pb180 - Environmental Analytical Chemistry (Complete module description)

keine

Kompetenzziele
Die Studierenden

(i) haben Überblickswissen über die verschiedenen Konzepte der analytischen Chemie und die wichtigsten Methoden zur Trennung und zur Konzentrationsbestimmung organischer und anorganischer Stoffe

(ii) können analytische Fragestellungen in Teilschritte zerlegen und sind mit den wichtigsten Methoden zur Lösung dieser Teilschritte vertraut

(iii) haben Kenntnis statistischer Methoden der Versuchsauswertung und der Qualitätssicherung

(iv) haben Kenntnis regulatorischer Aspekte (DIN, GLP)

(v) erhalten Detailwissen zur Probenahme, Probenaufbereitung

(vi) erhalten Detailwissen zu den wichtigsten physikalisch-chemischen Analyseverfahren.

Die Studierenden sollen die Analytik als eine systematische Herangehensweise erfahren, die es ihnen ermöglicht, analytische Fragestellungen aus allen naturwissenschaftlichen Fachrichtungen zu konkretisieren und zu lösen.

Der interdisziplinäre, fachübergreifende Stellenwert der Umweltanalytik wird vermittelt.

Fachkompetenzen
Die Studierenden

(Vorlesung)

• erinnern, erkennen und bewerten die Konzepte der analytischen Chemie als Strategie zur Bestimmung der Konzentrationen organischer und anorganischer Stoffe in unterschiedlichen Konzentrationen und Matrices
• erinnern, erkennen und bewerten die analytische Methodik als Summe von Teilschritten zur Lösung von analytischen Fragestellungen mit dem Ziel der Trennung und zur Konzentrationsbestimmung organischer und anorganischer Stoffe bis in den Spurenbereich
• erinnern, benennen und bewerten Probenahme und Probeaufbereitung
• erinnern, benennen und bewerten die wichtigsten statistische Methoden zur Versuchsauswertung und Qualitätssicherung unter Berücksichtigung regulatorischer Aspekte (DIN, GLP) und repräsentativer Probenahme Methoden zur kritischen Bewertung von analytischen Ergebnissen
• ­erinnern und benennen wichtige physikalisch-chemische Grundlagen zur Trennung (Schwerpunkt Chromatographie) und zum Nachweis von anorganischen und organischen Substanzen
• erinnern und benennen im Detail Prinzip und Funktionsweise moderne Analysengeräte zur organischen und anorganischen Spurenanalyse
• erinnern und benennen elektrochemischen Zusammenhänge und Größen

(Praktikum)

• erinnern, bewerten und organisieren die Bearbeitungsstrategie zur organischen und anorganischen Spurenanalyse an realitätsnahem und realem Probematerial unter Anleitung
• erinnern, bewerten, implementieren und ordnen relevante Vorbereitungs- und Analyseschritte zu
• überprüfen und bewerten die erhaltenen Datensätze in Hinblick auf die analytische Qualität
• überprüfen und bewerten die erhaltenen Datensätze in Hinblick auf die (Umwelt-)Relevanz
• generieren einen Ausblick im umweltanalytischen Kontext

 

Methodenkompetenzen
Die Studierenden

(Praktikum)

• führen einen differenzierten, chemischen Analysenprozess aus,
• organisieren die detaillierte Dokumentation zu Versuchserlauf und Ergebnissen
• erkennen und bewerten analytischen Probleme
• entwickeln und bewerten Alternativen bzw. Lösungen im Kontext
• führen präzises und sauberes analytisches Arbeiten aus

führen aus:

• Probenahme und –aufbereitung, Extraktionstechniken, externe- und interne Kalibrierung,
• Chromatographie: Dünnschicht- und Säulenchromatographie, Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC/UPLC), Gaschromatographie (GC), Massenspektrometrische Detektion (GC-MS),
• Spektroskopie: Atom- und Molekülabsorptionsspektrometrie, Atomemissionsspektrometrie, Röntgenfluoreszenzspektrometrie
• Voltammetrie: Elektrodenarten, Polarographie, Differenz-Pulsvoltammetrie, Square-Wave-Voltammetrie, Methoden mit elektrolytischer Anreicherung.

 

Sozialkompetenzen
Die Studierenden

• führen ausgewählte Arbeits- und Bewertungsschritte in Zweiergruppen aus
• erstellen, präsentieren, diskutieren und dokumentieren Problemlösungen

 

Selbstkompetenzen
Die Studierenden

• führen genaue (d.h. richtige und präzise), praktische Arbeiten in einem chemischen Labor aus
• führen praktische Arbeiten mit Gefahrstoffen aus und erlernen einen bewussten Umgang mit diesen
• führen präzise Versuchsanleitungen aus und bewerten diese
• reflektiertes Arbeiten im Labor und den kritischen Umgang mit generierten Daten

VL Konzentrationsanalytik

- Es wird ein Überblick über die analytische Chemie als Strategie zur Bestimmung der Konzentrationen organischer und anorganischer Stoffe in unterschiedlichen Konzentrationen und Matrices gegeben.

- Die analytische Methodik als Summe von Teilschritten zur Lösung von analytischen Fragestellungen wird vorgestellt.

- Methoden der Probenahme und Probeaufbereitung werden dargestellt.

- Es findet eine Einführung in statistische Methoden zur Versuchsauswertung und Qualitätssicherung unter Berücksichtigung regulatorischer Aspekte (DIN, GLP) und repräsentativer Probenahme statt.

- Es wird eine Übersicht über wichtige physikalisch-chemische Grundlagen zur Trennung (Schwerpunkt Chromatographie) und zum Nachweis von anorganischen und organischen Substanzen gegeben.

- Moderne Analysengeräte werden detailliert vorgestellt.

Grundlegenden elektrochemischen Zusammenhänge und Größen werden rekapituliert

 

PR Konzentrations- und Umweltanalytik

An realitätsnahem Probenmaterial werden je nach Erfordernissen die folgenden Verfahren angewendet:

- Probenvorbereitung/Basisparameter:

Probenahme und –aufbereitung, Extraktionstechniken, Standardisierungsmethoden, Elementaranalyse

- Chromatographie: Dünnschicht- und Säulenchromatographie, Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC/UPLC), Gaschromatographie (GC), Massenspektrometrische Detektion (GC-MS)

- Spektroskopie: Atom- und Molekülabsorptionsspektrometrie, Atomemissionsspektrometrie, Röntgenspektrometrie, Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma als Anregungsquelle,

- Elektrochemie: Potentiometrie, ionenselektive Elektroden, Direktpotentiometrie, potentiometrische Titration;

- Voltammetrie: Elektrodenarten, Polarographie, Differenz-Pulsvoltammetrie, Square-Wave-Voltammetrie, Methoden mit elektrolytischer Anreicherung.

 

Besonders im Praktikum Umweltanalytik sollen die Studierenden unter Anleitung und Diskussionsoption selbständig die Bearbeitungsstrategie der von ihnen möglichst auch selbst genommenen (Umwelt-)Proben sinnvoll planen und umsetzen. Hierzu finden anfangs regelmäßig, anschließend nach Bedarf begleitende Seminare und Sprechstunden statt.

Diverse Vorlesungs-und Praktikumsskripte

K. Cammann, Instrumentelle Analytische Chemie, Spektrum, 2000

Skoog D.A. & Leary J.J., Instrumentelle Analytik, Springer Verlag, 1996, (Nov.) 2013.

Naumer H. & Heller W., Untersuchungsmethoden in der Chemie, 3. Aufl., Wiley-VCH, 2002.

Meyer V.R., Praxis der Hochleistungs-Flüssigchromatographie, Wiley, VCH, 2004

Klausur am Semesterende ca. 2-3 Wochen nach Veranstaltungsende, nach Vorankündigung

KL