G6101k Laboratorní metody v geologii

Přírodovědecká fakulta
podzim 2021
Rozsah
3/1/0. 5 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
Mgr. Dalibor Všianský, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Pavel Pracný, Ph.D. (přednášející)
Zbyněk Cincibus (pomocník)
Garance
Mgr. Dalibor Všianský, Ph.D.
Ústav geologických věd – Sekce věd o Zemi – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Martin Ivanov, Dr.
Dodavatelské pracoviště: Ústav geologických věd – Sekce věd o Zemi – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Pá 24. 9. 9:00–12:00 G1,01004, Pá 15. 10. 9:00–16:00 Gs2,02012, Pá 29. 10. 9:00–10:00 Gs,-1011
Předpoklady
! G6100 Metody laboratorního výzkumu && ! G6101 Laboratorní metody v geologii && !NOW( G6101 Laboratorní metody v geologii ) && ( (!(PROGRAM(B-GE)||PROGRAM(D-GE4)||PROGRAM(N-GE)||PROGRAM(D-GE)||PROGRAM(C-CV))) || (NOW( G0101 Školení BOZP a PO pro geology )&&NOW( C7777 Zacházení s chemickými látkami )))
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Hlavním cílem kurzu je poskytnout studentům bakalářského programu základní znalosti a dovednosti v oblasti laboratorního výzkumu minerálů a hornin, zejména:
- základní operace (odběr a úprava vzorků)
- fyzikální metody (separace fází, RTG strukturní analýza, elektronová mikroskopie)
- chemické metody analýzy (silikátové analýzy)
- instrumentální analýzy (spektrální metody v RTG, VIS, IR a gama oblasti, elektrochemické a chromatografické metody)
Součástí kurzu jsou praktická cvičení v laboratořích
Výstupy z učení
Po absolvování předmětu budou studenti schopni: charakterizovat chybu souboru měření;
analyzovat výstup dané metody;
navrhnout postup vzorkování pro daný problém;
porovnat vhodnost jednotlivých analytických metod.
Osnova
  • Odběr a úprava vzorků: Odběr mineralogických a petrografických vzorků v terénu, technické pomůcky. Optimální velikost vzorku pro chemické analýzy (reprezentativnost). Kritéria pro výběr vhodných analytických metod (účel, cena analýzy, citlivost metody, potřebné množství vzorku). Úprava vzorků pro analýzy - drcení, sítování, homogenizace, kvartace. Metody separace minerálů: gravitační (rýžování, separace v těžkých kapalinách a suspenzích, gradientová metoda), magnetická (permanentním magnetem, elektromagnetická - nasucho / v suspenzi). Elutriace (Stokesův zákon, Kopeckého plavicí přístroj), flotace. Ruční separace. Příprava nábrusů a výbrusů ze soudržných hornin, z nesoudržných hornin, z minerálních zrn.
  • Makroskopické určování vlastností nerostů a hornin: subjektivní barevná škála, tvrdost, vryp, pach, štěpnost, fluorescence, radioaktivita. Měření měrné hmotnosti (pyknometricky, hydrostatickým vážením, pomocí těžkých kapalin). Měření indexu lomu (imerzní metoda a její variace, refraktometricky - metodou totální reflexe). Luminiscence minerálů, radioaktivita, radiografické metody.
  • Rentgenostrukturní výzkum: Teoretický základ (Braggova rovnice a její odvození). Prášková metoda, uspořádání difraktometru (fokusační, semifokusační - bloková schémata). Příprava preparátů, instrumentální provedení. Vyhodnocení RTG-záznamů (film, grafický záznam, digitální záznam). Kvalitativní analýza - identifikace fází, práce s JCPDS kartotékou. Kvantitativní fázová analýza - postupy (RIR, vnitřní standard). Zjišťování mřížkových parametrů, Rietveldova metoda vypřesňování krystalové struktury. Monokrystalové metody (přehled). Možnosti využití rentgenografických dat.
  • Termický výzkum: Diferenciální termická analýza - princip metody, tepelné reakce minerálů, přístroje. Vyhodnocování DTA a TG záznamů, kvalitativní a kvantitativní analýza. Diferenciální kalorimetrie, dilatometrie, termoluminiscence, dekrepitometrie. Příklady použití termických metod v geologii.
  • Elektronová mikroskopie Princip řádkovacího a prosvětlovacího el. mikroskopu, zobrazovací mody. Elektronová mikrodifrakce. Analýza obrazu. Možnosti využití mikroanalýzy v geologických vědách.
  • Elektronová mikroanalýza Vlnově disperzní metoda, energiově disperzní metoda. Méně běžné metody mikroanalýzy (iontová mikrosonda, laserová ablační sonda). RTG-fluorescenční spektroskopie.
  • Chemická analýza: Chyby analýz, přesnost a správnost výsledků, relativní a absolutní chyba, systematická, náhodná a hrubá chyba, normální rozdělení náhodných chyb, směrodatná odchylka, šíření chyb, interval spolehlivosti, výpočty, vyjadřování výsledků. Rozdělení analytických metod, jejich použitelnost a aplikace, volba vhodné metody, přímé a nepřímé metody, náklady na analýzu.
  • Chemické metody: Vážkové metody, význam, srážení, filtrace, dekantace, příklady použití (stanovení SiO2, S), typická chyba stanovení. Odměrné metody, význam, titrace, titrační činidlo, indik tory, příklady použití (komplexometrické stanovení Ca, Mg, Al, oxidimetrické stanovení Fe, acidometrické stanovení SiO2), typická chyba stanovení. Dělicí metody, extrakce, měniče iontů.
  • Instrumentální metody. Princip, rozdělení (optické - spektrální, nespektrální, elektrochemické, chromatografické), použití, typické chyby, vyhodnocování relativních metod (metody kalibrační křivky, standardního přídavku a vnitřního standardu).
  • Spektrální metody emisní. Vznik spekter (Radiofrekvenční, mikrovlnná, vzdálená IČ, blízká a střední IČ, viditelná , UV, RTG, gama oblast), možnosti využití, metody (emisní spektrografie, plamenová spektrofotometrie, emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem, neutronová aktivační analýza), typické instrumentální uspořádání.
  • Spektrální metody absorpční: Vznik absorpčních spekter, Lambert-Beerův zákon, metody (molekulová spektrofotometrie, atomová absorpční spektrometrie, infračervená spektrometrie), možnosti využití, typická instrumentální uspořádání.
  • Elektrochemické a chromatografické metody: Bez průchodu proudu: Elektrochemické potenciály, měření pH, iontově selektivní elektrody; s nenulovým proudem: polarografie (tribopolarograf). Chromatografie, přístrojové uspořádání, mobilní a stacionární fáze, plynová a kapalinová chromatografie, použití, výhody, oblast použití, chyby.
Literatura
    doporučená literatura
  • SKOOG, Douglas A., Donald M. WEST, F. James HOLLER a Stanley R. CROUCH. Analytická chemie. Translated by Karel Nesměrák - Václav Červený - Tomáš Křížek - Eliška. Vydání první. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2019, xxx, 950. ISBN 9788075920430. info
  • ČAPEK, Ladislav, Kateřina TĚSNOHLÍDKOVÁ, Karel SLAVÍČEK, Dalibor VŠIANSKÝ a Pavel PRACNÝ. Technologie výroby a archeometrické studium středověké keramiky. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni a Masarykova univerzita v Brně, 2018, 197 s. první vydání. ISBN 978-80-261-0811-5. info
  • SKOOG, Douglas A., Donald M. WEST, F. James HOLLER a Stanley R. CROUCH. Fundamentals of analytical chemistry. 9th edition. Belmont: Brooks/Cole, 2014, 1 svazek. ISBN 9780495558286. info
  • FAIMON, Jiří. Základní metody analytické geochemie. VŠ skripta, 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita, 1992, 147 s. ISBN 80-210-0498-3. info
Výukové metody
povinné a dobrovolné konsultace, samostudium
Metody hodnocení
Úkoly, závěrečný test
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován jednou za dva roky.
Poznámka k periodicitě výuky: Bude otevřeno v podzimním semestru 2021/2022.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2009, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2013, podzim 2015, podzim 2017, podzim 2019, podzim 2023.