Sylabus - Wydział Fizyki

Sylabus
WYDZIAŁ FIZYKI
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Instytut Fizyki
Zakład Fizyki Medycznej
Stopień/tytuł naukowy
Imię
Nazwisko
Prof. dr hab.
Bolesław
Nogaj
Kierunek studiów
Specjalność
Studia Doktoranckie
Fizyka Ogólna (raczej
Doświadczalna)
Nanotechnologia
Fizyka Medyczna
Biofizyka Molekularna
Nazwa przedmiotu
Rodzaj zajęć
Spektroskopia rezonansów magnetycznych
Wykład monograficzny
Liczba godzin
Rok studiów/tryb dzienny
Semestr
30
zimowy
Punkty ECTS
Założenia i cele: Zapoznanie z teorią zjawisk rezonansów jądrowych (NMR i NQR),
rezonansu elektronowego (EPR) oraz rezonansów podwójnych; zapoznanie z
eksperymentalnymi metodami detekcji tych rezonansów; przedstawienie możliwości
zastosowania tych metod w badaniach naukowych i w praktyce; przygotowanie Doktorantów
do podjęcia zadań naukowych w ramach Studiów Doktoranckich.
Tematyka zajęć (słowa kluczowe)/ Odsetek czasu zajęć
1. Elektryczne i magnetyczne właściwości jąder i elektronów: momenty pędu jąder
i
elektronów, dipolowe momenty magnetyczne jąder i elektronów, elektryczne momenty
kwadrupolowe jąder.
5%
2. Molekuła i zbiór molekuł (kryształ): oddziaływania międzyatomowe i międzymolekularne,
rodzaje wiązań międzyatomowych i międzymolekularnych, efekty elektronowe w molekule,
dynamika molekuł i sieci krystalicznej.
5%
3. Podstawy spektroskopii molekularnej: widmo i linie rezonansowe oraz ich parametry. 5 %
4. Jądrowy rezonans magnetyczny (NMR): energia jądrowego momentu magnetycznego w
polu magnetycznym, paramagnetyzm jądrowy, równania Blocha, magnetyzacja w układzie
wirującym, wytłumaczenie procesu relaksacji za pomocą przejść kwantowych, temperatura
spinowa, wpływ ruchów molekularnych na relaksację, mechanizmy magnetycznej relaksacji
jądrowej, indukcja swobodna i echo spinowe, czasy relaksacji jądrowej, kształt i szerokość
linii rezonansowych, ekranowanie jąder, przesunięcie chemiczne, sprzężenie spinowospinowe, eksperymentalne metody obserwacji widm NMR i pomiaru czasów relaksacji,
sposoby zwiększenia zdolności rozdzielczej widm NMR w badaniach ciał stałych (rotacja
próbki pod kątem magicznym, sekwencje wieloimpulsowe).
30 %
5. Jądrowy rezonans kwadrupolowy (NQR): jądrowe oddziaływania kwadrupolowe, struktura
poziomów energetycznych i przejścia rezonansowe, jądrowa relaksacja kwadrupolowa,
wpływ ruchów molekularnych na widmo NQR, sygnał indukcji i echa w NQR, oddziaływania
kwadrupolowe w NMR, NQR w słabym polu magnetycznym, eksperymentalne metody
obserwacji widm NQR i pomiaru czasów relaksacji kwadrupolowej.
20 %
6. Elektronowy rezonans paramagnetyczny (EPR): teoria zjawiska EPR, rodzaje centrów
paramagnetycznych, hamiltonian spinowy, kształt linii rezonansowej, subtelna i nadsubtelna
struktura widm EPR, procesy relaksacji w EPR. metody obserwacji widm EPR.
15 %
7. Rezonanse podwójne: NMR-NQR, elektronowo-jądrowy (ENDOR).
5%
8. Zastosowanie rezonansów magnetycznych w nauce i w praktyce: w badaniach struktury
elektronowej molekuł i układów molekularnych, efektów elektronowych (indukcyjnych,
sprzężeniowych), struktury krystalicznej i jej defektów, dynamiki molekularnej, przejść
fazowych. Zastosowanie spektroskopii NQR w farmacji: badanie korelacji pomiędzy
rozkładem gęstości elektronowej w molekule a jej aktywnością biologiczną, projektowanie
molekuł nowych leków. Zastosowanie spektroskopii NQR do wykrywania materiałów
wybuchowych i narkotyków w bagażu z przeznaczeniem dla portów lotniczych oraz do
wykrywania min niemetalicznych, niemożliwych do wykrycia innymi metodami.
Zastosowanie spektroskopii NMR w medycynie, tomografia NMR.
15%
Sposoby oceny pracy studenta
Udział w ocenie
końcowej
ocena ciągła (bieżące przygotowanie do zajęć i aktywność)
śródsemestralne kolokwia pisemne/ustne
końcowe zaliczenie pisemne/ustne
egzamin pisemny
60 %
egzamin ustny
30 %
kontrola obecności
10 %
Praca końcowa semestralna/roczna
inne:
Literatura obowiązkowa
1. Z. Kęcki, Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN, Warszawa, 1992.
2. P. Borowski, Wybrane zagadnienia spektroskopii molekularnej, Wydawnictwo UMCS, Lublin.
3. J. Sadlej, Spektroskopia molekularna, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2002.
4. Roy Mc Weeny, Coulsona wiązania chemiczne, PWN, Warszawa 1987.
5. J. Stankowski, W. Hilczer, Wstęp do spektroskopii rezonansów magnetycznych, PWN, Warszawa,
2005.
6. J. W. Hennel, J. Klinowski, Podstawy magnetycznego rezonansu jądrowego, Wydawnictwo
Naukowe UAM, Poznań, 2000.
7. H. Gunter, Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego, PWN, Warszawa 1983.
8. A. Ejchart, A. Gryff-Keller, NMR w cieczach. Zarys teorii i metodologii, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2004.
9. K. H. Hauser, H. R. Kalbitzer, NMR w biologii i medycynie, Wydawnictwo Naukowe UAM,
Poznań 1993.
10. A.Z. Hrynkiewicz, E. Rokita (Redaktorzy), Fizyczne metody badań w biologii, medycynie i
ochronie środowiska, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.
11. W. Zieliński, A. Rajca (Redaktorzy), Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji
związków organicznych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2000.
12. W. Przygocki, Metody fizyczne badań polimerów, PWN, Warszawa 1990.
13. B. Gonet, Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe. Zasady fizyczne i możliwości diagnostyczne,
Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 1997.
14. S.K.Hoffmann, Postępy fizyki, 23(1), 7-24 (1972) (część I).
15. S.K.Hoffmann, Postępy fizyki, 23(2), 125-141 (1972) (część II).
16. C. Bobrowski, K. Drozdowicz, E. Krynicka-Flasza, Postępy fizyki, 23(2), 143-156 (1972).
17. M. Maćkowiak, w: Postępy Fizyki Molekularnej, tom1, J. Stankowski (Red.), PWN, Warszawa –
Poznań 1984, s. 17 – 80 (część I).
18. M. Maćkowiak, w: Postępy Fizyki Molekularnej, tom1, J. Stankowski (Red.), PWN, Warszawa –
Poznań 1984, s. 81 – 116 (część II).
19. M. Symons, Spektroskopia EPR w chemii i biochemii, PWN, Warszawa 1987.
Literatura dodatkowa
1. A. Abragam, The Principles of Nuclear Magnetism, Clarendon Press, Oxford 1961.
2. T. C. Farrar, E.D. Becker, Pulse and Fourier Transform NMR. Introduction in Theory and
Methods, Academic Press, New York 1971.
3. E. Fukushima, S.B.W.Roeder, Experimental Pulse NMR. A Nuts and Bolts Approach, AddisonWesley Publishing Co, Inc., Reading 1981.
4. C.P.Poole, H. Farach, Theory of Magnetic Resonance, Wiley, New York 1987.
5. J.K.M. Sanders, B.K.Hunter, Modern NMR Spectroscopy. A Guide for Chemists, Oxford
University Press, Oxford 1987.
6. H.G. Hecht, Magnetic Resonance Spectroscopy, Wiley, New York 1967.
7. C.P. Slichter, Principles of Magnetic Resonance, Springer Verlag, Berlin 1980.
8. T.P. Das, E.L. Hahn, Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy, Solid State Physics,
Academic, New York, 1958, Suppl. No.1, pp 1-223.
9. E.A.C. Lucken, Nuclear Quadrupole Coupling Constants, Academic, London 1969.
10. G.K. Semin, T.A.Babushkina, G.G. Yakobson, Primeneniye Yadernovo Kvadrupolnovo
Rezonansa w Khimii, Khimiya, Leningrad 1972 (Tables of NQR frequencies).
11. J.A.S. Smith (Ed.), Advances in Nuclear Quadrupole Resonance, Heyden, London 1974, Vol.1;
1975, Vol. 2; 1978, Vol.3; 1980, vol.4; 1983,vol.5.
12.V.S. Grechishkin, Yadernye kvadrupolnye vzaimodeistvija v tverdykh telah, Nauka, Moskva
1973.
13. Ju.A. Buslaev, L. Kolditz, E.A. Kravcenko, Nuclear Quadrupole Resonance in Inorganic
chemistry, Berlin 1987.