Kvantový popis NMR - NFPL179

• Anglický název: Quantum Description of NMR
• Zajišťuje: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2020
• Semestr: letní
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: letní s.:2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Vojtěch Chlan, Ph.D.; prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc.

Anotace

čeština

Poslední úprava: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D. (05.05.2019)

Elementární i pokročilé kvantově mechanické přístupy užívané k popisu jaderné magnetické rezonance a relaxace.

angličtina

Poslední úprava: T_KFNT (23.05.2003)

Elementary and advanced quantum mechanical treatment of description of nuclear magnetic resonance and relaxation.

Cíl předmětu

čeština

Poslední úprava: T_KFNT (11.04.2008)

Elementární i pokročilé kvantově mechanické přístupy užívané k popisu jaderné magnetické rezonance a relaxace.

angličtina

Poslední úprava: T_KFNT (11.04.2008)

Elementary and advanced quantum mechanical treatment of description of nuclear magnetic resonance and relaxation.

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Poslední úprava: prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc. (30.04.2020)

Předmět se zakončuje ústní zkouškou. Podmínkou pro připuštění ke zkoušce je získání zápočtu. Zápočet se uděluje za aktivní účast na cvičení a za vypracování zadaných domácích úkolů.

Je pravděpodobné, že se značná část zkoušek či zápočtů může konat distanční formou. Závisí to na vývoji aktuální situace a o jakékoli změně budete včas informováni.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Vojtěch Chlan, Ph.D. (26.05.2020)

Credit is awarded for active participation in exercises and for assigned homeworks. Obtaining the credit is a condition for admission to the exam. The course ends with an oral exam.

Literatura

čeština

Poslední úprava: prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc. (02.03.2010)

Literatura

C.P.Slichter, Principles of magnetic resonance, Springer 1990

M.Goldman, Quantum Description of High Resolution NMR in Liquids, Oxford Univ. Press 2002 ?

M.H.Levitt, Spin Dynamics, Wiley 2001

T.C.Farrar, J.E.Harriman, Density Matrix Theory and Its Applications in NMR Spectroscopy, The Farragut Press 1991

G.D.Mateescu, A.Valeriu, 2D NMR Density Matrix and Product Operator Treatment, A Solomon Press Book 1993

P.J.Hore, J.A.Jones, S.Wimperis, NMR:The Toolkit, Oxford Sci.Publ. 2000

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Vojtěch Chlan, Ph.D. (26.05.2020)

Literature

C.P.Slichter, Principles of magnetic resonance, Springer 1990

M.Goldman, Quantum Description of High Resolution NMR in Liquids, Oxford Univ. Press 2002 ?

M.H.Levitt, Spin Dynamics, Wiley 2001

T.C.Farrar, J.E.Harriman, Density Matrix Theory and Its Applications in NMR Spectroscopy, The Farragut Press 1991

G.D.Mateescu, A.Valeriu, 2D NMR Density Matrix and Product Operator Treatment, A Solomon Press Book 1993

P.J.Hore, J.A.Jones, S.Wimperis, NMR:The Toolkit, Oxford Sci.Publ. 2000

Požadavky ke zkoušce

čeština

Poslední úprava: prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc. (30.04.2020)

Zkouška je ústní, otázky jsou kladeny dle syllabu, požadavky odpovídají rozsahu výkladu. Zkouška může zahrnovat i prezentaci řešení zadaného problému.

Je pravděpodobné, že se značná část zkoušek či zápočtů může konat distanční formou. Závisí to na vývoji aktuální situace a o jakékoli změně budete včas informováni.

Zápočet je podmínkou ke zkoušce.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Vojtěch Chlan, Ph.D. (26.05.2020)

The exam is oral, the questions are asked according to the syllabus, the requirements correspond to the scope of the subject. The exam may also include a presentation of the solution to the problem. Credit is a condition for the exam.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: T_KFNT (29.01.2007)

1. Úvod
Jaderný spin a magnetický moment. Zeemanovské štěpení. Energetické hladiny, rezonanční přechody, Larmorova frekvence. Populace.

2. Vlastnosti spinových operátorů.
Komutační relace. Matice spinových operátorů. Operátory rotace. Příklady.

3. Přístup statistické kvantové mechaniky
Kvantový statistický soubor. Matice hustoty. Rovnice vývoje matice hustoty. Časový vývoj střední hodnoty měřené fyzikální veličiny. Matice hustoty v tepelné rovnováze. Popis zeemanovské interakce, vlivu radiofrekvenčního pole, chemického posunu, nepřímé vazby. Signál volné precese.

4. 2D spektroskopie
Metoda dvojí Fourierovy transformace. J- spektroskopie homo a heteronukleární. Korelační spektroskopie hetero-, homonukleární (COSY). Přenos polarizace, zesílení pro málo citlivá jádra.

5. Multikvantová koherence
Souvislost k-kvantové koherence a elementu matice hustoty. Metody přípravy multikvantové koherence, vývojová perioda, konverze, separování modů. Multikvantová filtrovaná COSY metoda..

6. Aplikace
Nepřímá interakce párů spinů 13C. INADEQUATE (1D, 2D verze). Kros-relaxační spektroskopie NOESY.

7. Úvod do formalismu součinových (produktových) operátorů
Základní operátory, popis vývoje.

8. Příklady a úlohy

angličtina

Poslední úprava: T_KFNT (23.05.2003)

1. Introduction
Nuclear spin and magnetic moment. Zeeman splitting. Energetic levels, resonant transitions, Larmor frequency. Population.

2. Properties of spin operators
Commutation relations. Matrices of spin operators. Rotation operators. Examples of manipulation of spin operators.

3. Quantum statistical mechanics treatment
Quantum statistic ensemble. Density matrix. Evolution equation for the density matrix. Time evolution of a mean value of a physical quantity. Density matrix at thermal equilibrium. Description of Zeeman interaction, effect of radiofrequency field, chemical shift, indirect coupling. Free precession signal.

4. 2D spectroscopy
Double Fourier transform method. J spectroscopy homo- and heteronuclear. Correlation spectroscopy hetero-, homonuclear (COSY). Polarisation transfer, enhanced spectroscopy of low sensitivity nuclei.

5. Multiple quantum coherence
Correspondence of k-quantum coherence to density matrix elements. Methods of production of mult-Q coherence, evolution period, conversion, observation with mode separation. Multiquantum filtered COSY.

6. Applications
Indirect interaction in 13C pair spins. INADEQUATE (1D, 2D versions). Cross-relaxation spectrometry NOESY.

7. Introduction to the product operator formalism
Basic product operators, evolution in the formalism.

8. Examples and exercises