Metody spektroskopowe badania materii
Informacje ogólne
Kod przedmiotu: | MFI-INM-MSBM-LS |
Kod Erasmus / ISCED: | (brak danych) / (brak danych) |
Nazwa przedmiotu: | Metody spektroskopowe badania materii |
Jednostka: | Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki |
Grupy: | |
Strona przedmiotu: | http://www.umcs.pl/pl/staff-department-of-chromatographic-methods,8641.htm |
Punkty ECTS i inne: |
(brak)
|
Język prowadzenia: | polski |
Wymagania wstępne: | podstawy fizyki, chemii fizycznej |
Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS: | Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2015/2016, 2016/2017 Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego) Wykład – 30 Laboratorium – 30 Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego – 60 Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego – 2 Godziny niekontaktowe (praca własna studenta) Przygotowanie się do laboratorium – 20 Studiowanie literatury – 20 Przygotowanie się do egzaminu – 20 Łączna liczba godzin nie kontaktowych – 60 Liczba punktów ECTS za godziny niekontaktowe – 2 Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu – 4 Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2017/2018, 2018/2019 Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego) Wykład – 30 Laboratorium – 30 Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego – 60 Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego – 2 Godziny niekontaktowe (praca własna studenta) Przygotowanie się do laboratorium – 20 Studiowanie literatury – 20 Przygotowanie się do egzaminu – 20 Łączna liczba godzin nie kontaktowych – 60 Liczba punktów ECTS za godziny niekontaktowe – 2 Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu – 4 |
Sposób weryfikacji efektów kształcenia: | Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach pierwszego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Nr XXIII – 16.9/14 Senatu Uniwersytetu Marii Curie – Skłodowskiej w Lublinie z dnia 23 kwietnia 2014 r. dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2015/2016, 2016/2017 W1, W2, U1, U2 - wykład – egzamin pisemny, laboratorium – pisemne kolokwia śródsemestralne K1, K2 - laboratorium – bezpośrednia kontrola pracy studentów w grupach Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach pierwszego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Nr XXIV – 7.8/17 Senatu Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie z dnia 31 maja 2017 r. dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2017/2018, 2018/2019 W1, W2, U1 - wykład – egzamin pisemny, laboratorium – pisemne kolokwia śródsemestralne K1, K2 - laboratorium – bezpośrednia kontrola pracy studentów w grupach |
Pełny opis: |
Wykład obejmuje następujące zagadnienia: Podstawy spektroskopii. Promieniowanie elektromagnetyczne, intensywność. Formy energii molekuł. Kwantyzacja energii. Widmo (powstawanie, podział), techniki rejestracji (CW, FT – podstawy), podstawowa aparatura. Reguły wyboru. Rozmycie pasm. Równowaga termodynamiczna obsadzeń poziomów. Podstawy analizy jakościowej i ilościowej. Podstawy modelowania struktury cząsteczki. Współrzędne wewnętrzne, wybór. Krzywa i (hiper)powierzchnia energii potencjalnej. Geometria równowagowa cząsteczki. Iteracyjne wyznaczanie geometrii równowagowej cząsteczki w ramach danego przybliżenia kwantowochemicznego – podstawy. Pola siłowe cząsteczki i ich związek ze strukturą. Spektroskopia oscylacyjna. Jednowymiarowy oscylator harmoniczny (reguły wyboru, widmo). Anharmoniczność (reguły wyboru). Drgania normalne i grupowe (podział, przykłady). Podstawy spektroskopii IR i Ramana – typy przejść oscylacyjnych, reguły wyboru, metodyka pomiarów. Aktywność drgań normalnych w spektroskopii IR i Ramana. Drgania grupowe podstawowych klas związków organicznych. Zastosowania spektroskopii oscylacyjnej w analizie jakościowej związków organicznych. Wpływ wiązania wodorowego na widmo oscylacyjne. Teoretyczne wyznaczanie widm oscylacyjnych - podstawy. Spektroskopia NMR. Spin jądra. Moment magnetyczny jądra i jego oddziaływanie z polem magnetycznym. Istota jądrowego rezonansu magnetycznego. Ekranowanie jąder – mechanizmy, magnetyczna stała ekranowania, widmo NMR. Przesunięcie chemiczne, wzorce. Sprzężenia spinowo-spinowe, stała sprzężenia. Metodyka pomiarów – wpływ siły pola magnetycznego, krzywa całkowa itd. Spektroskopia 1H NMR: przesunięcia chemiczne, liczba sygnałów na widmie, struktury multipletowe sygnałów. Zastosowania spektroskopii 1H NMR w analizie związków organicznych. Widmo 1H NMR a wiązanie wodorowe, wpływ efektów dynamicznych na widmo 1H NMR. Spektroskopia 13C NMR: podstawy, odsprzęganie protonów, przesunięcia chemiczne, liczba sygnałów na widmie, przykłady widm. Widma off-resonance i DEPT. Spektroskopia elektronowa. Przejścia elektronowe w atomach i cząsteczkach – reguły wyboru. Metodyka pomiarów. Widma elektronowe prostych cząsteczek. Zastosowania spektroskopii elektronowej w analizie związków organicznych: chromofory, auksochromy. Przykłady widm związków z grupami: C=C, C=O, OH, NO2 itp. Luminescencja. Wykorzystanie spektroskopii elektronowej w analizie ilościowej – przykłady. Spektrometria masowa. Fizyczne podstawy metody. Wybrane metody jonizacji badanych substancji (EI, CI, SIMS, FD, FAB, MALDI i inne). Wybrane analizatory (analizator magnetyczny, kwadrupolowy, czasu przelotu, pułapka jonowa). Metodyka pomiarów. Drogi fragmentacji jonów. Widma masowe niektórych grup związków chemicznych. Zastosowanie spektrometrii masowej (wyznaczanie masy cząsteczkowej i wzoru sumarycznego badanego związku). Inne metody spektralne. Widma rotacyjne, widma EPR i inne. Laboratorium obejmuje następujące zagadnienia: Podstawy spektroskopii molekularnej – podstawowe stałe fizyczne, pole elektryczne i magnetyczne; promieniowanie elektromagnetyczne; podstawowe jednostki stosowane w spektroskopii i ich przeliczanie; formy energii cząsteczek i ich kwantyzacja; widmo: definicja, powstawanie, podział widm, prawdopodobieństwa przejść spektralnych, reguły wyboru; poszerzenie pasm spektralnych, tło, szum i intensywność integralna. Podstawy modelowania struktury cząsteczki – numeryczna minimalizacja funkcji – przykłady; przegląd typowych pakietów do obliczeń kwantowochemicznych; przykłady optymalizacji geometrii cząsteczki na poziomach MM i półempirycznych; geometrie obliczone vs. eksperymentalne; korelacje między strukturą cząsteczki a jej parametrami geometrycznymi. Spektroskopia oscylacyjna – cząsteczki dwuatomowe: krzywa energii potencjalnej, równowagowa długość wiązania, granica i energia dysocjacji; cząsteczki wieloatomowe: współrzędne wewnętrzne, (hiper)powierzchnia energii potencjalnej, geometria równowagowa cząsteczki; jednowymiarowy oscylator harmoniczny, ujęcie klasyczne i kwantowe; widmo oscylacyjne cząsteczki w przybliżeniu harmonicznym (stała siłowa, reguły wyboru); anharmoniczność i jej wpływ na widmo oscylacyjne (reguły wyboru) cząsteczki wieloatomowe: oscylacyjne stopnie swobody, drgania normalne i grupowe; podstawy spektroskopii IR: drgania aktywne i nieaktywne w podczerwieni; podstawy spektroskopii Ramana: drgania aktywne i nieaktywne; typy przejść w spektroskopii oscylacyjnej; układy jedno- i dwuwiązkowe, techniki CW i FT; spektrometr IR; spektrometr Ramana; rejestracja widm oscylacyjnych próbek stałych, ciekłych i gazowych; interpretacja widm oscylacyjnych: podstawowe zakresy na widmie oscylacyjnym, drgania grupowe dla podstawowych klas związków organicznych (nazwy, notacja), tabele korelacyjne, wpływ wiązania wodorowego na widmo oscylacyjne, drgania rozciągające grupy karbonylowej: wpływ efektu indukcyjnego i mezomerycznego na położenie pasma, określanie charakteru związku chemicznego i, jeśli to możliwe, jego struktury na podstawie widm oscylacyjnych (różnorodne ćwiczenia); komplementarność technik IR i Ramana (różnorodne ćwiczenia). Spektroskopia NMR – pole magnetyczne; spin jądra: kwantyzacja, liczby kwantowe I oraz MI; moment magnetyczny jądra, współczynnik magnetogiryczny; istota jądrowego rezonansu magnetycznego, częstość Larmora; ekranowanie jąder: mechanizmy ekranowania, stała ekranowania, równocenność chemiczna jąder; przesunięcie chemiczne, wzorce wewnętrzne; widm NMR cząsteczki (informacje odczytywane i ich znaczenie); spektrometr NMR; metodologia pomiarów: wpływ wartości indukcji na widmo, całkowanie sygnały i inne aspekty; sprzężenie spinowo-spinowe, multiplety; spektroskopia 1H NMR: podstawy: zalety i wady, widmo 1H NMR i jego składowe, gęstość elektronowa i inne czynniki wpływające na przesunięcie chemiczne (efekt indukcyjny i mezomeryczny itd.), tabele korelacyjne, liczba sygnałów na widmie NMR: protony (grupy protonów) homo-, enancjo-, diastereo- i heterotopowe, wyznaczanie stałych sprzężenie spinowo-spinowego, równocenność magnetyczna jąder, rząd widma 1H NMR, konwencja Pople’a oznaczeń(np. AX, AB etc.), efekt daszkowy, wpływ efektów dynamicznych na kształt widma 1H NMR, sprzężenie wirtualne, wyznaczanie struktury związku chemicznego na podstawie widma 1H NMR (różnorodne ćwiczenia); spektroskopia 13C NMR: podstawy, odprzęganie protonów (intensywności integralne), liczba sygnałów na widmie 13C NMR vs. symetria cząsteczki, ekranowanie jąder 13C, tabele korelacyjne, wyznaczanie struktury związku chemicznego na podstawie widma 13C NMR (różnorodne ćwiczenia). Spektroskopia elektronowa – teoria orbitali molekularnych – powtórka; spektrometry i metodologia; typy przejść elektronowych, reguły wyboru; chromofory (różnorodne ćwiczenia dotyczące intuicyjnego wyznaczania długości fal, które mogą być absorbowane przez różne cząsteczki); fluorescencja i fosforescencja; różnorodne ćwiczenia nad zastosowaniem spektroskopii elektronowej w analizie ilościowej. Spektrometria masowa – techniki jonizacji (EI, CI, FAB, FD, MALDI, SIMS itd.); dwusektorowy spektrometr (analizator) masowy; inne typy analizatorów (kwadrupolowy, pułapka jonowa, analizator czasu przelotu); proces fragmentacji (istota, przykłady, fragmentacja różnych klas związków organicznych, typowe przegrupowania); widmo masowe – typy pików (jonów); względne intensywności pików izotopowych na widmie masowym, wyznaczanie i wykorzystanie; wykorzystanie spektrometrii masowej do określania masy cząsteczkowej związku chemicznego i jego wzoru sumarycznego, regułą azotu; wyznaczanie struktury związku chemicznego na podstawie widma masowego (różnorodne ćwiczenia). Wyznaczanie struktury związku chemicznego na podstawie kompletu widm IR, NMR i masowego – różnorodne ćwiczenia. |
Literatura: |
Atkins P. W., Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 2001. Borowski P., Wybrane zagadnienia spektroskopii molekularnej, Wydawnictwo UMCS, Lublin 2005. Kęcki Z., Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN, Warszawa 1998. Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, (red. Zieliński W., Rajca A.), WNT, Warszawa 2000. Sadlej J., Spektroskopia molekularna, WNT, Warszawa 2002. Silverstein R. M., Webster F. X., Kiemle D. J., Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, PWN, Warszawa 2007. Udostępnione materiały wykładowe. Powyższa literatura jest dostępna w bibliotece wydziałowej. |
Efekty uczenia się: |
Na podstawie Uchwały Nr XXIII – 16.9/14 Senatu Uniwersytetu Marii Curie – Skłodowskiej w Lublinie z dnia 23 kwietnia 2014 r. dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2015/2016, 2016/2017 WIEDZA W1. Zna zasady planowania i przeprowadzania eksperymentów spektroskopowych – K_W07 W2. Zna podstawowe aspekty budowy i działania aparatury spektroskopowej – K_W08 UMIEJĘTNOŚCI U1. Potrafi wykorzystywać do formułowania i rozwiązywania zadań i problemów inżynierskich metody spektroskopowe – K_U5 U2. Posiada umiejętność interpretacji uzyskanych wyników spektroskopowych i wyciągania wniosków – K_U10 KOMPETENCJE SPOŁECZNE K1. Potrafi pracować w grupie wykonującej ćwiczenia laboratoryjne – K_K04 K2. Rozumie potrzebę podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych – K_K02 Na podstawie Uchwały Nr XXIV – 7.8/17 Senatu Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie z dnia 31 maja 2017 r. dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2017/2018, 2018/2019 WIEDZA W1. Zna zasady planowania i przeprowadzania eksperymentów spektroskopowych - K_W09 W2. Zna podstawowe aspekty budowy i działania aparatury spektroskopowej - K_W10 UMIEJĘTNOŚCI U1. Potrafi wykorzystywać do formułowania i rozwiązywania zadań i problemów inżynierskich metody spektroskopowe - K_U05 KOMPETENCJE SPOŁECZNE K1. Potrafi pracować w grupie wykonującej ćwiczenia - K_K04 K2. Rozumie potrzebę podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych - K_K07 |
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie.