ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТГеолого-геофизический факультет Кафедра минералогии и петрографииАНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Рабочая программаНовосибирск 2005Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования. Предназначена для студентов-геохимиков 2-го курса геолого-геофизического факультета.Составители д-р физ.-мат. наук Ю. Г. Лаврентьев, д-р техн. наук, проф. Т. С. Юсупов, д-р геол.-минерал. наук В. А. ПономарчукУтверждена на заседании кафедры минералогии и петрографии.© Новосибирский государственный университет, 20051. Организационно-методический раздел 1.1. Курс относится к специальным дисциплинам естественно-научного раздела вузовской компоненты государственного образовательного стандарта. 1.2. Дисциплина «Аналитические методы исследования» предназначена для студентов геолого-геофизического факультета, специальность геохимия (2 курс, 4 семестр), и идейно связана с последующими курсами «Аналитическая геохимия» и «Методы расчета минеральных равновесий». Главной целью освоения дисциплины является овладение студентами основ аналитических методов, используемых в геохимических исследованиях (включая, в том числе, различные методы пробоподготовки, статистические методы обработки аналитических данных). Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса, связанные с освоением классификации аналитических методов, физико-химических основ их функционирования, основ статистической обработки цифровых данных, применение данного аппарата к расчету различных аналитических характеристик, имеющих непосредственное отношение к геохимическим процессам, протекающим в недрах и на поверхности земли, знакомство на практике с функционированием различных методов в научно-исследовательских организациях. Требования к уровню освоения содержания курса По окончанию изучения указанной дисциплины студент должен: – иметь представление об основных аналитических методах и методиках, используемых в геолого-геохимических исследованиях; – знать физико-химические основы аналитических методов, используемых в геохимических исследованиях; – знать возможности аналитических методов в решении геохимических задач, владеть способами пробоподготовки для каждого из них; – уметь оптимизировать необходимый набор методов для эффективного решения вопросов; – уметь оценивать на основе статистической теории цифровые данные. Формы контроля^ Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины учебным планом предусмотрена сдача зачета.Текущий контроль. Курс преподается по системе ИКИ (индивидуальный кумулятивный индекс). По баллам, набранным в течение семестра, можно получить автоматический зачет. Баллы можно получить за: Работа Сумма баллов Посещение одной лекции 10 баллов 210 Активная работа на лекции от 5 до 10 баллов 105 – 170 Для студентов, не набравших в течение семестра необходимого числа баллов для получения автоматического зачета, все баллы аннулируются. В этом случае они сдают зачет. ^ Содержание дисциплины Новизна курса Курс читается на ГГФ с 1960-х гг. Его отличительной особенностью является акцент на аспекты, связанные со спецификой геохимических исследований, требующих разноплановых аналитических методов. Это отражено в приведенном ниже перечне вопросов, рассматриваемых на лекциях. По своей структуре и способу организации обучение построено на тесной интеграции с аналитическими лабораториями Объединенного института геологии, геофизики и минералогии. В Институте имеется самое современное оборудование, постоянно совершенствуются аналитические методики, внедряются новейшие методики. Курс ведут специалисты высочайшего класса, активно занимающиеся научной деятельностью и интенсивно публикующиеся в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах. Тематический план курса (распределение часов) Темы Количество часов Лекции Лаборат. работа Самостоят. работа Всего Введение в аналитику. Статистическая оценка аналитических методов и результатов анализа 8 4 12 Методические основы пробоподготовки. Измельчение и сепарация минералов при геолого-минералогических исследованиях 8 2 5 15 Изотопные методы 2 1 3 Изотопно-геохронологические методы 10 2 6 18 Методы стабильных изотопов 14 2 8 24 Итого 42 6 24 72 2.3. Содержание отдельных разделов и тем ^ Введение в аналитику. Ее предмет и место среди других наук. Основные понятия и определения. Определение аналитики как научной дисциплины. История развития метода. Разновидности аналитики. Этапы аналитического процесса.^ Статистическая оценка аналитических методов и результатов анализа. Обзор аналитических методов: анализ на основе химических реакций; анализ на основе термических процессов; физические методы анализа как методы, основанные на взаимодействии излучения с веществом и измерении поглощаемого, рассеиваемого или испускаемого излучения. ^ Методические основы пробоподготовки. Измельчение и сепарация минералов при геолого-минералогических исследованиях. Кристаллофизические основы дезинтеграции горных пород. Процессы и аппараты для дробления и измельчения: а) основные требования к измельчению пород перед химическими, спектральными, рентгенофлюоресцентными и другими анализами; б) методические особенности дезинтеграции минеральных объектов перед сепарационными процессами; в) гранулометрический анализ диспергированных веществ. Ситовый, седиментационный и другие анализы крупности. Определение удельной поверхности веществ. Методы выделения мономинеральных фракций из горных пород. 1) Гравитационные методы сепарации минералов: разделение в тяжелых жидкостях (органические вещества, соли тяжелых металлов); разделение в искусственно утяжеленных парамагнитных жидкостях; выделение тяжелых минералов на концентрационных столах; обогащение в центробежных сепараторах. 2) Магнитные, электромагнитные и электрические методы сепарации. 3) Разделение минеральных компонент по различиям в смачиваемости водой (флотационное разделение). 4) Разделение минералов по форме и трению. 5) Принципы комбинирования методов сепарации при извлечении минералов из горных пород сложного состава. 6) Методические особенности и схемы выделения минералов для изотопных исследований.^ Изотопные методы. Физико-химические основы изотопных методов. 1) Естественно-радиоактивные элементы. 2) Закон радиоактивного распада. 3) Масс-спектрометрия. 4) Газовые методы анализа. 5) Твердофазные методы анализа. 6) Области применения изотопных методов.^ Изотопно-геохронологические методы. 1) Калий-аргоновый и аргон-аргоновый методы датирования минералов. 2) Установки экстракции газов, особенности пробоподготовки для геохронологического анализа. 3) Графическое представление данных и расчет возраста. 4) Рубидий-стронциевый метод. Изохрона. 5) Уран-торий-свинцовый метод. Дискордия, конкордия. 6) Свинец-свинцовый метод по галенитам. 7) Физико-химические принципы рений-осмиевого, самарий-неодимового, лютеций-гафниевого методов. 8) Принципы интерпретации изотопных данных.^ Методы стабильных изотопов. 1) Классификация методов стабильных изотопов и области их применимости. 2) Фракционирование легких изотопов и их геохимическая характеристика в природных процессах. 3) Особенности масс-спектрометрии и регистрация изотопного состава легких элементов. 4) Стандарты и способы представления изотопных данных. 5) Методы выделения углерода из органических веществ (битумы, растительность, графит, алмазы, нефти). Методы выделения изотопов углерода и кислорода из карбонатов. 6) Изотопы серы: установка выделения газа из сульфатов и сульфидов. 7) Изотопы водорода и методы их выделения из минералов. 8) Изотопы азота и способы их выделения из геологических образований.^ 3. Учебно-методическое обеспечение3.1. Образцы вопросов: 1. В чем состоит подготовка проб к исследованиям? 2. Что такое крупное, среднее и мелкое измельчение? 3. Объясните связь деформации куска с усилием, приложенным к нему. 4. Чему равен расход энергии на дробление? 5. Объясните работу щековой дробилки. 6. Что такое измельчение? Изменения каких характеристик минералов при этом имеют место? 7. Как работают шаровые, стержневые и центробежные мельницы? 8. Назовите основные методы гранулометрического анализа. 9. Объясните сущность разделения минералов в тяжелых жидкостях и средах. 10. Какие тяжелые жидкости применяются при разделении минералов? 11. Объясните особенности метода «Страт» и его методические возможности. 12. Объясните работу концентрационного стола. 13. Как работают центробежные сепараторы? 14. Как классифицируют минералы по удельной магнитной восприимчивости и удельной электропроводности? 15. Какие минералы и при каких условиях можно разделить с помощью магнита? 16. Как работают электростатические сепараторы? 17. Как влияет на разделение крупность и влажность материала? 18. На каких свойствах минералов основано их флотационное разделение? 19. Назовите типичные флотационные реагенты. 20. Какие ассоциации минералов наиболее часто разделяются флотацией в минералогической практике? 21. На каких методах разделения основано выделение минералов из гранитов, габбро и метаморфических пород? 22. В чем особенности выделения акцессорных минералов и особенно циркона из горных пород? 23. Объясните принцип работы и устройство масс-спектрометра. 24. Особенности газовых и твердофазных масс-спектрометров. 25. Какие изотопные системы используются для геохронологии? 26. Каковы базовые принципы калий-аргонового метода датирования? 27. Какие минералы используются в калий-аргоновом методе? 28. Как устроена установка экстракции для аргона в калий-аргоновом методе датирования? 29. Каковы принципиальные особенности аргон-аргонового метода датирования? 29. Как определяется возраст в аргон-аргоновом методе? 30. Какую дополнительную информацию можно получить в аргон-аргоновом эксперименте? 31. Каков принцип рубидий-стронциевого метода датирования? 32. Каковы аналитические этапы рубидий-стронциевого метода? 33. Что такое изохрона? Каким образом по ней вычисляется возраст? 34. Какие изотопы используются в уран-торий-свинцовом методе датирования? 35. Что такое конкордия и дискордия? 36. Каковы аналитические и методические особенности уран-свинцового метода датирования по цирконам? 34. Какие изотопы используются в рений-осмиевом и лютеций-гафниевом методе датирования? 35. Аналитические особенности самарий-неодимового метода. 36. Какие процессы приводят к фракционированию легких изотопов? 37. Каковы особенности измерения стабильных изотопов на масс-спектрометре? 38. Как производится подготовка образцов: 1) органических веществ; 2) сульфидов; 3)карбонатов для масспектрометрических измерений? 39. Каковы особенности пробоподготовки для определения изотопного состава азота, водорода? 3.2. Список рекомендуемой литературыБарский Л. А. Основы минералургии. Теория и технология разделения минералов. М.: Недра, 1984.Берлинский А. И. Разделение минералов. М.: Недра, 1988.Данцер К., Тан Э., Мольх Д. Аналитика: пер. с нем. М.: Химия, 1981, 280 с.Золотов Ю. А. О химическом анализе и о том, что вокруг него. М.: Наука, 2004, 477 с.Козин В. З. Минералургия. Лекции для профилизации «Прикладная геохимия, петрология, минералогия». Екатеринбург, 2000.Методы минералогических исследований. М.: Недра, 1985.Представление результатов химического анализа (Рекомендации IUPAC 1994 г.) // Журн. аналит. химии, 1998. Т. 53. Вып. 9, С. 999 – 1008.Фор Г. Изотопная геология. М.: Мир, 1991.Хевс Дж. Стабильные изотопы. М.: Мир, 1986.