Рабочая программа дисциплины Современные методы исследования полимеров Направление подготовки 020100 Химия Профиль подготовки




Скачати 228.49 Kb.
Дата конвертації18.04.2016
Розмір228.49 Kb.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет

имени Н.Г. Чернышевского»



Институт химии

УТВЕРЖДАЮ:

проректор по учебно-методической работе

д.филол.н., профессор Е.Г. Елина

"__" __________________20__ г.


Рабочая программа дисциплины

Современные методы исследования полимеров

Направление подготовки

020100 – Химия
Профиль подготовки

Высокомолекулярные соединения


Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр
Форма обучения

Очная

Саратов,


2011 год

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины Современные методы исследования полимеров» являются:

–  формирование у обучающихся компетенций, связанных с пониманием теоретических основ основных методов исследования полимеров, применяемых в отечественной и зарубежной практике,

–  формирование навыков индивидуальной работы при выполнении химического эксперимента;

– формирование навыков работы на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях;

–  приобретение навыков и умений в процессе освоения специальных методов регистрации и обработки результатов химических экспериментов;

–  освоение компьютерной техники с целью использования ее возможностей для оформления лабораторных работ;

–  приобретение навыков самостоятельной работы с периодической химической литературой.



2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Современные методы исследования полимеров» (Б3.ДВ2) является вариативной профильной дисциплиной профессионального (специального) цикла Б.3 подготовки бакалавров по направлению 020100 «Химия», профиль подготовки «Высокомолекулярные соединения» и преподается в 8 семестре.

Материал дисциплины базируется на знаниях, умениях и навыках, приобретенных при освоении базовых дисциплин «Неорганическая химия», «Аналитическая химия», «Органическая химия», «Физическая химия», «Высокомолекулярные соединения», «Коллоидная химия», «Химическая технология» профессионального (специального) цикла ФГОС ВПО по направлению подготовки 020100 «Химия», вариативной дисциплины «Численные методы и программирование в физикохимии полимеров» математического и естественнонаучного цикла и вариативных профильных дисциплин «Современные подходы к синтезу полимеров», «Полимеры медико-биологического назначения», «Синтез и свойства водорастворимых полимеров», «Полимерное материаловедение» ООП ВПО по направлению подготовки 020100 «Химия», профиль «Высокомолекулярные соединения».

Для успешного освоения дисциплины обучающийся должен владеть знаниями о строении, свойствах и классификации высокомолекулярных соединений, химических свойствах и превращениях макромолекул, их поведении в растворах, иметь представление о структуре и основных физических свойствах полимерных тел, владеть навыками приготовления растворов полимеров, проведения реакций полимераналогичных превращений, уметь проводить титрометрический, потенциометрический, гравиметрический и др. анализы, метрологическую обработку результатов эксперимента, уметь работать на компьютере, знать стандарты и приёмы оформления учебных и научных текстов, уметь проводить математические расчёты при решении полимерно-химических задач.

Приобретенные в рамках дисциплины «Современные методы исследования полимеров» знания, умения и навыки необходимы для выполнения, оформления и успешной защиты выпускной квалификационной (бакалаврской) работы.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Современные методы исследования полимеров»


Формулировка компетенции

Код

Владеет навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций

ПК-4

Владеет навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов

ПК-6

Имеет опыт работы на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях

ПК-7

Владеет методами регистрации и обработки результатов химически экспериментов

ПК-8

В результате освоения дисциплины «Современные методы исследования полимеров» обучающийся должен

знать:

–  классификацию методов исследования полимеров,

–  общие методы выделения и очистки природных полисахаридов (экстракцию, фракционное осаждение, ультрафильтрование, диализ, электрофорез, ионообменную хроматографию, гель-фильтрацию, ультрацентрифугирование, ферментативную очистку и др.),

–  основные методы исследования структуры и свойств полимеров;



уметь:

–  выделять полисахариды из растительного или животного природного сырья,

–  применять методы очистки полимеров от низко- и высокомолекулярных примесей,

–  определять влажность, фракционный состав, растворимость, молекулярную массу полимера, степень замещения функциональных групп в макромолекуле,

–  проводить реакции полимераналогичных превращений,

– определять основные физические и физико-химические характеристики полимеров,

– работать на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях,

–  использовать компьютерную технику при оформлении лабораторных работ;



владеть:

–  методами выделения полисахаридов из природного сырья,

–  методами очистки полимеров от примесей,

–  навыками эксперимента проведения реакций полимераналогичных превращений полимеров,

–  навыками эксперимента изучения структуры и практически важных свойств полимеров,

–  навыками комплексного применения методов анализа при исследовании полимеров,

–  навыками индивидуальной работы при выполнении химического эксперимента,

–  приемами специальных методов регистрации и обработки результатов химических экспериментов,

–  навыками самостоятельной работы с периодической химической литературой.



4. Структура и содержание дисциплины «Современные методы исследования полимеров»

4.1. Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц (288 часов), из них лекции – 48 часов, лабораторные работы – 96 часов, самостоятельная работа – 108 часов, из которых 36 часов отводится на подготовку к экзамену.



п/п

Раздел дисциплины

Се-местр

Неде-ля семе-стра

Виды учебной работы, включая самостоятель-ную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Формы промежуточной аттестации (по семестрам)

Лекции

Лабора-торные работы

Самосто-ятельная работа

Всего

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Общие сведения о методах исследования полимеров

8

1

4

8

12

24

Письменный отчет в лабораторном журнале.

2

Общие методы выделения и очистки природных полимеров

8

2-3

8

16

20

44

Письменный отчет в лабораторном журнале.

3

Методы хроматографии

8

4-5

8

16

20

44

Письменный отчет в лабораторном журнале.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

4

Методы, основанные на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением

8

6-9

16

32

28

76

Письменный отчет в лабораторном журнале.

Рефераты


5

Исследование структуры и свойств полимеров

8

10-12

12

24

28

64

Письменный отчет в лабораторном журнале.

Деловые игры



6

Итоговая аттестация

8













36

Экзамен с оценкой

Итого:







48

96

108

288




4.2. Содержание лекционного курса

Общие сведения о методах исследования полимеров.

Характеристика методов исследования полимеров. Современные тенденции развития методов исследования. Классификация методов исследования. Выбор оптимального метода исследования. Изучение химического состава полимеров. Определение содержания различных химических элементов в макромолекулах. Анализ полимеров термическими методами. Элементный анализ. Химический анализ на содержание отдельных элементов. Анализ функциональных групп. Определение ненасыщенности полимеров.

Общие методы выделения и очистки природных полимеров.

Фильтрование, ультрафильтрование, диализ, электродиализ. Центрифугирование, ультрацентрифугирование. Фракционное осаждение и экстракция. Ферментативная очистка. Хроматографические методы: ионообменная, адсорбционная, размерно-эксклюзионная, аффинная хроматография. Электрофорез. Критерии индивидуальности и нативности природных полисахаридов.



Методы хроматографии.

Характеристика методов хроматографии. Газовая хроматография. Капиллярная газовая хроматография. Реакционная газовая хроматография. Обращенная газовая хроматография. Пиролитическая газовая хроматография. Выбор условий пиролиза. Выбор условий газохроматографического разделения продуктов пиролиза. Использование ПГХ при анализе полимеров.

Жидкостная хроматография. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Капиллярные электросепарационные методы. Ионообменная жидкостная хроматография. Хроматомембранные методы разделения. Тонкослойная хроматография. Методика проведения анализа. Области применения метода ТСХ. Гельпроникающая хроматография. Аппаратурное оформление метода. Определение молекулярной массы и ММР полимеров. Исследование кинетики полимеризации. Изучение состава сополимеров. Особенности изучения олигомеров. Особенности исследования сшитых полимеров.

Macс-спектрометрический метод анализа. Аппаратурное оформление метода.



Способы ввода пробы. Способы ионизации вещества. Типы анализаторов масс. Macс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой. Области применения масс-спектрометрии. Анализ химического состава смесей

Методы, основанные на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением.

Рентгеноструктурный анализ и электронография. Рентгеновская и рентгеноэлектронная спектроскопия. Электронография. Метод меченых атомов.



Методы, использующие ультрафиолетовый и видимый свет. Спектрофотометрический метод анализа в УФ- и видимой области. Основы абсорбционной спектрофотометрии. Аппаратурное оформление. Способы подготовки образцов. Проведение количественного анализа. Изучение кинетики химических реакций. Исследование полимеров и сополимеров. Методы, использующие оптические законы. Методы, основанные на отражении света. Методы, основанные на преломлении света. Рефрактометрия. Двойное лучепреломление. Методы, основанные на рассеянии света. Метод светорассеяния. Спектроскопия комбинационного рассеяния. Фотоколориметрический метод анализа.

Инфракрасная спектроскопия. Аппаратурное оформление метода. Применение метода ИК-спектроскопии. Определение чистоты веществ. Исследование механизма химических реакций. Изучение состава и структуры полимеров. Определение состава сополимеров. Изучение микроструктуры, конфигурации и конформации макромолекул. Исследование поверхностных слоев полимеров. Определение температурных переходов в полимерах. Исследование окисления и механодеструкции полимеров. Изучение процессов смешения и вулканизации. Исследование структуры вулканизатов. Другие области применения ИК-спектроскопии. Лазерная аналитическая спектроскопия. Лазерно-индуцированный эмиссионный спектральный анализ (LIESA). Лазерный флуоресцентный анализ.

Методы радиоспектроскопии. Метод ядерного магнитного резонанса. Физические основы метода. Характеристики спектра ЯМР. Аппаратурное оформление. Использование метода ЯМР. Изучение степени превращения мономеров в процессе полимеризации. Конформационный анализ полимеров. Исследование молекулярных движений в полимерах. Изучение процессов старения каучуков. Исследование совместимости компонентов и межмолекулярных взаимодействий при смешении полимеров. Изучение вулканизационных сеток в эластомерах. Изучение деформации и течения полимеров. Электронный парамагнитный резонанс. Характеристики спектра ЭПР. Аппаратурное оформление метода ЭПР. Применение метода ЭПР. Идентификация парамагнитных частиц. Исследование радикалов в полимерах. Изучение молекулярных движений в полимерах. Изучение структурирования эластомеров. Ядерный квадрупольный резонанс.

Электрохимические методы анализа. Потенциометрический метод анализа. Метод кондуктометрии. Кулонометрический метод анализа. Вольтамперометрические методы. Полярографический метод анализа. Инверсионные электрохимические методы. Высокочастотные методы.

Исследование структуры и свойств полимеров.

Изучение массы, разветвленности и взаимодействия макромолекул. Определение молекулярной массы полимеров. Среднечисловая молекулярная масса. Среднемассовая молекулярная масса. Другие виды молекулярных масс. Определение ММР полимеров. Анализ функциональности олигомеров. Изучение разветвленности макромолекул. Исследование межмолекулярных взаимодействий в полимерах.

Изучение надмолекулярной структуры. Определение удельного объема полимеров. Измерение плотности полимеров. Методы микроскопии. Трансмиссионная электронная микроскопия. Сканирующая электронная микроскопия. Интерференционно-дифракционные методы. Исследование кристаллизации методом ЭПР. Определение степени кристалличности. Определение размеров кристаллитов. Исследование ориентации в полимерах.

Методы определения температуры стеклования полимеров. Статические методы. Динамические методы. Динамические механические методы. Электрические методы. Динамические магнитные методы.

Оценка стойкости полимеров к внешним воздействиям и эффективности действия стабилизаторов. Изучение процессов термического старения. Термогравиметрический метод анализа. Дифференциально-термический анализ. Дифференциальная сканирующая калориметрия. Окислительное старение полимеров. Исследование поглощения кислорода. Оценка химической стойкости полимеров. Изучение механохимической деструкции. Оценка стабильности промышленных эластомеров. Исследование каучуков. Исследование термоэластопластов. Исследование вулканизатов. Оценка погодостойкости эластомеров. Изучение эффективности действия и выбор стабилизатора.

Реологические и пластоэластические свойства каучуков и резиновых смесей. Ротационная вискозиметрия. Капиллярная вискозиметрия. Сжимающие пластометры. Динамические методы реологических испытаний.

Методы изучения процессов приготовления резиновых смесей. Определение растворимости серы в эластомерах. Анализ микровключений в резиновой смеси. Оценка качества смешения. Количественная оценка качества смешения.

Изучение процессов вулканизации и структуры вулканизатов. Оценка вулкаиизационных свойств. Вибрационная реометрия. Безроторные реометры. Изучение структуры вулканизационной сетки.

Примеры комплексного применения методов анализа при исследовании полимеров. Методы исследования полимерных смесей. Экспресс-методы идентификации полимеров. Пиролитическая газовая хроматография. Применение ИК- и ЯМР-спектроскопии. Применение термических и динамических методов анализа и данных набухания. Изучение межфазного распределения наполнителя. Определение типа вулканизующей системы.

4.3. Структура и календарный план лабораторных занятий



п/п

Раздел дисциплины

Се-местр

Неде-ля семе-стра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Лабора-торные работы

Самосто-ятельная работа

Всего

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Выделение и количественное определение пектиновых веществ из кожуры цитрусовых. Выделение пектина из мякоти тыквы. Сравнительный анализ гелеобразующей способности пектина цитрусовых с тыквенным пектином

(предусмотрено выполнение 3-х заданий)

8

1-3

24

30

54

Письменный отчет в лабораторном журнале

2

Выделение хитина из панцирей ракообразных. Проведение химической реакции полимераналогичного превра-щения хитин–хитозан. Определение степени деацетилирования и молекулярной массы хитозана. Сравнительный анализ растворимости образцов хитина и хитозана в различных средах

(предусмотрено выполнение 3-х заданий)

8

4-6

24

30

54

Письменный отчет в лабораторном журнале

3

Определение содержания -, - и -целлюлозы. Определение пентозанов. Определение смол и жиров. Определение зольности целлюлозы

(предусмотрено выполнение 2-х заданий)

8

7, 8

16

16

32

Письменный отчет в лабораторном журнале.

Собеседование по рефератам





1

2

3

4

5

6

7

8

4

Изучение термомеханических свойств полимеров

(предусмотрено выполнение 3-х заданий)

8

9, 10

16

16

32

Письменный отчет в лабораторном журналею

Деловая игра №1



5

Физико-механические свойства полимеров

(предусмотрено выполнение 4-х заданий)

8

11, 12

16

16

32

Письменный отчет в лабораторном журнале.

Деловая игра №2



Итого:

8

13

96

108

204

Индивидуальная беседа с преподавателем в диалоговом режиме

5. Образовательные технологии

Наряду с традиционными образовательными технологиями (лекции, лабораторные работы) широко используются технологии, основанные на современных информационных средствах и методах научно-технического творчества, включающих обучение на основе деловых игр по темам «Термомеханические свойства полимеров», «Физико-механические свойства полимеров», опережающей самостоятельной работы (рефераты), а также систем обучения профессиональным навыкам и умениям. Предусмотрены встречи с представителями российских и зарубежных компаний, учеными из профильных учреждений РАН.



6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Самостоятельная работа студентов предполагает:

–  составление опорных конспектов по разделам дисциплины,

–  освоение теоретического материала,

– подготовку к лабораторным работам,

–  оформление лабораторных работ,

–  подготовку к деловым играм,

–  написание реферата,

–  поиск информации в сети Интернет и библиотеках (ЗНБ СГУ, кафедральная библиотека и др.),

–  подготовку к текущему и итоговому контролю.

Форма итогового контроля – экзамен (билеты в приложении 1).

6.1. Вопросы для самостоятельной подготовки


  1. Оптические методы исследования.

Спектр электромагнитного излучения. Теоретические основы метода УФ-спектроскопии. Хромофоры, ауксохромы. Виды смещения полос поглощения. Электронные спектры растворов и пленок полимеров. Влияние растворителя на электронные спектры растворов полимеров.

  1. Колебательная спектроскопия.

Теория ИК- и КР-поглощения. Валентные, деформационные колебания (симметричные и асимметричные). Виды колебаний отдельных группировок.

  1. ЯМР-спектроскопия.

Основы теории метода ЯМР-спектроскопии с точки зрения классической и квантовой механики. Химический сдвиг, стандарты в ЯМР-спектроскопии. Константы экранирования, атомное, молекулярное, межмолекулярное экранирования. Спин-спиновое взаимодействие. Константа спин-спинового взаимодействия. Классификация спиновых систем: спектры первого и высшего порядка. Обменное взаимодействие.

4. Тепловое движение в полимерах.

Теплоемкость полимеров. Теплоемкость твердых полимеров. Теоретический анализ теплоемкости. Теплоемкость полимерных расплавов.

Перенос энергии в полимерах (теплопроводность и температуропроводность полимеров. Температурная зависимость теплопроводности. Аморфные полимеры. Кристаллические полимеры. Изменение теплопроводности в области фазовых переходов. Теплопроводность и молекулярные параметры (молекулярная масса, разветвленность и структура цепи). Анизотропия теплопроводности. Влияние давления на теплопроводность. Температурная зависимость температуропроводности. Температуропроводность и молекулярные параметры.

Термические особенности переходов и релаксационных процессов в полимерах. Плавление и кристаллизация. Превращения в стеклообразном состоянии и промежуточные превращения.



5. Теплофизические процессы при деформации полимеров.

Обратимые деформации. Тепловое расширение полимеров. Термодинамика обратимых деформаций. Термоэластичность твердых полимеров. Термоэластичность каучуков.



6. Необратимые деформации.

Ориентационная вытяжка полимеров. Разрушение полимеров. Силовое размягчение наполненных резин.



6.2. Темы рефератов

  1. Структурные особенности полисахаридов.

  2. Электроформование полисахаридных нановолокон и нетканых материалов.

  3. Матриксы и скаффолды из полисахаридов и их производных.

  4. Влияние добавок полисахаридов на свойства оболочки макрокапсул фармакологического назначения.

  5. Влияние полисахаридов растительного и животного происхождения на скорость прорастания семян.

  6. Полисахариды в биологически активных системах.

  7. Применение полисахаридов в фармакологии и медицине.

  8. Полисахариды в качестве лечебных средств.

  9. Полисахариды в пищевой промышленности.

  10. Сорбенты из полисахаридов и их производных.

  11. Полисахаридные пластики.

  12. Композиционные материалы на основе полисахаридов и их производных.

6.3. Вопросы к учебной дискуссии №1 «Термомеханические свойства полимеров»

Деформационные свойства. Деформация аморфных полимеров. Упругая деформация. Вынужденная эластичность. Влияние различных факторов на температуру стеклования полимеров. Деформация кристаллических полимеров. Деформационные кривые. Особенности деформации растяжения и кручения полимеров.



6.4. Вопросы к учебной дискуссии №2 «Физико-механические свойства полимеров»

Прочность и разрушение. Теоретическая прочность. Прочность реальных полимеров. Долговечность полимеров. Уравнение Журкова: анализ и значение. Термофлуктационная теория и механизм разрушения полимеров. Влияние макромолекулярных структур на механические свойства полимеров. Методы физико-механического испытания полимерных волокон и пластических масс.



7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Современные методы исследования полимеров»

Основная литература

[1] Николаев А.Ф., Крыжановский В.К., Бурлов В.В. и др. Технология полимерных материалов. Под общ. ред. В.К. Крыжановского. СПб.: Профессия. 2008. 544 с.

[2] Кленин В.И., Федусенко И.В. Высокомолекулярные соединения: учебник. Саратов: Изд-во Саратовск. ун-та. 2008. 440 с.

[3] Шиповская А.Б. Методы выделения и свойства природных полисахаридов: Учеб. пособие. Саратов: Изд-во «КУБиК». 2010. 60 с.



Дополнительная литература

[4] Хенке Х. Жидкостная хроматография / Пер. с нем. Н.Е. Киреевой. Под ред. А.А. Демина. М.: Техносфера. 2009. 264 с.

[5] Научные основы химической технологии углеводов / Под ред. А.Г. Захарова. М.: Изд-во ЛИКИ. 2008. 528 с.

[6] Шмидт В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов. Пер. с англ. Н.П. Ивановской. Под ред. С.В. Савилова. М.: Техносфера. 2007. 368 с.



Программное обеспечение и Интернет-ресурсы

[1] Программы Microsoft Office 2007, СhemDraw

[2] Аверко-Антонович И.Ю., Бикмуллин Р.Т. Методы исследования структуры и свойств полимеров: Учеб. пособие. Казань: КГТУ. 2002. 604 с.

http://www.himi.oglib.ru/bgl/8112.html

http://download.nehudlit.ru/nehudlit/self0014/averko-antonovich.rar

[3] Шестаков А.С. Физические методы исследования полимеров: Учебно-методич. пособие. Воронеж: ВГУ. 2003. 87 с.



http://window.edu.ru/window/catalog?p_rid=27245

http://www.twirpx.com/file/149127/

[4] Годовский Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров. М.: Химия. http://www.twirpx.com/file/146637/

[5] Белокурова А.П., Бурмистров В.А., Агеева Т.А. Термомеханический метод исследования полимеров: Методич. указания к лабораторному практикуму по химии и физике полимеров. Иваново: ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. 2006. 36 с.

http://www.isuct.ru/e-lib/node/174

http://window.edu.ru/window/catalog?p_rid=71432

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Современные методы исследования полимеров»

1. Учебная аудитория для чтения лекций.

2. Оверхед-проектор для демонстрации иллюстрационного материала.

3. Учебные лаборатории №32 и 38 для выполнения лабораторных работ, оснащенная необходимым оборудованием

4. Образцы полимеров, растворители и другие химические реактивы.

5. Химическая посуда.

6. Персональный компьютер.

7. Учебно-методические разработки для изучения теоретического материала, подготовки к практическим работам и отчетам по ним.

8. Кафедральная библиотека.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций ООП ВПО по направлению подготовки 020100 - «Химия», профиль подготовки «Высокомолекулярные соединения».

Автор:

д.х.н., зав. базовой кафедрой полимеров А.Б. Шиповская


Программа одобрена на заседании базовой кафедры полимеров

от «___» «______________» 20___ года, протокол № ____ .


Зав. базовой кафедрой А.Б. Шиповская

Директор Института химии О.В. Федотова





База даних захищена авторським правом ©mediku.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка