成及主要应用（重金属分析）原子吸收分光光度分析法的原理、分析方法、仪器构成、干扰与校正1.理解原子吸收光谱分析基本概念、理论基础；2.了解原子吸收分光光度计构成，理解空心阴极灯工作原理及常见原子化系统、干扰类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分析检测中应用；4.了解原子荧光仪器构成特点。【本章重点】原子吸收光谱分析方法的理论基础【本章难点】干扰及背景校正。【课前案例】豫西南是重要的重金属矿区，尾矿及附近土壤中Mo、Ni、Pb、Cu含量监测分析方法？。【课堂讲授】原子吸收轮廓、谱线变宽因素，原子吸收分光光度计的构成、常见火焰、石墨炉原子化器操作，常见背景干扰及校正方法，原子吸收分析特点，定量分析法及在环境检测中应用。原子荧光分析基础及仪器构成、应用等。【习题作业】p267-268:2、3、7、11、13、15【应用案例课】重金属元素分析检测（拟邀请环境检测站技术人员介绍相关应用案例）【思政元素】科学精神【教学方式】讲授\案例教学\混合式教学毕业要求2、4、5课堂提问、习题作业、方案设计、期末考试课程目标1、2、3章 节（学时）教学目标教学内容教学要求重点难点教学活动达成能力达成途径支撑目标第二章气相色谱分析（6）熟悉色谱概念与色谱分离理论，理解掌握气相色谱分析法的原理与应用色谱基本概念、塔板及速率理论、色谱分离条件选择及分析方法与应用1.熟悉色谱学的基本概念与分离理论；2.掌握气相色谱分离条件选择原则；3.了解气相色谱仪的构成与操作，掌握气相色谱分析的定性、定量方法；4.了解毛细管色谱柱特点及应用。【本章重点】色谱术语、分离理论及色谱分离条件选择【本章难点】色谱理论【课前案例】常见VOC有机成分的检测方法？【课堂讲授】色谱学基本术语、概念，色谱分离的塔板、速率理论与实例计算，色谱分离条件的选择，气相色谱仪的构成与操作条件，气相色谱分析的特点及局限性，定性与定量方法及应用，毛细管柱系统的特点与应用。【课堂讨论】大气颗粒物中有机成分以及尾气成分检测方法。【应用案例课】大气颗粒物及水体中有机污染物多环芳烃的检测（市环境检测站或企业技术人员）【思政元素】严谨认真的科学精神【习题作业】P61-63：2、6、13、18、20、21、25、26、29、31【教学方式】讲授\案例教学\混合式教学毕业要求2、4、5课堂提问、习题作业、方案设计、期末考试课程目标1、2、3第三章高效液相色谱分析（6）熟悉高效液相色谱的基本理论、常见液相色谱类型、固定相以及液相色谱仪的构成及分析方法高效液相色谱的特点及理论基础，液相色谱的主要类型及分离原理，仪器与主要应用1.了解高效液相色谱特点；并能够用速率理论解释影响色谱峰扩展和色谱分离的因素；2.理解掌握液相色谱主要类型：液—液色谱法、液—固色谱法、离子色谱法等分离原理；3.熟悉常见化学键合固定相特点；4.了解高效液相色谱仪构成、特点、应用范围与局限，以及在资源检测中应用。【本章重点】液相色谱分离原理及化学键合固定相【本章难点】色谱分离条件选择【课前案例】高效液相色谱分析环境水体的多环芳烃？【课堂讲授】液相色谱的构成，色谱峰的扩展与分离条件选择，液相色谱类型固定相、及其分离原理，高效液相色谱仪及其操作，液相色谱特点及局限性，定量方法及环境监测中应用，毛细管电泳特点。【课堂讨论】生物质资源主要有机成分检测方法。【翻转课堂】学生分组，学习讨论并汇报液相色谱分离条件选择优化，以有机物多环芳烃为例。（2课时）【习题作业】p109:1、3、4、6、8、11.【监测方案设计】结合资源分析检测实际对象及所学仪器分析方法，通过文献查阅与理解，设计相适当的检测方案【思政元素】严谨认真的科学精神【教学方式】讲授\案例教学\混合式教学\翻转课堂毕业要求2、4、5课堂提问、习题作业、方案设计、期末考试课程目标1、2、3

（二）实验教学内容及要求实验项目实验目标实验原理实验内容重点难点达成能力达成途径支撑目标用氟电极测定水中氟含量了解使用晶体膜氟离子选择性电极测定氟含量的基本原理；掌握离子计的使用方法和技术。氟离子选择性电极(简称氟电极)以LaF3单晶片为敏感膜，对溶液中的氟离子具有良好的选择性。用氟离子选择性电极作指示电极，以饱和甘汞电极为参比电极，与待测溶液组成原电池，原电池的电动势与待测离子的活度之间具有线性关系。氟离子选择性电极的活化F-离子浓度的测定（1）标准曲线法（2）增量法标准曲线测定毕业要求2、4、5实验操作、实验报告课程目标1、2、3分光光度法研究邻二氮菲铁(II)络合物的显色条件紫外分光光度计的工作原理及使用方法；学习绘制吸收光谱曲线；熟悉选择显色反应条件在弱酸性介质中，用还原剂盐酸羟胺将Fe3+还原为Fe2+：2Fe3+＋2NH2OH·HCl＝2Fe2+＋N2＋4H+＋2Cl—＋2H2O在pH为2～9的条件下，Fe2+能与邻二氮菲迅速反应生成橙红色络合物络合物在505～516nm处有最大吸收，在512nm处的摩尔吸收系数为1.1×104。络合物十分稳定，其lgK稳=21.3，放置6个月内不褪色。1.显色条件的选择（1）显色时间的确定（2）显色剂用量的确定（3）溶液pH值的测定2.绘制吸收光谱曲线显色条件选择毕业要求2、4、5实验操作、实验报告课程目标1、2、3实验项目实验目标实验原理实验内容重点难点达成能力达成途径支撑目标紫外分光光度法测定对苯二酚1.设计对苯二酚检测方案的；2.掌握紫外-分光光度计的原理和基本操作，以及定量分析方法；3.熟悉标准曲线的应用。朗伯-比尔定律；有机化合物是含有双键、三键或氮、硫等杂原子的化合物，在200-400nm的近紫外区有吸收峰；利用这些化合物的最大吸收波长λmax和吸收峰形状进行定性和定量分析。1.对苯二酚水溶液吸收曲线的绘制；2.对苯二酚水溶液的工作曲线的绘制；3.测定未知液的吸光度并计算分析对象含量。标准曲线测定毕业要求2、4、5实验操作、实验报告课程目标1、2、3原子吸收光谱法测定金属镁1.学习原子吸收光谱仪使用；2.正确选择测定条件；3.了解化学干扰及消除方法，初步掌握原子吸收分析方法实验步骤。以镁的共振线285.2nm为分析线，建立原子吸收分光光度法1空心阴极灯光源选择与调节2.测量条件的选择（1）燃助比及燃烧器高度的选择（2）灯电流的选择3.化学干扰及其消除（1）SiO32-的干扰试验及消除（2）Al3+离子的干扰试验及消除干扰消除方法毕业要求2、4、5实验操作、实验报告课程目标1、2、3气相色谱法测定醇的同系物1.熟悉气相色谱分析的原理、构成与使用方法；2.熟悉色谱标准曲线法定量分析。根据色谱分离原理，不同组分在同一色谱柱上，相同实验条件下具有不同的保留行为，其保留时间的差异可以用来进行定性分析；每一组分的质量与相应色谱峰的积分面积成正比，据此可以进行定量分析。1.以甲醇、乙醇、丙醇、丁醇的混合试样为分析对象，选择5%二苯基1%乙烯基(94%)二甲基聚硅氧烷为固定相的色谱柱，设置气相色谱操作条件：柱温、气化室和检测器温度、进样量、分流比等；2.按照操作程序进行检测样品，记录每一组分的保留时间及相应的峰面积。色谱操作条件及分析方法毕业要求2、4、5实验操作、实验报告课程目标1、2、3实验项目实验目标实验原理实验内容重点难点达成能力达成途径支撑目标高效液相色谱法测定多环芳烃1.熟悉高效液相色谱仪的基本构成和工作原理；2.学习高效液相色谱仪的基本操作；3.掌握标准曲线定量法。多环芳烃（PAH）由于其分子中特殊的π-π共轭体系，有较为明显的紫外检测峰。利用高效液相色谱的分离原理，将PAH混合物进行有效分离，进而结合紫外检测实现定量分析。1.配制适当的流动相；2.配制分析用标准溶液；3.选择并运行具体检测条件，观察色谱基线情况；4.进样分析：待基线稳定后，用50μL微量注射器吸取混合标样20μL；5.数据采集：记录各色谱峰的峰面积及保留时间。色谱操作毕业要求2、4、5实验操作、实验报告课程目标1、2、3

五、课程考核方式与评分标准（一）考核方式表4课程目标的考核方式序号课程目标考核内容考核方式1能够学习掌握仪器分析的基础知识，理解光学、电化学、色谱等常见仪器分析方法的基本原理与技术，掌握典型的定性与定量分析方法。光学分析（紫外可见分光光度、原子吸收、红外光谱）原理及应用；电化学分析（电位分析法）理论及应用；色谱分析（气相、高效液相色谱）的基本原理与应用；常见仪器分析的操作条件与定量分析方法。课堂提问与讨论、作业、期末考试实验操作及实验报告2运用典型的仪器分析方法与技术，识别、判断资源主要成分，并能针对具体问题进行检测方案和方法设计。常见环境污染物监测的紫外可见分光光度、原子吸收、电位分析、气相与高效液相色谱分析方法及应用课堂提问与讨论、作业、方案设计、期末考试实验操作及实验报告3了解常见分析仪器的技术特点与使用对象范围，理解其技术局限性。典型仪器分析方法：光度、电化学、色谱等特点及适用对象及局限性课堂提问与讨论、作业、期末考试（二）总成绩构成本课程考核由形成性评价（40%）和结果性评价（60%）构成，其中形成性评价包括课堂研讨（5%）、习题作业（10%）、方案设计（5%）和实验（20%），结果性评价以期末考试为主。各考核方式与课程目标对应的关系如表5所示。表5总成绩构成序号课程目标课程目标在各考核（环节）方式中的比例教学目标占总成绩比例课堂研讨+习题作业实验方案设计期末考试1能够学习掌握仪器分析的基础知识，理解光学、电化学、色谱等常见仪器分析方法的基本原理与技术，掌握典型的定性与定量分析方法。70%55%35%50%52.25%2运用典型的仪器分析方法与技术，识别、判断资源主要成分，并能针对具体问题进行检测方案和方法设计。30%40%60%40%39.50%3了解常见分析仪器的技术特点与使用对象，理解其技术局限性。5%5%10%7.25%考核方式占总成绩比例15%20%5%60%100%（三）评分标准1.课堂研讨（5%）表6课堂讨论评分标准考核内容100-90分89-80分79-70分69-60分小于60课堂研讨准备非常充分，积极参加课堂讨论，概念正确，有独到的见解准备充分，积极参加课堂讨论，概念正确，有一定见解准备基本充分，能够主动参加课堂讨论，回答合理准备不充分，能够参加课堂讨论，回答合理准备不充分，能参加讨论，但概念不清晰2.习题作业作业要求结合教学内容，独立完成，严格杜绝抄袭。具体的评分标准如下：考核内容A（95%）B（85%）C（75%）D（55%）作业完成进度按时完成按时完成延时完成没有完成知识掌握情况80%以上概念清晰准确60%以上的概念清晰准确40%以上的概念清晰准确40%以下的概念清晰准确思路清晰，结果正确80%以上60%以上40%以上40%以下体现独立分析解决问题能力理论联系实际，独立完成作业，有独立分析解决问题能力，结果正确、合理、有效。基本独立完成作业，有一定独立分析解决问题能力有一定独立分析解决问题能力，但结果正确性与有效性不足无独立完成作业能力检测方案设计以实际资源检测分析为对象，结合所学仪器分析方法，通过查阅资料文献，构建完整的检测方案。主要包括分析对象检测的背景与意义，检测方法原理与主要操作条件，操作步骤，数据处理方法以及结果