Konserwatorium ze Spektroskopii Molekularnej

Konwersatorium ze Spektroskopii Molekularnej III ROK
Tematy:
ƒ Teoria grup (dr M. Andrzejak)
ƒ Spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni (dr hab. E. Mikuli)
ƒ Absorpcyjna spektroskopia elektronowa (dr hab. A. Migdał-Mikuli)
ƒ Spektrometria mas (dr A. Kraj, mgr. A. Bierczyńska, mgr. T. Dyląg)
ƒ Spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (dr A. Adamski, dr K. Kruczała)
ƒ Spektroskopia jądrowego rezonansu magnetycznego (dr A. Kolasa)
ƒ Spektroskopia normalnego i rezonansowego efektu Ramana, (dr K. Małek)
1. Obecność studentów na zajęciach jest obowiązkowa (dopuszcza się jedną nieusprawiedliwioną obecność za
wyjątkiem zajęć z kolokwium). Usprawiedliwienie należy okazać K. Małek w ciągu tygodnia od dnia zakończenia
zwolnienia lekarskiego.
2. Obecność na wszystkich kolokwiach obowiązkowa. W przypadku usprawiedliwionej nieobecności należy napisać
kolokwium (nie więcej niż dwa) w terminach dodatkowych w trakcie trwania semestru zimowego (patrz rozkład
zajęć). Nieusprawiedliwiona obecność na kolokwium oznacza brak zaliczenia z konwersatorium.
3. Nie istnieje możliwość pisania poprawy kolokwium.
4. Stwierdzenie niesamodzielności i nierzetelności w trakcie pisania kolokwium uniemożliwia uzyskania zaliczenia z
konwersatorium.
5. Jeden temat konwersatoryjny prowadzony jest przez 3 zajęcia z jedną grupą.
6. Każda grupa zalicza konwersatoria u prowadzącego, bezpośrednio po zakończeniu danego tematu (na trzecich
zajęciach). Zaliczenie powinno być w formie pisemnej, punktacja 0-10 pkt. Wyniki z zaliczeń będą wywieszane na
tablicy informacyjnej obok p. 158.
7. Zaliczenie końcowe będzie średnią zaliczeń z 7 tematów konwersatoryjnych.
8. Końcowa ocena z zaliczenia będzie wystawiana na podstawie następującego przeliczenia:
10.0 – 9.2 pkt bdb
9.1 – 8.4 pkt db+
8.3 – 7.6 pkt db
7.5 – 6.8 pkt dst+
6.7 – 6.0 pkt dst
poniżej 5.9 pkt ndst
9. W przypadku nie otrzymania zaliczenia z przedmiotu Konwersatorium ze Spektroskopii Molekularnej w pierwszym
terminie studenci będą mogli ubiegać się o zaliczenie w sesji poprawkowej. Studenci, którzy nie zaliczą
konwersatorium nie mogą przystąpić do ćwiczeń laboratoryjnych ze Spektroskopii Molekularnej.
Konwersatorium ze Spektroskopii Molekularnej
Semestr zimowy 2004/2005
Data
11 X
12 X
18 X
19 X
25 X
26 X
8 XI
9 XI
15 XI
16 XI
22 XI
23 XI
29 XI
30 XI
6 XII
7 XII
13 XII
14 XII
3I
4I
10 I
11 I
17 I
18 I
24 I
25 I
TG
IR
UV-VIS
MS
EPR
NMR
NR i RR
A1
A2
A3
B1
B2
B3
C1
A1
A2
A3
B1
B2
B3
C1
A1
A2
A3
B1
B2
B3
C1
A2
A3
B1
B2
B3
C1
C2
A2
A3
B1
B2
B3
C1
C2
A2
A3
B1
B2
B3
C1
C2
A3
B1
B2
B3
C1
C2
A1
A3
B1
B2
B3
C1
C2
A1
A3
B1
B2
B3
C1
C2
A1
B1
B2
B3
C1
C2
A1
A2
B1
B2
B3
C1
C2
A1
A2
B1
B2
B3
C1
C2
A1
A2
B2
B3
C1
C2
A1
A2
A3
B2
B3
C1
C2
A1
A2
A3
B2
B3
C1
C2
A1
A2
A3
B3
C1
C2
A1
A2
A3
B1
B3
C1
C2
A1
A2
A3
B1
B3
C1
C2
A1
A2
A3
B1
C1
C2
A1
A2
A3
B1
B2
C1
C2
A1
A2
A3
B1
B2
C1
C2
A1
A2
A3
B1
B2
C2
A1
A2
A3
B1
B2
B3
C2
A1
A2
A3
B1
B2
B3
C2
A1
A2
A3
B1
B2
B3
TERMINY PISANIA KOLOKWIUM Z USPRAWIEDLIWIONĄ
NIEOBECNOŚCIĄ
TG -Teoria grup;
IR - Spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni;
UV-VIS – Absorpcyjna spektroskopia elektronowa;
MS - Spektrometria mas;
EPR – Spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego;
NMR - Spektroskopia jądrowego rezonansu magnetycznego;
NR i RR – Spektroskopia normalnego i rezonansowego efektu rozproszenia Ramana.
Terminy zajęć dla poszczególnych grup:
poniedziałek
wtorek
845-1015 s. 15
815-930 s. R14
A1
A2
815-945 s. R10
815-930 s. R10
15 45
A3
8 -9 s. R11
815-930 s. R6
B1
845-1015 s. R14 1000-1115 s. R10
B2
815-945 s. R6
1000-1115 s. R6
B3
845-1015 s. 115 1000-1115 s. R14
C1
830-1000 s. 321 1000-1115 s. 321
C2
830-1000 s. 200 1000-1115 s. R11
Wybrane zagadnienia z teorii grup i jej zastosowań
Prowadzący: dr Marcin Andrzejak
A. Podstawy.
1. Pojęcie grupy, podgrupy i klasy.
2. Elementy i operacje symetrii, grupy punktowe symetrii.
3. Reprezentacje grup; reprezentacje przywiedlne i nieprzywiedlne.
4. Małe twierdzenie o ortogonalności. Tabele charakterów.
5. Iloczyn prosty reprezentacji i jego rozkład.
B. Zastosowania:
1. Wyznaczanie grup punktowych cząsteczek, wyznaczanie klas w ramach grupy.
2. Określanie symetrii oscylacji molekularnych oraz ich aktywności w widmach w podczerwieni i widmach
ramanowskich – operator rzutowania i reguły wyboru.
3. Reguły wyboru dla przejść elektronowych. Symetria orbitali molekularnych. Wyznaczanie symetrii stanów
elektronowych.
4. Wstęp do teorii pola krystalicznego. Rozkład termu atomowego na reprezentacje w danej grupie symetrii.
Literatura:
Cotton F.A. Teoria grup. Zastosowania w chemii.
Eyring H., Walter J., Kimball G.E., Chemia kwantowa.
Spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni (IR)
Prowadzący: dr hab. Edward Mikuli
Konsultacje: p.120a, poniedziałek 1000-1100
1.
2.
3.
4.
5.
Podstawy spektroskopii:
a. natura promieniowania elektromagnetycznego – jego cechy i widmo; charakterystyka obszaru bliskiej,
średniej i dalekiej podczerwieni
b. absorpcja promieniowania elektromagnetycznego; prawdopodobieństwo absorpcji; moment przejścia
– reguły wyboru; prawa rządzące absorpcją
c. czynniki determinujące kształt, intensywność i szerokość pasma absorpcyjnego
d. formy energii molekuł; kwantowanie energii; obsadzenie poziomów energetycznych – rozkład
Maxwell-Boltzmanna.
Struktura widm absorpcyjnych molekuł dwuatomowych:
a. widmo rotacyjne
b. widmo oscylacyjne
c. widmo rotacyjno – oscylacyjne.
Zarys struktury widm absorpcyjnych molekuł wieloatomowych:
a. widmo rotacyjne
b. widmo oscylacyjne; drgania normalne; klasyfikacja drgań; zastosowanie teorii grup w określaniu
reguł wyboru.
Aparatura do rejestracji widm absorpcyjnych w podczerwieni:
a. spektrometry podczerwieni
b. spektrometry z transformacją Fouriera.
Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni do określenia struktury molekuł:
a. wyznaczenie odległości międzyjądrowych w molekułach dwuatomowych na podstawie widma
rotacyjnego i oscylacyjno-rotacyjnego
b. wyznaczenie struktury molekuł wieloatomowych z widma oscylacyjnego
c. przejawy oddziaływań wewnątrz i międzymolekularnych w widmach oscylacyjnych.
Literatura:
„Podstawy spektroskopii molekularnej” Z. Kęcki, PWN Warszawa 1992 (lub wydanie PWN Warszawa 1975)
„Fizyka Chemiczna – dynamika molekuł na tle różnych metod badawczych” pod red. J. Janik, PWN Warszawa
1989
Spektroskopia absorpcyjna UV-VIS
Prowadzący: dr hab. Anna Migdał-Mikuli
Konsultacje: p.120a, poniedziałek 1100-1200
1. Podstawy spektroskopii:
• natura promieniowania elektromagnetycznego
• formy energii molekuł
• prawdopodobieństwo absorpcji i emisji promieniowania
• parametry pasma spektralnego
• rodzaje spektroskopii.
2. Widmo elektronowe:
• charakterystyka stanów elektronowych
• energia stanów elektronowych
• oddziaływanie promieniowania ze stanami elektronowymi
• aparatura do rejestracji widm elektronowych
• metodyka spektroskopii obszaru widzialnego i nadfioletu.
3. Zastosowanie spektroskopii elektronowej:
• widmo elektronowe molekuł dwuatomowych
• przejścia wibronowe i zasada Francka-Condona
• widmo elektronowe molekuł wieloatomowych
• chromofory
• przejścia z przeniesieniem ładunku
• przejścia typu d-d
• przejawy oddziaływań wewnątrz i międzymolekularnych w widmie elektronowym.
4. Fluoroscencja i fosforoscencja:
• zanik wzbudzenia
• diagram Jabłońskiego
• reguła Stokesa.
Literatura:
„Podstawy spektroskopii molekularnej” Z. Kęcki, PWN Warszawa 1992 (lub wydanie PWN Warszawa 1975)
„Molekularna mechanika kwantowa” P.W. Atkins
„Fizyka Chemiczna – dynamika molekuł na tle różnych metod badawczych” pod red. J. Janik, PWN Warszawa
1989
Spektrometria masowa
Prowadzący: dr Agnieszka Kraj, mgr Anna Bierczyńska, mgr Tomasz Dyląg
Podstawowe pojęcia: dalton, rozdzielczość, czułość, kalibracja, optymalizacja, m/z, jon molekularny, jon
pseudomolekularny, jon macierzysty, pik podstawowy, masa monoizotopowa i uśredniona, widmo masowe,
chromatogram masowy.
Konwersatorium 1.
• Zastosowania spektrometrii masowej.
• Budowa i zasada działania spektrometru masowego.
• Metody jonizacji próbki (EI, CI, ICP, ESI, MALDI, DIOS).
• Analizatory (ITD, B, E, TOF, Q, ICR).
• Detektory.
Konwersatorium 2.
• Podstawy analizy widm masowych.
• Wielokrotna jonizacja.
• Analiza substancji wysokocząsteczkowych.
• Analiza polimerów.
• Rozdzielczość.
• Powstawanie adduktów.
• MS/MS i MSn.
Konwersatorium 3.
• HPLC-MS.
• GC-MS.
• Kolokwium.
Literatura:
E. de Hoffmann, J. Charette, V. Stroobant „Spektrometria mas”.
R. A.W. Johnstone, M. E. Rose „Spektrometria mas”.
Adam S. Płaziak „Spektrometria masowa związków organicznych”.
J.Silberring, R. Ekman (editor) „Mass spectrometry and hyphenated techniques in neuropeptide research”.
T. A.Lee „A beginner’s guide to mass spectral interpretation”.
Spektroskopia EPR
Prowadzący: dr Andrzej Adamski, p.35, tel. 2224
dr Krzysztof Kruczała, p.35, tel. 2224
konsultacje: poniedziałek 1100-1230
Tematyka konwersatorium
Podstawowe pojęcia i definicje
1.
Źródła magnetyzmu: momenty magnetyczne związane ze spinem elektronowym i jądrowym oraz
orbitalnym momentem pędu:
1.1.
sprzężenie spinowo – orbitalne, wypadkowe liczby kwantowe,
1.2.
wypadkowy moment pędu i moment magnetyczny, wzór Landègo.
Zjawisko rezonansu
2.
Oddziaływanie momentu magnetycznego z polem magnetycznym:
2.1.
rozszczepienie zeemanowskie, warunek rezonansu, reguły wyboru,
2.2.
postać i podstawowe parametry izotropowego widma EPR,
2.3.
procesy relaksacji.
Oddziaływania nadsubtelne
3.
Mechanizmy sprzężenia nadsubtelnego:
3.1.
oddziaływanie kontaktowe i dipolowe,
3.2.
polaryzacja spinowa,
3.3.
hamiltonian spinowy dla przypadku S = ½, I > 0.
Analiza typowych widm
4.
4.1.
4.2.
Widma izotropowe S = ½, I > 0:
oddziaływanie z jednym jądrem,
oddziaływanie z wieloma jądrami (równocennymi i nierównocennymi).
Literatura:
R. Kirmse & J. Stach Spektroskopia EPR zastosowania w chemii
M. Symons Spektroskopia EPR w chemii i biochemii
P. Atkins Chemia Fizyczna rozdz. 12,13,18
A. Gołębiewski Elementy Mechaniki i Chemii Kwantowej str. 42-47
część literatury dostępna jest w pokoju 35
Spektroskopia Magnetycznego Rezonansu Jądrowego
Prowadzący: dr Anna Kolasa
Konsultacje: p.325, poniedziałek 1145-1245
Plan konwersatorium:
1. Wprowadzenie podstawowych pojęć i omówienie fizycznych podstaw spektroskopii NMR (spin jądrowy,
rozszczepienie poziomów energetycznych w polu magnetycznym, absorpcja promieniowania przez jądro
umieszczone w polu magnetycznym, reguły wyboru spektroskopii NMR, obsadzenie spinowych poziomów
energetycznych, magnetyzacja)
2. Impulsowy eksperyment NMR (rotujący układ współrzędnych, zachowanie magnetyzacji pod wpływem
przyłożonego impulsu, FID, transformacja Fouriera)
3. Ekranowanie jądra i przesunięcie chemiczne (efekty diamagnetyczny i paramagnetyczny, anizotropia, efekt
międzyatomowych prądów diamagnetycznych)
4. Sprzężenie spinowo-spinowe (stałe sprzężenia bliskiego i dalekiego zasięgu, odsprzęganie spinów)
5. Procesy relaksacyjne (relaksacja spinowo-spinowa i spinowo-sieciowa, równania Blocha)
6. Jądrowy efekt Overhausera (NOE)
7. Aparatura NMR
8. Analiza widm NMR wysokiej zdolności rozdzielczej
9. Spektroskopia 1H NMR a spektroskopia NMR innych jąder (podobieństwa i różnice)
10. Zakres zastosowań spektroskopii NMR
Literatura:
H. Günther: Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego; PWN Warszawa 1983
P. W. Atkins: Podstawy Chemii Fizycznej; PWN Warszawa 2001
Praca zbiorowa pod redakcją W. Zielińskiego i A. Rajcy: Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do
identyfikacji związków organicznych; WNT Warszawa 1995, 2000
Praca zbiorowa pod redakcją J. Janikowej: Fizyka Chemiczna; PWN Warszawa 1989
A. Ejchart, L. Kozerski: Spektrometria Magnetycznego Rezonansu Jądrowego PWN Warszawa 1981, 1988
K. H. Hausser, J. R. Kalbitzer: NMR w Biologii i Medycynie; Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 1993
Spektroskopia normalnego i rezonansowego efektu Ramana (NR i RR)
Prowadzący: dr Kamilla Małek
Konsultacje: p.158, poniedziałek 1030-1130
1. Widma oscylacyjne:
• model oscylatora harmonicznego i enharmonicznego
• energia oscylacji molekuł
• częstość oscylacji a struktura molekuły
• efekt izotopowy.
2. Widma rotacyjne:
• molekuła jako rotator sztywny i niesztywny
• energia rotacji.
3. Zarys struktury widm molekuł wieloatomowych, wpływ symetrii molekuły na widmo, częstości
charakterystyczne.
4. Oddziaływanie promieniowania z oscylującymi molekułami. Klasyczna spektroskopia ramanowska
(NR):
• teoria polaryzowalności Placzka
• przejścia stokesowskie i antystokesowskie
• prawdopodobieństwo przejść
• polaryzowalność
• reguły wyboru
• współczynnik depolaryzacji.
6. Rezonansowa spektroskopia ramanowska (RR) na przykładzie żelazoporfiryn:
• Opis fizyczny procesu
• Współczynnik depolaryzacji linii RR.
7. Porównanie klasycznego i rezonansowego efektu ramanowskiego oraz fluorescencji, fosforescencji i
spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni (struktura oscylacyjna)
8. Aparatura pomiarowa:
• Zasada działania lasera, monochromatora, fotopowielacza
• Sposób przygotowania próbek do pomiarów
• Techniki pomiarowe
• Zalety i wady stosowanej aparatury, technik pomiarowych.
Literatura:
„Podstawy spektroskopii molekularnej” Z. Kęcki, PWN Warszawa 1992 (lub wydanie PWN Warszawa 1975)
„Spektroskopia Raman i IR” J. Twardowski, P. Anzenbacher, PWN Warszawa 1988
„Fizyka Chemiczna – dynamika molekuł na tle różnych metod badawczych” pod red. J. Janik, PWN Warszawa
1989