Inhalt: Vorlesung
Ø Vermittlung grundlegender chemischer Zusammenhänge und deren Anwendung auf geochemische/geoökologische Methoden
Ø Die Vermittlung der Grundlagen umfassen folgende Bereiche:
1.) Atombau (Orbitalmodell, Quantenzahlen)
2.) PSE (Ordnungsprinzip, Eigenschaften)
3.) Chemische Bindung (Grundlagen, Atombindung, Ionenbindung, Metallbindung,
zwischenmolekulare Kräfte)
4.) Chemische Reaktionen (Grundlagen, Stöchiometrische Berechnungen)
5.) Thermodynamik (Systeme, Hauptsätze der Thermodynamik)
6.) Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz (Grundlagen anhand von Beispielen,
Verschiebung der Gleichgewichtslage, Dissoziation, Löslichkeitsprodukt)
7.) Säure-Base-Gleichgewichte
-Grundlagen, Definitionen: -Arrhenius / -Brönstedt
-Säure-Base-Reaktionen → Beispiele
-Funktionsschema Protolyse
-Säure-Base-Paare
- Protolytische Systeme → Beispiele
Ampholyte → Beispiele
-Autoprotolyse des Wassers
-MWG
-pH-Wert → Bestimmungsmethoden, pH-Indikatoren
-Stärke von Protolyten → Beispiele
-pKS- und pKB-Wert
-Säure-Base-Titration → Beispiele
Saure und basische Reaktionen wässriger Salzlösungen → Beispiele
8.) Redox-Gleichgewichte
-Grundlagen, Definitionen: -Oxidation → Beispiele
-Reduktion → Beispiele
-Redoxreaktion → Reduktiosmittel, Oxidationsmittel
-Funktionsschema einer Redoxreaktion → Beispiele
-Redoxamphotere Teilchen → Beispiele
Redoxreihe –Reaktionsbeispiele
9.) Puffersysteme:
-Bedeutung der Böden im Stoffkreislauf
-Protonenquellen
Filter- und Pufferfunktion von Böden
-Puffersubstanzen
-Puffersysteme und pH-Bereiche im Boden
-Erläuterung einer hypothetischen Versauerungskurve mit Reaktionen
-Auswirkung von Kalkungsmaßnahmen
-Sickerwasserqualität (-Alkalinität /-Azidität → Aziditätgrad)
Ø Erläuterung grundlegender analytischer Verfahren und deren Funktionsprinzipien:
A.) Atomspektroskopie:
Grundlagen Spektroskopie
-Atomspektroskopie → Beispiele für Absorptions- und Emissionsspektren
-Funktionsweise:-Atomabsorption / -Atomemission / -Atomfluoreszenz
-Stellung der AAS in der Analysetechnik
-Komponenten eines konventionellen AA-Spektrometers
-Komponenten eines High-Resolution Continuum Source AAS (HR-CS AAS)
-Atomisierungsarten:-Flamme /-Graphitrohr /-Hydrid- und Kaltdampfsystem
-Prinzip der HydrEA-Technik
-Quantitative Analyse in der AAS: -Lamber-Beer´sches Gesetz /-Boltzmann-Gleichung
-Kalibration → Arten, Probleme
-Interferenzen in der Flammen-AAS: -spektrale Interferenzen → Beispiele
-nichtspektrale Interferenzen → Beispiele
B.) Chromatographie:
Definition, Grundbegriffe, Ziele
Trennprinzipien: Planare Chromatographie / Säulenchromatographie
-Elutionstechnik in der Säulenchromatographie
Einflussfaktoren der Wanderungsgeschwindigkeit
-Grundgrößen der Chromatographie:-Retentionszeit /-Kapazitätsfaktor /-Selektivität
(Trennfaktor)
-Klassische Theorie der Böden
-Dynamische Theorie → van-Deemter-Gleichung
-Ursachen der Peakverbreiterung in der Chromatographie
-Optimierung von Trennleistung und Trennfaktor
-Anwendungen in der Chromatographie
-Ionenchromatographie: Apparativer Aufbau eines IC
-Ionenaustauschchromatographie → Grundlagen, Beispiele
-Leitfähigkeitsdetektion in der IC
Suppressoreinheit → Gleichungen
-Beispiele, Einsatzgebiet der Chromatographie
C.) Röntgenfluorszenzanalyse:
Methodenentwicklung, Grundprinzip
Auger-Effekt
Rayleigh-Streuung
Photoeffekt
Compton-Effekt
Linienüberlagerungen
Absorption von Röntgenstrahlung: -Absorptionskante
Quantitative Analyse
WDRFA vs. EDRFA
Einflüsse Probenvorbereitung auf Analyse
Inhalt: Übung + Praktikum
Ø Die in der Vorlesung erarbeiteten und vertieften Grundlagen werden im Rahmen der Übung für die durchzuführenden Versuche im Praktikum übertragen und angewendet.
Ø Es wird ein Skript mit allen Praktikumsversuchen digital zur Verfügung gestellt. Darin sind nicht nur die Durchführungsbestimmungen erläutert, sondern auch Literatur hinsichtlich der Anwendung und der theoretischen Kenntnisse eingebunden.
Ø Jeder Praktikumsversuch wird hinsichtlich der Durchführung und des theoretischen Hintergrunds besprochen und eventuell auftretende Schwierigkeiten und Fehlerquellen ausführlich inhaltlich diskutiert.
Kompetenzerwerb:
Ø Fähigkeit zur Beurteilung von Methodik, Verfahren und Durchführung von verschiedenen Labormethoden.
Ø Fähigkeit zur vertieften Auseinandersetzung bezüglich der Einsatzfähigkeit von verschiedenen Labormethoden auf unterschiedliche Realproben.
Ø Befähigung die Ergebnisse aus den unterschiedlichen Methoden, welche im Rahmen sowohl der theoretischen Grundlagenvermittlung als auch praktischer Umsetzung der Kenntnisse an Realproben erworben wurden, zu diskutieren und zu interpretieren, um wissenschaftliche Fragestellungen verifizieren zu können.
Arbeitsweisen:
Die Veranstaltung setzt sich aus theoretischer Grundlagenvermittlung in Form einer Vorlesung und praktischer Anwendung im Rahmen der Übung und des Laborpraktikums zusammen:
Ø Am Ende der Vorlesung wird eine Klausur von 90 min die erworbenen Kenntnisse überprüfen. Dabei wird ein besonderer Fokus auf praktische Anwendungsfragen gelegt.
Ø Im Rahmen des Praktikums werden die Studierenden in Kleingruppen von 2-4 Studierenden eingeteilt. Jede Gruppe bearbeitet ein bestimmtes Probenkontingent von ca. 8-12 Proben
Ø Die Studierenden werden die in der Übung besprochenen und im Skript ausführlich beschriebenen Methoden im Labor im Rahmen unterschiedlicher geophysikalisch-geochemischer Versuche selbständig ausführen.
Ø Die eigenständig präparierten Proben für anspruchsvolle analytische Verfahren, wie Atomabsorptionsspektroskopie, Ionenchromatographie oder DOC-Bestimmung werden unter Anleitung und Unterstützung der Laborleiterin am Gerät vermessen. Fehlerquellen werden aufgezeigt und daraus Vermeidungsstrategien entwickelt.
Ø Die Ergebnisse jeder Kleingruppe und die daraus resultierende geoökologische Standortbeurteilung werden im Rahmen einer gemeinsamen Hausarbeit ausgewertet und diskutiert.
- Trainer/in: Birgit Schneider