AD-Spectroscopy and Analysis

Course goals

Na het volgen van deze cursus kun je:

Theorie Spectroscopie
• Optische eigenschappen chromoforen begrijpen en vertalen naar toepassingen in gekleurde  en lichtgevende materialen en uitleggen wat fluorescentie en fosforescentie zijn
• De theoretische achtergrond en praktische betekenis van het Franck-Condon principe uitleggen
• Heb je inzicht in laserwerking en toepassingen van lasers en van luminescerende materialen in verlichting, beeldschermen en medische beeldvorming.

Practicum Spectroscopie
• Op kleine (mMol) tot zeer kleine schaal (µMol) organische syntheses uitvoeren.
• Zelf analyses uitvoeren met UV/Vis, Fluorescentie en IR apparatuur.
• Met behulp van NMR, MS, IR, UV/VIS spectra de structuur ophelderen van een onbekende verbinding 
• Een redenering op papier zetten waarmee je de structuur van een onbekende stof “bewijst”.

Practicum Analytische chemie
• Zelfstandig omgaan met de analytisch chemische analysemethoden / apparatuur:
     o Chromatografische analysemethoden zoals HPLC, GC-MS en IEC,
     o Elektrochemische analysemethoden, zoals potentiometrie en coulometrie,
     o Spectroscopische analysemethoden zoals AAS, UV-Vis en Fluorescentie spectroscopie
• Zelf of met een groep een onderzoeksvraag bedenken 
• Zelf of met een groep een eenduidig analyse protocol ontwerpen en opschrijven
• Zelf een ijklijn ontwerpen en uitwerken
• Nauwkeurig analytisch chemisch werken
• Zelfstandig analyse resultaten uitwerken en statistisch verwerken
• Op juiste wijze analyseresultaten weergeven in tabellen en grafieken.
• Schriftelijk verslag leggen over analytisch chemische bepalingen

Programmeren, Modelleren en Data Science
• Zelfstandig python gebruiken voor statistische verwerking van de eigen meetresultaten

Wetenschapsfilosofie
• Hoe de wetenschappelijke methode(s) zich vanuit de geschiedenis hebben ontwikkeld
• Het verschil (her)kennen tussen wetenschap en pseudowetenschap.
• Een standpunt innemen en verdedigen bij een “wetenschappelijke confrontatie"

Content

Deze cursus kan gezien worden als een inhoudelijk logisch vervolg op eerdere cursussen:
• Studenten SK en SK/NS: De cursus SK-BORSP (periode 1) en SK-BFYAN13 (periode 2)
• Studenten MBLS: de cursus MBLS-103 en MBLS-104 (beiden periode 2)

De inhoud sluit aan bij de organische chemie, fysische chemie en spectroscopie en beoogt een verdieping van deze vakgebieden en uitbreiding naar het vakgebied van de analytische chemie. Bij de theorie onderdelen gaat het om uitbreiding van de spectroscopie kennis. Bij de practica onderdelen om een verdieping van de spectroscopie en een uitbreiding naar het vakgebied van de analytische chemie, dat eerder al als ondersteunende methode aan bod gekomen was bij de vakken in periode 1 en 2. Binnen het onderdeel analytische chemie zal er verder geoefend worden met het toepassen van statistische methoden zoals die aan bod gekomen zijn binnen de cursus SK-BFYAN13. Verder zal er binnen deze cursus aandacht besteed worden aan de wetenschapsfilosofie als onderdeel van de opleidingsleerlijn Ethiek en Maatschappij. Dit vak is een goede voorbereiding op de cursus SK-BORC13.

De cursus is opgebouwd uit de volgende onderdelen: 
• 1,5 ECTS Colleges en toetsing theorie Spectroscopie
• 1,5 ECTS Practicum spectroscopie 
• 3.0 ECTS Practicum analytische chemie 
• 1,5 ECTS Colleges/zelfstudie en toetsing theorie Analytische chemie 
• College wetenschapsfilosofie en verplichte essay opdracht (maximaal 0,6 bonuspunten) 

Toelichting bij de onderdelen:

Theorie Spectroscopie 1,5 ECTS 
Theorie Spectroscopie 
Bij het college Spectroscopie wordt voortgebouwd op de NMR- en vibratiespectroscopie uit periode 1. Je leert in de eerste drie colleges (voor Scheikunde en MLS) de theorie van UV/VIS spectroscopie aan de hand van de spectroscopische eigenschappen van bekende chromoforen (overgangsmetalen, organische moleculen). Hiermee kun je kleuren en optische eigenschappen van deze chromoforen begrijpen. Deze worden geïllustreerd met voorbeelden uit de natuur. De laatste twee colleges zijn alleen voor Scheikundestudenten en behandelen de optische eigenschappen en toepassingen van lanthanide-ionen, laserwerking en toepassingen van lasers.

Practicum spectroscopie (week 1 t/m 3): 1,5 ECTS 
Bij dit practicum maak je binnen een realistische onderzoekscontext op kleine schaal een onbekende verbinding. De laboratoriumvaardigheden focussen derhalve op het werken met kleine hoeveelheden stof. Elke student krijgt zijn eigen unieke experiment en het practicum heeft een hoog “structuurpuzzel” gehalte. De structuur van deze onbekende verbinding moet vervolgens met de spectroscopische technieken UV/Vis, IR, NMR, MS worden opgehelderd. Het accent bij de structuuranalyse ligt niet op de structuur zelf, maar op de schriftelijke beargumentering van het eigen structuurvoorstel. In het verplichte introcollege worden de experimenten en werkwijze toegelicht en wordt ook de voor het practicum noodzakelijke nieuwe spectroscopische onderwerpen behandeld op het gebied van NMR en MS. 

Practicum analytische chemie (week 4 t/m 9): 3 ECTS 
Bij het practicum analytische chemie wordt de theoretische en praktische kennis eigen gemaakt aan de hand van 4 skills experimenten en een afsluitend analyse project. Studenten bereiden zich voor aan de hand van de practicumhandleiding en de bijbehorende theorie uit de voorgeschreven tekstboeken. Bij de skills experimenten komen de volgende technieken aan bod: Ion selectieve elektrodes (potentiometrie) –HPLC (Chromatografie) – AAS (Spectrometrie) –fluorescentie en UV/Vis Spectroscopie. Er wordt gewerkt met monsters waarbij geen voorbewerking vereist is en waaraan dus vrijwel direct gemeten kan worden. Bij het analyseproject wordt gebruik gemaakt van dezelfde technieken als bij de skills experimenten, maar zal er sprake zijn van een complexe matrix die een monsterbewerking vereist. Bij de skills experimenten worden geen kant en klare voorschriften gegeven, maar krijgen studenten wel aanwijzingen (intro college en handleiding) hoe deze ontworpen kunnen worden. Bij het analyse project zullen studenten zelf in de literatuur op zoek moeten gaan naar een geschikte monster voorbereidingsmethode. Bij de skills experimenten komen ook andere deelvaardigheden naar voren zoals het formuleren van een onderzoeksvraag, het eenduidig opschrijven van een analyse protocol, het op juiste wijze (grafisch) weergeven van analyseresultaten en statistische verwerking van de resultaten. Als voorbereiding op de skills experiment zal er gebruik gemaakt worden van de online leeromgeving van het e-book Harris.

Colleges/zelfstudie en toetsing theorie Analytische chemie: 1,5 ECTS 
De kennis opgedaan tijdens het practicum zal getoetst worden in een schriftelijke toets waarbij enerzijds de theoretische achtergrond van de technieken getoetst zal worden en anderzijds de analytisch chemische rekenvaardigheden die nodig zijn bij het uitvoeren van een kwantitatieve analytisch chemische bepaling. Het laatste kan gezien worden als het onder examenomstandigheden uitwerken van een analytische chemische bepaling aan de hand van een gegeven set metingen en handelingen die tot die meting hebben geleid, vergelijkbaar met wat de studenten gedaan hebben tijdens de skills experimenten. 

College wetenschapsfilosofie en verplichte essay opdracht (0 – 0,6 bonuspunten) 
Als onderdeel van de opleidingsleerlijn Ethiek en maatschappij ga je vier (vooraf opgenomen) mini colleges over wetenschapsfilosofie bekijken en lees je een artikel over “catastrophism” dat de basis gaat vormen van een essay dat je gaat schrijven. De structuur van je Essay volgt de 6 vragen die in de essayopdracht worden gegeven en voor elke van deze 6 vragen kan je 0,1 bonuspunt op je eindcijfer verdienen, dus maximaal 0,6 bonuspunten. 

De toetsing van deze onderdelen resulteert in meerdere deelcijfers: deelcijfers per experiment voor de practica en de toets analytische chemie (toets Harris) en één deelcijfer voor de toets Spectroscopie. Deze deelcijfers worden gemiddeld naar rato van de studielast voor elk onderdeel. De verplichte essay opdracht Ethiek levert bonuspunten op voor het eindcijfer:

• 1,5 ECTS Colleges en toetsing theorie Spectroscopie (& kwantumchemie bij MLS): 1 deelcijfer
• 1,5 ECTS Practicum spectroscopie + 3.0 ECTS Practicum analytische chemie: (8 deelcijfers)
• 1,5 ECTS Colleges/zelfstudie en toetsing theorie Analytische chemie: 1 deelcijfer
• Essay opdracht Ethiek: bonuspunten 0-0,6, 0,1 punt per goed beantwoorde vraag.

De eindbeoordeling is voldoende als het gemiddelde gewogen eindcijfer afgerond 6 is en alle deelresultaten met tenminste 5,0 zijn beoordeeld. Onvoldoende resultaten kunnen éénmaal herkanst worden in het lopende studiejaar.