Учебно-методический комплекс по дисциплине Спектроскопия твердого тела Дисциплина входит в цикл сдм

1. 
   Пояснительная записка
   
2. 
   Рабочая программа дисциплины 2.1. Тематический план
   

3. 
   Контрольно-измерительные материалы
   

Кафедра теоретической физики

«Утверждаю»

Декан

физического факультета

______________________

«___» ___________ 200_ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

направления 010700 (510400) ФИЗИКА

курс 1м

практические занятия 19 (часов)

самостоятельные занятия 42 (часов)

Всего часов 80

Кемерово, 2009

• 
  Актуальность и значимость курса – Среди различных аналитических (химических, физико-химических и др.) методов изучения структуры и химического состава вещества оптическая спектроскопия является одним из самых быстро развивающихся и применяющихся на практике методов. Круг вопросов, которые решаются методами спектроскопии, весьма обширен: анализ особо чистых веществ, бездефектный контроль готовых изделий, экспресс-анализ металлургического литья, разведка рудных месторождений, анализ лунного грунта и состава звездного вещества, контроль промышленных и бытовых сточных вод, загрязнения воздушного бассейна и воздушной среды производственных помещений и т.д. В соответствии с этим методы спектроскопии берут себе на вооружение специалисты самых различных областей знаний: металлурги, химики, биологи, астрономы, работники сельского хозяйства и медицины, физики и др.
  

1. 
   Изучение физических принципов, техники и основных методических подходов использования спектроскопии в научных и материаловедческих целях.
   
2. 
   Практическое усвоение методик нестационарной спектроскопии процессов в материалах.
   

• 
  ^ Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов - Курс «Спектроскопия твердого тела» относится к специальным дисциплинам магистратуры по выбору студентов (СДМ.В). Для успешного усвоения курса студентам необходимо знание общих курсов физики, ряда разделов теоретической физики и физики конденсированного состояния. Данный курс является базой для осознанного использования студентами при выполнении магистерских диссертаций данных по спектроскопии изучаемых объектов, а также для освоения практических навыков работы с техникой спектроскопии в качестве специалиста.
  
• 
  ^ Структура курса – Лекционный курс содержит 4 блока. В первом излагаются основные понятия и теория спектрального анализа, классификация его видов, рассматриваются базовые физические принципы методик атомного эмиссионного анализа. Второй блок посвящен описанию аппаратуры эмиссионного анализа и включает основные сведения о спектральных приборах и их характеристиках, методах введения проб и источниках возбуждения спектров. В третьем блоке излагаются методы качественного, полуколичественного и количественного анализа: аппаратурная реализация, области применения, сравнительные достоинства и недостатки. В последнем блоке рассмотрена методика и примеры использования в физическом эксперименте нестационарной эмиссионной спектроскопии с высоким временным разрешением. Лабораторный практикум состоит их работ, связанных именно с последним блоком лекционного курса.
  
• 
  ^ Особенности изучения дисциплины – При построении лекционного курса большое внимание уделено методам стационарной спектроскопии в связи с широким применением ее в аналитических материаловедческих целях. Поскольку нестационарные методики в научных исследованиях процессов в материалах представляют чрезвычайный интерес, то эти методики выделены в отдельный блок с поддержкой за счет лабораторного практикума.
  
• 
  ^ Форма организации занятий по курсу – традиционная. По курсу «Спектроскопия твердого тела» читаются лекции (2 часа в неделю) и ведутся лабораторные занятия (2 часа в неделю) в течение одного (2-го) семестра 1 года обучения в магистратуре.
  
• 
  ^ Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов –Аудиторные занятия, лекции и лабораторные занятия, предполагают самостоятельную работу по данному курсу. Для успешного и своевременного выполнения лабораторного практикума студент должен во внелабораторное время выполнить всю обработку экспериментальных данных и оформить отчет по выполненным работам. Кроме того, предлагаются дополнительные темы для самостоятельного изучения, темы рефератов и список литературы.
  
• 
  ^ Требования к уровню усвоения содержания курса – Знание теоретического материала и его использование при решении конкретных задач, понимание главных проблем экспериментальной спектроскопии, приобретение практических навыков работы с установками для спектроскопии, грамотное использование получаемых знаний и умений при последующем выполнении курсовых работ и подготовке магистерской диссертации.
  
• 
  ^ Объем и сроки изучения курса - определяются учебным планом Подготовки магистров направления 010700(510400) Физика конденсированного состояния вещества физического факультета университета. Курс «Спектроскопия твердого тела» читается в 1 год обучения в магистратуре (2 семестр). На изучение дисциплины отводится 80 часов, из которых 18 часов – лекционные, 18 – лабораторные занятия, 44 час – самостоятельная работа.
  
• 
  ^ Виды контроля знаний и их отчетности – В течение семестра проводятся две контрольные работы. При выполнении лабораторного практикума обязательно проводится контроль подготовки студентов к выполнению текущей лабораторной работы, а также форма и содержание отчета по уже выполненной работе. Пропуски занятий фиксируются. Пропущенный лекционный материал самостоятельно прорабатывается студентом в виде написания реферата и обсуждения материала с преподавателем. Лабораторные работы выполняются в обязательном порядке. В случае пропуска назначается дополнительное время для их выполнения. В качестве предварительного контроля знаний предусматривается компьютерное тестирование. Итоговый контроль знаний по курсу проводится на заключительной стадии в форме зачета.
  
• 
  ^ Критерии оценки знаний студентов по курсу – Требуется обязательное посещение аудиторных занятий и выполнение контрольных мероприятий. Оценка знаний производится по двухступенчатой шкале (зачтено, не зачтено). Зачет выставляется при условии выполнения и защиты всех лабораторных работ, а также успешного промежуточного и итогового тестирования.
  

1. 
   Исследование автоматизированного наносекундного спектрометра на базе импульсного ускорителя электронов.
   
2. 
   Программный комплекс для управления наносекундным спектрометром и обработки данных.
   
3. 
   Измерение спектрально-кинетических характеристик взрывного свечения азида серебра.
   
4. 
   Измерение предвзрывной проводимости азида серебра.
   

1. 
   Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. М.: Наука, 1976. 302 с.
   
2. 
   Кузяков Ю.Я., Семененко К.А., Зоров Н.Б. Методы спектрального анализа. М.: Изд-во МГУ, 1990.
   
3. 
   Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. М.: Наука, 1979. 270 с.
   
4. 
   В.И. Барсуков. Атомный спектральный анализ. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2005 – 103 с.
   
5. 
   Е.Н.Дорохова, Г.В.Прохорова. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. М.: Высшая школа, 1991. – 256 с.
   
6. 
   А. П. Крешков. Основы аналитической химии. Физико-химические (инструментальные) методы анализа, Изд. «Химия», 1970, 472 с.
   
7. 
   Захаров Ю.А., Алукер Э.Д., Адуев Б.П., Белокуров Г.М., Кречетов А.Г. Предвзрывные явления в азидах тяжелых металлов. М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002.
   

1. 
   Методы спектрального анализа. Под ред. В.Л. Левшина.- М.: Изд-во МГУ, 1962.
   
2. 
   Зайдель А.Н. Основы спектрального анализа. М.: Наука, 1965.- 280с.
   
3. 
   Зайдель А.Н., Калитиевский Н.И., Липис Л.В., Чайка М.П. Эмиссионный спектральный анализ атомных материалов. М.: Физматгиз, 1960. 298 с.
   
4. 
   Королев Н.В., Рюхин В.В., Горбунов С.А. Эмиссионный спектральный микроанализ. Л.: Машиностроение, 1971. 196 с.
   
5. 
   Кустанович И.М. Спектральный анализ. М.: Высшая школа, 1972. 391 с.
   
6. 
   Дробышев А.И. Основы атомного спектрального анализа СПб.: Изд-во СпбГу, 1997.- 200 с.
   
7. 
   Мандельштам С.Л. Введение в спектральный анализ. М.: Гостехиздат, 1947. 260 с.
   

1. 
   Классификация методов спектрального анализа.
   
2. 
   Виды спектрального анализа: атомный эмиссионный, атомный абсорбционный и атомный флуоресцентный.
   
3. 
   Понятие спектральной линии и ее характеристики.
   
4. 
   Явление реабсорбции спектральных линий.
   
5. 
   Терм атома, обозначения оптических переходов через квантовые числа.
   
6. 
   Правила отбора электронных переходов.
   
7. 
   Мультиплетность электронных переходов.
   
8. 
   Особенности атомных спектров.
   
9. 
   Физико-химические процессы в источниках возбуждения спектров.
   
10. 
    Схема спектрального прибора.
    
11. 
    Характеристики спектрального прибора.
    
12. 
    Диспергирующие системы. Призмы.
    
13. 
    Диспергирующие системы. Дифракционные решетки.
    
14. 
    Методы введения пробы в источники возбуждения.
    
15. 
    Источники возбуждения спектров. Пламя, искра и дуга.
    
16. 
    Источники возбуждения спектров. Разряд в охлаждаемом полом катоде, плазмотрон.
    
17. 
    Источники возбуждения спектров. Индуктивно связанная плазма.
    
18. 
    Фракционное поступление элементов в плазму.
    
19. 
    Метод фракционной дистилляции.
    
20. 
    Качественный эмиссионный анализ.
    
21. 
    Визуальный полуколичественный анализ.
    
22. 
    Фотографический полуколичественный анализ.
    
23. 
    Задачи количественного анализа
    
24. 
    Характеристическая кривая фотоматериалов.
    
25. 
    Количественный анализ по методу трех эталонов.
    
26. 
    Количественный анализ по методу постоянного графика.
    
27. 
    Количественный анализ по методу добавок.
    
28. 
    Задачи спектроскопии с временным разрешением.
    
29. 
    Устройство стрик-камеры «Вгляд-2А».
    
30. 
    Принцип работы наносекундного спектрометра с электронным импульсным возбуждением.
    
31. 
    Калибровка регистрирующего тракта наносекундного спектрометра.
    
32. 
    Учет спектральной чувствительности измерительного тракта.
    
33. 
    Выходные данные и обработка результатов по методу «спектр за импульс».
    

1. 
   Блок-схема наносекундного спектрометра с электронным импульсным возбуждением.
   
2. 
   Принцип работы стрик-камеры «Вгляд-2А».
   
3. 
   Как решается проблема синхронизации импульса возбуждения и устройства регистрации в наносекундном спектрометре?
   
4. 
   Чем определяется временное разрешение спектрометра?
   
5. 
   Чем определяется спектральное разрешение спектрометра?
   
6. 
   Принцип калибровки наносекундного спектрометра по длинам волн.
   
7. 
   Показать различия калибровки по длинам волн в случае призменного и дифракционного решеточного монохроматоров.
   
8. 
   Обосновать необходимость учета спектральной чувствительности измерительного тракта наносекундного спектрометра.
   
9. 
   Из каких частей состоит программный комплекс для дистанционного управления фотохронографом «Взгляд-2А» и обработки изображений спектров?
   
10. 
    Задачи, решаемые программой «Sight-2A Server».
    
11. 
    Задачи, решаемые программой «Sight-2A Client».
    
12. 
    Настройки фотохронографа, устанавливаемые программой «Sight-2A Client».
    
13. 
    Задачи, решаемые программой «Sight-2A Processing».
    
14. 
    Инструменты программы «Sight-2A Processing».
    
15. 
    В каком виде получаются выходные данные в наносекундном спектрометре с электронным возбуждением?
    
16. 
    Процедура измерения спектра в заданный момент времени.
    
17. 
    Идентификация спектральных линий из выходных данных.
    
18. 
    Возможные продукты взрывного разложения азидов тяжелых металлов.
    
19. 
    Возможные продукты взрывного разложения тэна.
    
20. 
    Процедура измерения кинетики интенсивности на заданной спектральной линии.
    

1. 
   Место атомного эмиссионного анализа в ряду других аналитических методик определения веществ.
   
2. 
   Атомный абсорбционный анализ.
   
3. 
   Атомный флуоресцентный анализ.
   
4. 
   Пламенная фотометрия.
   
5. 
   Реабсорбция спектральных линий.
   
6. 
   Термы атомов щелочных металлов.
   
7. 
   Правила отбора электронных переходов.
   
8. 
   Зависимость структуры эмиссионных спектров от атомного номера исследуемого элемента.
   
9. 
   Особенности призменных и дифракционных спектрометров.
   
10. 
    Дуга и икра как источники возбуждения эмиссионных спектров.
    
11. 
    Возбуждение эмиссионных спектров в разряде в охлаждаемом полом катоде.
    
12. 
    Спектрометры с индуктивно связанной плазмой.
    
13. 
    Качественный эмиссионный анализ.
    
14. 
    Полуколичественный эмиссионный анализ.
    
15. 
    Количественный эмиссионный анализ с фотографической регистрацией.
    
16. 
    Приборы для автоматизированного количественного эмиссионного анализа.
    
17. 
    Области использования спектроскопии с высоким временным разрешением.
    
18. 
    Электронно-оптические приборы с временным разрешением.
    
19. 
    Импульсные источники возбуждения для исследования быстропротекающих процессов.
    
20. 
    Полихроматоры: устройство и применение.
    

1. 
   Фотоэлектрические способы регистрации эмиссионных спектров относятся к …
   

2. 
   Чем обеспечивается возбуждение определяемых элементов в эмиссионной спектроскопии?
   

3. 
   Явление селективного поглощения излучения возбужденных атомов из внутренних областей плазмы периферийной частью плазмы называется …
   

4. 
   Что определяет разность термов двух состояний атома?
   

5. 
   Какова мультиплетность электронных переходов в атомах металлов с одним электроном на внешней оболочке?
   

6. 
   Как изменяется число линий в спектре определяемых элементов с увеличением их порядкового номера?
   

7. 
   Какой вид имеет зависимость интенсивности спектральной линии от температуры плазмы?
   

8. 
   Какая характеристика спектрального прибора линейно зависит от числа штрихов на единицу длины в дифракционной решетке?
   

9. 
   Какой источник возбуждения спектров наиболее часто используется в современных автоматизированных приборах для эмиссионного анализа?
   

10. 
    Какой источник возбуждения спектров обеспечивает наибольшую температуру плазмы?
    

11. 
    Атлас эталонных спектральных линий какого химического элемента используется в качественном эмиссионном анализе?
    

12. 
    Какой из методов эмиссионного анализа не относится к количественному анализу:
    

1. 
   Метод трех эталонов;
   
2. 
   Метод постоянного графика;
   
3. 
   Метод добавок;
   
4. 
   Метод исчезновения линий.
   

13. 
    Какая характеристика является специфической для нестационарной спектроскопии?
    

14. 
    Если в установке для измерения нестационарных спектров используются для возбуждения импульсный ускоритель электронов с длительностью импульса 10 нс и для регистрации фотохронограф с временным разрешением 1 нс, то чем определяется временное разрешение установки в целом?
    

15. 
    Как изменяется спектральное разрешение призменного спектрометра при росте длины волны?