Molecular Spectroscopy I - NBCM086

• Title: Molekulární spektroskopie I
• Guaranteed by: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2003 to 2016
• Semester: winter
• E-Credits: 3
• Hours per week, examination: winter s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: prof. RNDr. Jan Hála, DrSc.
• Classification: Physics > Biophysics and Chemical Physics

Annotation

English

Last update: G_F (20.05.2002)

Main spectroscopic methods. Atomic and molecular spectra, electronic, vibrational and rotational spectra.

Czech

Last update: G_F (20.05.2002)

Přehled hlavních spektroskopických metod. Atomová a molekulární spektra, NMR, NQR, ESR, Mossbauerova a mikrovlnná spektroskopie. Elektronová spektroskopie organických molekul. Aplikované teoretické závěry. Vlastnosti a deaktivace excitovaných stavů.

Literature

Last update: prof. RNDr. Jan Hála, DrSc. (13.10.2017)

M. Horák, D. Papoušek: INFRAČERVENÁ SPEKTRA A STRUKTURA MOLEKUL, Academia 1976 Praha

D. Papoušek, M.R. Aliev: MOLECULAR VIBRATIONAL - ROTATIONAL SPECTRA, Academia 1982

Praha M. Nepraš, M. Titz: ZÁKLADY TEORIE ELEKTRONOVÝCH SPEKTER, SNTL 1983 Praha

V. Prosser a kol. EXPERIMENTÁLNÍ METODY BIOFYZIKY, Academia 1989 Praha

K.N. Solovyev, L.L. Gladkov, A.S. Staruchin, S.F. Shkirman: SPEKTROSKOPIJA PORFIRINOV: KOLEBATĚLNYJE SOSTOJANIJA, Nauka i Technika, Minsk 1985 (vybrané kapitoly)

J. Hála: NÍZKOTEPLOTNÍ OPTICKÁ SPEKTROSKOPIE CHLOROFYLU A JEMU PODOBNÝCH MOLEKUL, Academia 1989 Prahaektronová čára a fononový pás, site distributivní funkce, případ Špolského spekter, site selektivní spektra, vibračně nerozlišená spektra, rezonanční případ. Nízkoteplotní spektroskopické experimentální zařízení, využití při vibrační analýze, frekvence normálních vibrací. Srovnání s metodami 2) a 3).

13. Relaxační procesy a homogenní šířka optického přechodu.
Interakce molekuly v matrici s koherentním laserovým zářením, fázová relaxace, matice hustoty, příčná a podélná relaxační doba, Rabiho frekvence, vztah mezi homogenní šířkou a relaxačními dobami. Přehled experimentálních metod určujících relaxační doby.

14. Časově rozlišená spektroskopie (ns, ps, fs).
Základy generace velmi krátkých světelných pulsů, metody lineární chronoskopie, metody excitujícího a sondujícího pulsu, optická uzávěrka, nelineární korelace. Využití při studiu přenosu energie a transportu náboje.

15. Vypalování spektrální díry (hole burning).
Podstata vzniku spektrální díry, persistentní a transientní díry, fotochemický a fotofyzikální mechanismus, relace mezi šířkou díry a homogenní šířkou optického přechodu, teplotní intenzitní a expoziční závislosti, elektron-fononová interakce. Experimentální zařízení. Využití při studium rychlých procesů. Efekty vnějších polí. Princip hole burning optických pamětí využívaných v molekulární elektronice .

16. Fotonové echo.
Feynman- Vernon- Hellwarth representace, analogie s NMR, dvou a tří pulsní echa, určování relaxačních dob. Využití při studiu rychlých procesů v biofyzice a chemické fyzice.

M. Horák, D. Papoušek: INFRAČERVENÁ SPEKTRA A STRUKTURA MOLEKUL, Academia 1976 Praha

D. Papoušek, M.R. Aliev: MOLECULAR VIBRATIONAL - ROTATIONAL SPECTRA, Academia 1982

Praha M. Nepraš, M. Titz: ZÁKLADY TEORIE ELEKTRONOVÝCH SPEKTER, SNTL 1983 Praha

V. Prosser a kol. EXPERIMENTÁLNÍ METODY BIOFYZIKY, Academia 1989 Praha

K.N. Solovyev, L.L. Gladkov, A.S. Staruchin, S.F. Shkirman: SPEKTROSKOPIJA PORFIRINOV: KOLEBATĚLNYJE SOSTOJANIJA, Nauka i Technika, Minsk 1985 (vybrané kapitoly)

J. Hála: NÍZKOTEPLOTNÍ OPTICKÁ SPEKTROSKOPIE CHLOROFYLU A JEMU PODOBNÝCH MOLEKUL, Academia 1989 Praha

Syllabus

English

Last update: prof. RNDr. Jan Hála, DrSc. (13.10.2017)

Main spectroscopic methods. Atomic and molecular spectra, electronic, vibrational and rotational spectra.

Czech

Last update: prof. RNDr. Jan Hála, DrSc. (13.10.2017)

1. Přehled spektroskopických metod.
Rozdělení záření podle vlnové délky, charakterizace zkoumaných energetických přechodů.

2. Mössbauerova spektroskopie.
Mössbauerův efekt, experimentální zařízení, dosažitelné rozlišení, tvar spektra, hyperjemná interakce, aplikace v chemické fyzice a biofyzice.

3. Fotoelektronová spektroskopie.
Princip (X-ray) ESCA a (UV) molekulární fotoelektronové spektroskopie, spektrometr, aplikace pro studium povrchů, chemický posuv.

4. Hmotnostní spektroskopie.
Princip, iontový zdroj, typy spektrometrů, využití v chemické fyzice a biofyzice.

5. Atomová spektra.
Vznik a značení spektrálních čar, výběrová pravidla, jedno- a více-elektronová spektra, plaménková a plasmová atomová emisní spektra, atomová absorpční a fluorescenční spektra, přesnost a využití.

6. Molekulární spektra.
Jablonského diagram, absorpce, vibrační relaxace, vnitřní konverze, intersystem crossing, fosforescence, zpožděná fluorescence, experimentální metody a zařízení, aplikace pro složité molekuly. Efekty v polarizovaném světle, lineární dichroismus, fotoselekce, časově rozlišená anizotropie. Optická aktivita, optická rotační disperze, cirkulární dichroismus, experimentální technika, interpretace výsledků.

7. Rozptyly.
Pružné (Rayleigh, Debye, Mie) a nepružné (Raman, Brillouin) rozptyly, klasický a kvantově mechanický přístup, vibrační studie dvou a víceatomových molekul, experimentální zařízení, aplikace v chemické fyzice a biofyzice.

8. Infračervená spektroskopie.
Klasická a kvantová teorie malých molekulárních vibrací, separace translace, vibrace a rotace, normální vibrace, symetrie, GF matice a její řešení, charakterističnost molekulárních vibrací, rotační spektra P, Q, R větev, výběrová pravidla pro vybrané molekuly, disperzní a FT spektrofotometr, interpretace spekter, srovnání s metodou Ramanova rozptylu.

9. Magnetická rezonance.
Spin-spinová a spin-mřížková interakce, Blochovy rovnice a jejich specielní řešení (stacionární, saturace, vybraná pulsní), experimentální technika, metody snímání spekter, cw EPR a pulsní NMR (FT) spektrometr, metody prostorového rozlišení, aplikace, chemický posuv, jemná interakce, analýza NMR spektra, EPR volných radikálů, interpretace multipletů ve spektru, tripletní stavy. Výsledky získané pro porfyriny a fotosyntetické systémy.

10. Vysoce rozlišená infračervená spektroskopie.
Výběrová pravidla, experimentální zařízení (disperzní a FT spektrometr), příprava vzorků (plyny, roztoky, pevná fáze). Využití při vibrační analýze, frekvence normálních vibrací porfyrinů a fotosyntetických systémů.

11. Vysoce rozlišená spektra.
Ramanova rozptylu Kvantově mechanický přístup, výběrová pravidla, rezonanční, povrchově zesílený,,... Ramanův rozptyl, CARS,... Experimentální zařízení (spektrální rozlišení + vysoká citlivost).

12. Vibračně rozlišená Špolského a site selektivní spektroskopie.
Krystalické a molekulární vibrace, model příměsového centra, elektron-fononová interakce, čistě elektronová čára a fononový pás, site distributivní funkce, případ Špolského spekter, site selektivní spektra, vibračně nerozlišená spektra, rezonanční případ. Nízkoteplotní spektroskopické experimentální zařízení, využití při vibrační analýze, frekvence normálních vibrací. Srovnání s metodami 2) a 3).

13. Relaxační procesy a homogenní šířka optického přechodu.
Interakce molekuly v matrici s koherentním laserovým zářením, fázová relaxace, matice hustoty, příčná a podélná relaxační doba, Rabiho frekvence, vztah mezi homogenní šířkou a relaxačními dobami. Přehled experimentálních metod určujících relaxační doby.

14. Časově rozlišená spektroskopie (ns, ps, fs).
Základy generace velmi krátkých světelných pulsů, metody lineární chronoskopie, metody excitujícího a sondujícího pulsu, optická uzávěrka, nelineární korelace. Využití při studiu přenosu energie a transportu náboje.

15. Vypalování spektrální díry (hole burning).
Podstata vzniku spektrální díry, persistentní a transientní díry, fotochemický a fotofyzikální mechanismus, relace mezi šířkou díry a homogenní šířkou optického přechodu, teplotní intenzitní a expoziční závislosti, elektron-fononová interakce. Experimentální zařízení. Využití při studium rychlých procesů. Efekty vnějších polí. Princip hole burning optických pamětí využívaných v molekulární elektronice .

16. Fotonové echo.
Feynman- Vernon- Hellwarth representace, analogie s NMR, dvou a tří pulsní echa, určování relaxačních dob. Využití při studiu rychlých procesů v biofyzice a chemické fyzice.