ISBN 978-5-905722-05-9 - Санкт

Правительство Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
основной образовательной программы аспирантуры
по направлению подготовки 02.00.11 Радиохимия
Радиохимия
Radiochemistry
Язык(и) обучения
русский
Трудоёмкость (границы трудоёмкости) в зачетных единицах:
Регистрационный номер рабочей программы:
Санкт-Петербург
2014
2
_025451__
Раздел 1.
1.1.
Характеристики учебных занятий
Цели и задачи учебных занятий
Цели и задачи курса – получение обучаемыми фундаментальных представлений о
радиоактивности естественной и искусственной, ее применении для решения
аналитических задач в неорганическом материаловедении, в ядерной медицине, а также
выработка практических навыков использования полученных знаний в педагогической
деятельности и научных исследованиях в соответствии с научной специальностью.
1.2. Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания
учебных занятий (пререквизиты)
Для успешного освоения курса аспиранты должны владеть основами неорганической,
органической, физической химии в пределах университетских курсов, основами
радиохимии и атомной физики.
1.3.
Перечень результатов обучения (learning outcomes)
ОКА-1 в соответствии с приказом первого проректора по учебной и научной работе от
07.11.2014 №6364/1 " Об утверждении новой редакции компетентностно-ориентированного учебного плана (per. № 14/3010/1) и приложения к приказу проректора по учебнометодической работе от 07.11.2014 №6364/1.
1.4.
Перечень активных и интерактивных форм учебных занятий
Практические (семинарские) занятия – 25 часов
Семинарские занятия
Раздел 2.
2.1.
Организация, структура и содержание учебных занятий
Организация учебных занятий.
2.1.1 Основной курс
Трудоёмкость
итоговая аттестация
(сам.раб.)
промежуточная аттестация
(сам.раб.)
текущий контроль (сам.раб.)
сам.раб. с использованием
методических материалов
Самостоятельная работа
итоговая аттестация
под руководством
преподавателя
в присутствии
преподавателя
промежуточная
аттестация
текущий контроль
коллоквиумы
контрольные работы
лабораторные работы
консультации
практические
занятия
семинары
лекции
Период обучения (модуль)
Контактная работа обучающихся с преподавателем
Объём активных и интерактивных
форм учебных занятий
Трудоёмкость, объёмы учебной работы и наполняемость групп обучающихся
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
Семестр 3
22
10
4
Семестр 4
4
4
26
1-5
ИТОГ
26
1-5
14
14
1
2
30
1
2
44
2
15
30
Формы текущего контроля успеваемости, виды промежуточной и итоговой аттестации
Период обучения (модуль)
Виды итоговой аттестации
Формы текущего
контроля
успеваемости
Виды промежуточной
аттестации
(только для программ итоговой
аттестации и дополнительных
образовательных программ)
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
Семестр 3
тесты
Семестр 4
тесты
зачет
2.2. Структура и содержание учебных занятий
Основной курс
Основная траектория
Очная форма обучения
Период обучения (модуль): Семестр 3,4
№ п/п
1.1
1.2
Наименование темы (раздела, части)
Избранные главы радиохимии.
Вид учебных занятий
Количество
часов
лекции
6
Актуальные вопросы прикладной
радиохимии.
лекции
8
семинары
4
Актуальные вопросы современной
радиохимии - методы ядерной
медицины.
лекции
8
семинары
6
Практические занятия
14
Ведение в радиоактивность.
2
1. Раздел 1: Избранные главы радиохимии.
1.1 Ведение в радиоактивность. (лекции - 4)
Атомное ядро: масса, заряд, размеры атомных ядер, моменты атомных ядер, ядерные
частицы, энергия связи атомных ядер. Различные подходы к описанию строения атомных
ядер. Статистические свойства атомных ядер. Устойчивость атомных ядер. Ядерные
превращения - альфа, бета- распады, кластерный распад, нейтронная и протонная
радиоактивность, запаздывающие альфа -частицы , двухчастичные распады, изомерный
переход, спонтанное деление ядер. (лекций – 1, — 2 часа)
Кинетические закономерности распада радиоактивных ядер — понятие радиоактивного
равновесия. Статистические закономерности ядерных превращений.
Классификация ядер в соответствии с составом — изотопы, изотоны, изобары,
изодиаферы, изомеры. Явление изотопии. Методы анализа изотопного состава —
изотопная масс-спектрометрия, активационный анализ. Методы выделения, разделения
изотопов. ( лекций – 1, — 2 часа)
1.2 Актуальные вопросы прикладной радиохимии. (лекции —3, всего — 6 часов).
Термодинамическое поведение изотопных частиц, кинетическое поведение изотопных
частиц. Реакции изотопного обмена — механизмы. Основное уравнение идеального
изотопного обмена, химические методы исследования изотопного обмена. Изотопные
эффекты — зависящие от массы изотопные эффекты и не зависящие от массы изотопные
эффекты для тяжелых элементов. Кинетические изотопные эффекты в реакциях переноса
электронов. (лекций -2, — 4 часа)
Неупругие последствия радиоактивных превращений,- для бета- распада, для изомерного
перехода. (лекции -1, — 2 часа)
Раздел 2: Актуальные вопросы современной радиохимии - методы
ядерной медицины.
Метод изотопных индикаторов и его применение в органической
химии, биохимии, биологии и медицине.
2.1
Роль радионуклидных методов в современной медицинской диагностике. Позитронная
эмиссионная томография (ПЭТ): физические принципы метода и возможности
применения в диагностике и фундаментальных исследованиях. Методы получения
радиоизотопов для ПЭТ: генераторные и циклотронные радиоизотопы. Ядерные реакции,
используемые для получения ПЭТ радионуклидов в медицинских циклотронах; типы
мишеней; химические формы стабилизации радиоизотопов в мишени циклотрона;
ядерно-физические характеристики основных ПЭТ радионуклидов.
2.2 Современные методы синтеза радиофармпрепаратов (РФП) на основе
фтора-18.
Методы введения фтора-18 в органические соединения на основе реакций
электрофильного и нуклеофильного радиофторирования. Классификация
радиофармпрепаратов. Основные требования к РФП для рецепторных исследований мозга.
Удельная мольная активность. Последние разработки в области синтеза меченых
соединений на основе фтора18, основанные на трансформации нуклеофильного [ 18F]
фторида в электрофильные агенты для введения метки фтор-18 в «не активированные»
ароматические субстраты. (лекции – 4 часа, семинары – 4 часа) .
2.3 Автоматизация производства РФП,
Современные модули синтеза для автомат процессов нуклеофильного радиофторирования.
Методы очистки и анализа РФП. Контроль качества РФП методами радиоВЭЖХ и радио
ТСХ. Радиофармацевитические аспекты синтеза и анализа РФП в соответствии с требова
ниями GMP. (лекции-2 часа, семинары – 2 часа)
2.4 Возможности метода ПЭТ для изучения рецепторных и транспортных
систем.
Основные требования к меченым соединениям, используемым в качестве ПЭТ радио
лигандов. Проблема синтеза РФП с высокой удельной активностью. Интерпретация дан
ных, полученных в рецепторных ПЭТ исследований. Наиболее распространенные
компартментные модели, модель steady-state и анализ методом Скатчарда. Определяемые
параметры, их физический смысл и трактовка в применении к конкретным ПЭТ
исследованиям. Примеры наиболее распространенных рецепторных радиолигандов для
ПЭТ исследований мозга (6-18F-ФДОФА, 18F-FEPE2I, 18F-альтансерин, 18F-PIB, 18F-флюма
зенил). (лекции – 2 часа).
Практические занятия:
Ознакомление с устройством и принципом работы циклоторона PET Trace 4 (GE Health
Care, Sweden) в лаб. радиохимии ИМЧ РАН. Параметры облучения, заполнение и
облучение мишени циклотрона обогащенной водой-18О в автоматическом режиме,
получение фтора-18. Выделение фтора-18 из облученной воды на анионообменной смоле,
перевод в реакционно-способный комплекс с криптофиксом (К2.2.2) или другими
катализаторами фазового переноса. Измерение радиоактивности фтора-18 в изотопном
калибраторе Capintec или аналогичном. (4 часа).
Радиометрический метод определения радионуклидной чистоты. Определение
подлинности РФП по радионуклиду; измерение периода полураспада фтора-18 (на
изотопном калибраторе Capintec или аналогичном).
Хроматографические методы анализа с детектированием по радиоактивности. Принцип
работы радиотонкослойного хроматографа MiniGita, Raytest, Germany. Определение
радиохимической чистоты 18F-ФДГ. Принцип метода газовой хроматографии. Определение
остаточных растворителей (ацетонитрила) в препаратах 18F-ФДГ методом внешнего
стандарта. Определение химических примесей в препарате (анализ криптофикса методом
ТСХ). (4 часа)
Ознакомление с методиками синтеза меченых соединений на примере модельных
ароматических субстратов (замещенных нитробензальдегидов). Самостоятельная
разработка метода синтеза (выбор катализатора фазового переноса, растворителя, условий
реакции), метода очистки с пмощью твердофазнйо экстракции (ТФЭ) или
полупрепаративной ВЭЖХ. Разаработка метода анализа промежуточных продуктов
радиофторирвоания (изучение кинетики реакции фторирования) и конечного продукта
методами радиоТСХ и ради ВЭЖХ. (6 часов)
Период обучения (модуль): Семестр 2
№
п/п
3
Наименование темы (раздела, части)
Вид учебных занятий
Актуальные вопросы современной
лекции
Количество
часов
4
радиохимии - анализ сложносоставных растворов.
семинары
Методы многомерной обработки эксплораторный анализ и
методы Практические занятия
многомерной регрессии в решении
радиохимических задач.
4
16
Раздел 3. Актуальные вопросы современной радиохимии - анализ
растворов радиохимических производств.
Эксплораторный и регрессионный анализ в решении радиохимических
задач.
Замкнутый ядерный топливный цикл и его основные этапы. Переработка ОЯТ. PUREX
процесс. Подготовка отработанного ядерного топлива и первый экстракционный цикл
PUREX-процесса. Второй экстракционный цикл PUREX-процесса. Аналитический
контроль PUREX-процесса. Аналитические задачи, решаемые для процесса переработки
ОЯТ. Анализ процесса - исследование образцов растворов, взятых из текущего процесса,
для проверки правильности работы всех реакторов. Анализ материального баланса качественная и количественная характеристика исходного материала и конечных
продуктов. Анализ степени безопасности - измерения для оценки внутренней (учет рисков
коррозионных процессов) и внешней безопасности (радиоактивное излучение)
перерабатывающего завода. Аналитические методы, применяющиеся на предприятиях
ЯТЦ. Спектральные методы (рентгеноспектральный флуоресцентный анализ,
спектрофотометрический анализ, люминесцентный анализ, атомно-эмиссионный
спектральный анализ, масс-спектрометрия), радиохимические методы (нейтронный
активационный анализ), электрохимические методы (потенциометрическое титрование,
кулонометрическое титрование). Возможности он-лайн контроля. (лекции 4 часа,
семинары 4 часа).
Преимущества УФ-видимой, ИК и Рамановской спектроскопических зондов.
Современные методы обработки данных от сенсоров и массивов сенсоров.
Эксплораторный и регрессионный анализ. Метод главных компонент, метод
многомерного разрешения кривых, метод проекций на латентные структуры.
Контроль валентных состояний актинидов в растворах PUREX процесса по оптическим
спектрам. Определение содержания лантанидов в смеси по данным потенциометрических
измерений. Определение концентраций урана и азотной кислоты в технологических
растворах. (лекции 4 часа, семинары 4 часа).
Практические занятия: Математическая обработка УФ-Видимых спектров сложных
растворов. Фильтрация шумов, коррекция базовой линии. – 2 часа.
Метод главных компонент. Применение для радиохимических задач: классификация
экстрагентов для фракционирования ВАО. Отбор сенсоров в массивы систем для
индивидуального анализа лантанидов в растворах ОЯТ -4 часа
Метод многомерного разрешения кривых. Определение валентного состояния актинидов в
сложных смесях. – 4 часа.
Метод проекций на латентные структуры. Построение и валидация регрессионных
моделей. Определение актиндов и азотной кислоты в сложных растворах по оптическим
спектрам. Сравнение точности с методом наименьших квадратов и (линейной регрессией
с одной переменной) – 6 часов.
Раздел 3.
3.1.
Обеспечение учебных занятий
Методическое обеспечение
3.1.1 Методические указания по освоению дисциплины
Не предусмотрено
3.1.2 Методическое обеспечение самостоятельной работы
Г.Е. Кодина, Р.Н. Красикова. Методы получения радиофармацевтических препаратов и
радионуклидных генераторов для ядерной медицины Москва, Издательский дом МЭИ,
2014, 281 С. Учебное пособие для Вузов.
3.1.3 Методика проведения текущего контроля
аттестации и критерии оценивания
успеваемости
и
промежуточной
Текущий контроль проводится в виде выполнения тестов на семинарских занятиях.
Промежуточная аттестация проводится в виде зачета.
аттестованным при 75% и выше правильных ответов.
Обучающийся
считается
Устный зачет проводится по билетам.
3.1.4 Методические материалы для проведения текущего контроля успеваемости и
промежуточной аттестации (контрольно-измерительные материалы, оценочные средства)
Вариант билета:
1. Эффект отдачи и химия горячих атомов. Химические методы исследования
реакций горячих атомов.
2. Радиометрический метод определения радионуклидной чистоты.
3. Определение валентного состояния актинидов в сложных смесях.
3.1.5 Методические материалы для оценки обучающимися содержания и качества
учебного процесса
Анкеты.
3.2.
Кадровое обеспечение
3.2.1 Образование и (или) квалификация преподавателей и иных лиц, допущенных к
проведению учебных занятий
Кандидат или доктор химических наук - доцент, профессор.
3.2.2 Обеспечение учебно-вспомогательным и (или) иным персоналом
Не предусмотрено
3.3.
Материально-техническое обеспечение
3.3.1 Характеристики аудиторий (помещений, мест) для проведения занятий
Аудитория с мультимедийным оборудованием
3.3.2 Характеристики аудиторного оборудования, в том числе неспециализированного
компьютерного оборудования и программного обеспечения общего пользования
Проектор, компьютер с пакетом программ Microsoft Office
3.3.3 Характеристики специализированного оборудования
отсутствует
3.3.4 Характеристики специализированного программного обеспечения
отсутствует
3.3.5 Перечень и объёмы требуемых расходных материалов
Мел – 150 г
Картридж для принтера
3.4.
Информационное обеспечение
3.4.1 Список обязательной литературы
Раздел 1: Избранные главы радиохимии.
1.И.Н.Бекман. РАДИОХИМИЯ. Том 1,2., ОНТОПРИНТ, 2014 - 400 с.
ISBN 978-5-905722-05-9
2.Л. Герфорт, Х, Кох, К, Хюбнер Практикум по радиоактивности и радиохимии
пер. с нем. К. Б. Заборенко.Москва: Мир, 1984
3.В. Д. Нефедов, Е. Н. Текстер, М. А. Торопова, Радиохимия 1987. - 272 с.
4.Жерин И.И., Амелина Г.Н. Основы радиохимии, методы выделения и разделения
радиоактивных элементов: Учебное пособие. – Томск: ТПУ, 2009.
5. Лукьянов В.Б., Бердоносов С.С., Богатырев И.О., Заборенко К.Б., Иофа Б.З. Практикум.
Основы радиохимии и радиоэкологии. – М.: МГУ, 2012.
7.Абрамов А.А., Бадун Г.А. Методическое руководство к курсу «Основы радиохимии и
радиоэкологии». – М.: МГУ, 2009.
8.Р. А. Алиев, С. Н. Калмыков, Радиоактивность. ISBN: 978-5-8114-1391-1. 2013.
Издательство: Лань Серия: Учебники для вузов.
Раздел 2: Актуальные вопросы современной радиохимии - методы
ядерной медицины.
1.М.А. Богородская, Г.Е. Кодина. Химическая технология
радиофармацевтических препаратов; курс лекций: учеб. Пособие. М.: ФМБЦ им.
А.И. Бурназяна ФМБА России, РХТУ им. Д. И. Менделеева. М. 2010, - 454 с.
2. Г.Е. Кодина, Р.Н. Красикова. Методы получения радиофармацевтических
препаратов и радионуклидных генераторов для ядерной медицины (учебное
пособие), будет опубликовано в 2012 г.
3. Г.Е. Кодина // Глава в кн. "Изотопы: свойства, получение и применение" под
редакцией В.Ю. Баранова, М. Издат., 2000, с. 642-664; 2-е изд.: М. Физматлит,
2005, т.2, с. 389-411.
4. Медведев С.В., Скворцова Т.Ю., Красикова Р.Н. ПЭТ в России: позитронноэмиссионная томография в клинике и физиологии. Санкт-Петербург: АстрельСПб, 2008, 319 с.
5. Р.Н. Красикова. Радиофармпрепараты для ПЭТ: методы синтеза и
автоматизации. Стр. 21-40. Глава в монографии «Национальное руководство по
радионуклидной диагностике» под редакцией Ю.Б. Лишманова и В.И.Чернова в
двух томах. - Томск: STT, 2010, 688 с.
6. А.И.Папаш, И.Г. Аленицкий. Коммерческие циклотроны. Часть 1.
Коммерческие циклотроны в диапазоне энергий от 10 до 30 МэВ для
производства изотопов. Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2008, 39,
вып. 4, с. 1150-1214.
Раздел 3. Актуальные вопросы современной радиохимии - анализ
растворов радиохимических производств. Эксплораторный и
регрессионный анализ в решении радиохимических задач.
1. «Химические сенсоры» ред.Ю.Г.Власов, М., «Наука», 2011.
2. Ким Эсбенсен. Анализ многомерных данных. Издательство Алтайского
Государственного Университета. Баранул 2003.
3.Аналитическая химия. Проблемы и подходы: в 2т. / под ред. Р.Кельнера, Ж.-М.Мерме,
М.Отто, Г.М.Видмера; пер. с англ. под.ред. Ю.A.Золотова. - М.: Мир, 2004. том 2.
3.4.2 Список дополнительной литературы
Раздел 1: Избранные главы радиохимии.
1. А.Л. Бучаченко "Новая изотопия в химии и биохимии" М.Наука 2007- 189c.
2. G. Choppin , J.O. Liljenzin , J. Rydberg , Ch. Ekberg Radiochemistry and Nuclear
Chemistry, Fourth Edition Hardcover , 2013
ISBN-13: 978-0124058972 ISBN-10: 0124058973
3. 10.H. J. Arnikar, Essentials of Nuclear Chemistry, New Age International, 1995, 512
pages
Раздел 2: Актуальные вопросы современной радиохимии - методы
ядерной медицины.
1. Welch M.J., Redvanly C.S. Handbook of radiopharmaceuticals: Radiochemistry and
applications. Wiley, 2005.
2. Pharmaceutical Radiochemistry (I). Munich Molecular Imaging Handbook Series.
Series Editor: H.J.Wester. 2010 SCINTOMICS GmbH, Germany.
3. Miller P.W., Long N.J., Vilar R., Gee A.D. Synthesis of 11C, 18F, 15O, and 13N
Radiolabels for Positron Emission Tomography. Angew. Chem. Int. Ed. 2008; 47: 89989033.
4. Dadachova E. Cancer Therapy with Alpha-Emitters Labeled Peptides. Semin Nucl
Med 2010; 40:204-208.
Раздел 3. Актуальные вопросы современной радиохимии - анализ
растворов радиохимических производств. Эксплораторный и
регрессионный анализ в решении радиохимических задач.
2. 1. K. R. Beebe, R. J. Pell., M.B. Seasholtz (1998) Chemometrics: a practical guide.
Wiley, New York
3.4.3 Перечень иных информационных источников
1. www.chemometrics.ru
Раздел 4.
Разработчики программы
1. Д.х.н., профессор Ермоленко Ю.Е., [email protected]
2. К.х.н., доцент Кирсанов Д.О., [email protected]
3. К.х.н., доцент Красикова Р.Н., [email protected]