Zaawansowane metody badań minerałów i skał

obowiązkowe

Ze względu na charakter przedmiotu (zrozumienie podstaw fizykochemicznych metod badawczych oraz rodzaj badanych substancji) zalecane jest posiadanie zarówno podstaw z chemii nieorganicznej i fizyki, jak również odbycie w zakresie oferowanym na studiach I stopnia kursu mineralogii, petrologii oraz metod badań minerałów i skał.

Omawiane są zaawansowane metody badań instrumentalnych (z wyłączeniem metod dyfrakcji rentgenowskiej) stosowanych w szeroko rozumianych naukach mineralogicznych do analizy nieorganicznych materiałów pochodzenia naturalnego. Prezentowane są podstawy teoretyczne metod, budowa aparatury analitycznej, preparatyka i praktyka analityczna oraz zasady interpretacji otrzymanych danych.

Na zajęciach prezentowane są zaawansowane metody badań instrumentalnych wykorzystywanych w szeroko rozumianych naukach mineralogicznych do analizy nieorganicznych materiałów pochodzenia naturalnego. Dobór metod jest związany zarówno z powszechnością wykorzystywania określonej techniki analitycznej, a także jej dostępnością w wiodących uniwersyteckich i badawczych ośrodkach geologicznych w Polsce.

Zajęcia zapoznają studenta z następującymi technikami badawczymi (wymienione poniżej techniki badawcze nie obejmują metod dyfrakcji rentgenowskiej; są one realizowane w przedmiocie „Krystalochemia i rentgenografia”):

1) transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM)

a. budowa i typy mikroskopów elektronowych, tryby pracy

b. preparatyka mikroskopowa; diplowanie, ścienianie jonowe, metoda FIB (focused ion beam)

c. oddziaływanie wiązki elektronów z materią i wykorzystanie analityczne powstających typów promieniowania

d. tworzenie obrazów transmisyjnych

e. dyfrakcja elektronów, metoda ograniczonego pola (SAED)

f. zastosowania analityczne transmisyjnych mikroskopów elektronowych, metoda EELS.

g. mikroskopia transmisyjna wysokiej rozdzielczości (HRTEM)

– komputerowa symulacja działania SEM i TEM oraz odpowiednich obrazów

– zastosowania HRTEM w naukach geologicznych

2) analiza składu chemicznego minerałów w mikroobszarze (mikroanalizator rentgenowski, EMPA)

a. podstawy teoretyczne powstawania charakterystycznych widm rentgenowskich pod wpływem wiązki elektronów

b. budowa aparatu Cameca SX100

c. system dyspersji długości fali (WDS) i dyspersji energii (EDS): zastosowanie, typy detektorów, porównanie systemów.

d. zalety i ograniczenia metody

3) emisyjna i absorpcyjna spektrometria atomowa:

a. oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią, podział metod spektroskopowych

b. absorpcja i emisja promieniowania elektromagnetycznego

c. budowa spektrometrów, źródła wzbudzenia, monochromatory i rodzaje atomizerów

d. spektrometria emisyjna w zakresie UV-Vis: fotometria płomieniowa, spektrografia, plazmowa emisyjna spektrometria atomowa – ICP-AES i ICP-MS

e. spektrometria absorpcyjna z atomizacją płomienową, elektrotermiczną, wodorkową i zimnych par

f. spektrometria absorpcyjna z ablacją laserową (LA-ICP-MS)

g. zalety i wady metod analitycznych oraz wykorzystanie w badaniach geologicznych.

4) spektroskopia w podczerwieni (IR i FT-IR)

a. charakterystyka promieniowania podczerwonego i jego oddziaływanie z molekułami

b.reguły wyboru i rodzaje drgań cząsteczkowych

c. budowa klasycznego spektrometru w podczerwieni oraz spektrometru z transformacją Fouriera (FTIR)

d. techniki pomiarowe stosowane w badaniach w podczerwieni

e. charakterystyka widm podstawowych grup funkcyjnych i wybranych grup minerałów

f. wykorzystanie metody w naukach mineralogicznych

5) spektroskopia Ramana

a. podstawy teoretyczne rozpraszania w ujęciu klasycznymi i kwantowo-mechanicznym

b. spektrometr ramanowski: źródła wzbudzenia, monochromatory, detektory

c. technika pomiarów widm Ramana

d. widma wybranych grup minerałów i grup funkcyjnych

e. zastosowanie widm ramanowskich w badaniach mineralogicznych.

6) katodoluminescencja (CL)

a. zjawisko luminescencji, model pasm przewodnictwa i przejść interkombinacyjnych, teoria pola krystalicznego

b. aparatura do obserwacji zjawisk katodoluminescencyjnych, detekcja emisji CL

c. minerały wykazujące luminescencję, preparatyka

d. przykłady naukowego i przemysłowego wykorzystania metod katodoluminescencyjnych

7) metody badań inkluzji fluidalnych w minerałach (FI)

a. powstawanie i typy inkluzji fluidalnych w kryształach

b. rozpoznawanie warunków i środowisk krystalizacji minerałów na podstawie inkluzji

c.zastosowanie badań inkluzji do poszukiwań złóż surowców użytecznych.

W trakcie wykładów studenci zapoznają się podstawami fizykochemicznymi metod, schematami i budową aparatury analitycznej, zaś w części ćwiczeniowej zaznajamiają się z urządzeniami badawczymi, praktyką i tokiem analitycznym, sposobami i technikami przygotowywania preparatów. Ważną części pracy ćwiczeniowej jest poznanie najważniejszych sposobów prezentacji i interpretacji otrzymanych danych, a także omówienie wad i zalet metody oraz źródeł błędów w oznaczeniach.

Bolewski, A., Kubisz, J., Manecki, A., Żabiński, W. Mineralogia ogólna. Wydawnictwa Geologiczne; Warszawa.

Fluid inclusions. Reviews in Mineralogy, vol. 12, Mineralogical Society of America.

Geochemistry and Mineralogy of Rare Earth Elements. Reviews in Mineralogy, vol. 21, Mineralogical Society of America.

Kęcki Z. Podstawy spektroskopii molekularnej. PWN

Metody badań minerałów i skał. Praca zbiorowa. Wydawnictwa Geologiczne.

Minerals and reactions at the atomic scale: transmission electron microscopy. Reviews in Mineralogy vol. 27

Nicol, A.W. Physicochemical methods of mineral analysis. Plenum Press.

Pagel M., Barbin V., Blanc P., Ohnenstetter D. Cathodoluminescence in geosciences. Springer. Berlin-Heidenberg-New York.

Spectroscopic methods in mineralogy and geology. Reviews in Mineralogy vol. 18. Mineralogical Society of America

Spectroscopic methods in mineralogy. EMU Notes in Mineralogy vol. 6. European Mineralogical Union

Szczepaniak W. Metody instrumentalne w analizie chemicznej. PWN.

Po ukończeniu przedmiotu student:

zna zjawiska fizykochemiczne będące u podstaw 7 poznanych metod badawczych

zna budowę, zasady działania i możliwości analityczne aparatury badawczej

jest zapoznany z podstawowymi technikami preparacyjnymi poznanych metod instrumentalnych

zna zalety i wady poszczególnych metod instrumentalnych oraz wyjaśnia możliwe źródła błędów analitycznych

w oparciu o zdobytą wiedzę potrafi samodzielnie zaplanować optymalny tok analityczny dla oznaczeń składu pierwiastkowego i fazowego materiałów nieorganicznych (skały, minerały, surowce mineralne i ceramiczne, itp.)

potrafi dobrać metody instrumentalne i przygotować próbki do badań związanych z realizacją pracy dyplomowej z zakresu geochemii, mineralogii, petrologii i geologii złóż

jest przygotowany do współpracy z personelem technicznym lub do samodzielnej obsługi poznanych urządzeń badawczych

potrafi samodzielnie opracować i analizować otrzymane wyniki oraz zaproponować ich interpretację

KRK dla kierunku Geologia stosowana

K_W02 – ma wiedzę na temat wielorakich związków między elementami środowiska, powiązaniami abiotyczno-biotycznymi oraz oddziaływaniami antropogenicznymi, zna podstawowe parametry i schematy opisujące te oddziaływania oraz metody ich zapisu matematycznego i analizy statystycznej

K_W08 – ma wiedzę w zakresie specjalistycznych programów komputerowych, zna zasady metodyczne modelowania geologicznego, ma wiedzę w zakresie planowania badań w celach

K_W10 – ma wiedzę na temat doboru i wykonania specjalistycznych badań laboratoryjnych i dokumentacyjnych w badaniach różnych typów skał; ma wiedzę o procesach sedymentacyjnych, tektonicznych i diagenetycznych zachodzących w różnych typach skał

K_W12 – zna podstawy metod pozwalających na prezentację wyników badań w ujęciu statystycznym. Zna metody referowania wyników badań oraz referowania stanu wiedzy odnoszącej się do tych badań na podstawie istniejącej literatury krajowej i obcej; zna i prawidłowo stosuje terminy w języku obcym (j. angielskim) w zakresie geologii, ze szczególnym uwzględnieniem terminologii związanej z wdrażaniem europejskich norm

K_W13 – posiada wiedzę nt. zasad planowania badań z wykorzystaniem technik i narzędzi badawczych dostępnych w jednostce a także poza nią. zna również zasady bezpieczeństwa jakie obowiązują w trakcie prac w laboratorium oraz w trakcie pobytu w terenie

K_W14 – ma pogłębioną wiedzę o powiązaniach dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów z innymi dziedzinami nauki i dyscyplinami naukowymi obszaru albo obszarów, z których został wyodrębniony studiowany kierunek studiów, pozwalającą na integrowanie perspektyw właściwych dla kilku dyscyplin naukowych

K_U01 – stosuje zaawansowane techniki badań laboratoryjnych (petrograficzne, geochemiczne, hydrochemiczne, geotechniczne, hydrogeologiczne, geoinżynierskie)

K_U02 – korzysta z zasobów internetowych danych geologicznych, potrafi dokonać ich weryfikacji, wykorzystuje do obliczeń geologicznych proste oraz zaawansowane programy komputerowe (np. Visual MODFLOW, AutoCAD czy Arc GIS), interpretuje wyniki obliczeń w sposób opisowy lub graficzny

K_U08 – potrafi samodzielnie interpretować wyniki badań i mieć własne zdanie temat różnic w poglądach; potrafi sprawnie korzystać z różnorodnej literatury fachowej polskiej i zagranicznej i krytycznie oceniać jej zawartość; potrafi referować wyniki badań oraz stan wiedzy odnoszącej się do tych badań na podstawie istniejącej literatury polskiej i obcej za pomocą technik multimedialnych; umie napisać pracę badawczą w języku polskim

K_U10 – planuje empiryczne badania terenowe (rodzaj badań, kolejność, terenowa weryfikacja wyników) i kwerendę archiwów terenowych w celu pozyskania materiałów do osiągnięcia zamierzonego efektu naukowego lub praktycznego, wybiera punkty badawcze, pobiera próbki (wody, gruntu, skały) lub okazy wg odpowiednich technik

K_U11 – ma umiejętność studiowania fachowej literatury polskiej i światowej oraz materiałów niepublikowanych, posiada umiejętności językowe na poziomie B2+, zdobyte poprzez korzystanie z anglojęzycznej literatury podczas przygotowywania się do seminariów oraz pisania pracy magisterskiej; ma umiejętność samodzielnego wyciągania wniosków i wykorzystania w pracy badawczej

K_U12 – wykazuje umiejętność wyboru specjalności i tematu pracy magisterskiej pod kątem przyszłej kariery zawodowej, umie opracować w formie tekstowej, graficznej i multimedialnej zadanie geologiczne, w tym pracę magisterską

K_K01 – rozumie konieczność ciągłego podnoszenia swoich zawodowych kompetencji oraz znajdowania nowych technologii w celu rozwiązywania problemów badawczych poprzez zapoznawanie się z literaturą fachową i aktami prawnymi

K_K02 – współdziała w grupach tematycznych na zajęciach terenowych oraz podczas grupowych zajęć kameralnych

K_K03 – potrafi odpowiednio określić harmonogram czynności oraz priorytety służące realizacji zadania badawczego

K_K04 – realizując geologiczne zadania badawcze umie zidentyfikować problemy i zaproponować właściwe sposoby ich rozwiązania

K_K07 – wykazuje odpowiedzialność za bezpieczeństwo swoje i innych podczas prac laboratoryjnych, w czasie kursów terenowych i na praktykach zawodowych

K_K08 – zna zasady przedsiębiorczości w zastosowaniu do podejmowanego przedsięwzięcia badawczego lub praktycznego (np. określenie rodzaju i zakresu prac badawczych w celu obliczeń zasobowych, wybór odpowiedniego sposobu obliczenia zasobów wód podziemnych, dobór odpowiednich technik, np. rodzaj programu obliczeniowego), potrafi zaprojektować i egzekwować prace dla grupy ludzi

K_K09 – jest przygotowany do podjęcia pracy zawodowej związanej z wybraną specjalnością

Egzamin pisemny na zakończenie semestru zawierający pytania otwarte z każdego omawianego działu; czas pisania 60 minut;

brak