Салецкий Александр Михайлович
«Оптические методы исследования молекулярных систем»
Описание курса:
Целью курса является изучение основных закономерностей взаимодействия света с сложными молекулярными и биологическими системами, анализ возможностей комплексного использования оптических и спектроскопических методов для установления физических параметров молекулярных, биологических структур и конденсированных сред.
Задачи дисциплины: получение фундаментальных знаний в области молекулярной оптики; углубление представлений о физике процессов поглощения, излучения и рассеяния света; ознакомление с экспериментальные методами исследования сложных молекулярных систем, в том числе наносистем и наноструктур; формирование практических навыков по исследованию оптических свойств конденсированных сред; ознакомление с современными достижениями молекулярной оптики и лазерной спектроскопии в исследованиях свойств молекулярных и биологических структур и конденсированных сред.
План курса:
Лекция 1.
Предмет и метод молекулярной оптики. Взаимодействие света с веществом. Законы поглощения света веществом. Молекулярная спектроскопия, принцип получения информации о молекулярных и биологических системах. Взаимодействие квантов с атомами и молекулами, условие частот Бора. Дипольное приближение, дипольный момент перехода.
Лекция 2.
Электронная спектроскопия. Спектроскопия в видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях Вероятности переходов между электронно-колебательно-вращательными состояниями. Принцип Франка-Кондона. Определение энергии диссоциации и других молекулярных постоянных.
Лекция 3.
Абсорбционная спектроскопия в видимой и УФ областях как метод исследования электронных спектров многоатомных молекул. Характеристики электронных состояний многоатомных молекул: энергия, волновые функции, мультиплетность. Применение электронной спектроскопии для целей качественного и количественного анализа. Идентификация веществ.
Лекция 4.
Закон Люмера- Ламберта-Бера. Оптическая плотность, пропускание, поглощение. Принципиальные схемы приборов: фотоколориметра, однолучевого и двулучевого спектрофотометра. Условия постоянства молярного коэффициента поглощения вещества. Выбор условий проведения анализа для минимизации химических и приборных отклонений.
Лекция 5.
Производная абсорбционная молекулярная спектроскопия. Использование производных спектров для идентификации, структурного анализа
Лекция 6.
Переходы между электронными уровнями молекул при поглощении и излучении квантов, пути растраты энергии. Люминесценция. Флуоресценция и фосфоресценция. Их характеристики.
Лекция 7.
Практические аспекты оптических измерений. Установки. Требования к источникам света, монохроматорам, светофильтрам и фотоприемникам. Измерение спектров поглощения, флуоресценции и возбуждения.
Лекция 8.
Рассеяние света. Молекулярное рассеяние света на флуктуациях плотности. Рассеяние света на флуктуациях анизотропии и поляризация света. Релеевское и Ми рассеяния света. Статическое и динамическое рассеяние света. Методы изучения и применение. Рассеяние света на упругих волнах. Тонкая структура релеевской линии. Рассеяние Мандельштама – Брюллиэна.
Лекция 9.
Люминесценция и её основные закономерности. Взаимодействие света с веществом. Энергетические уровни молекул. Виды люминесценции и их классификация. Электронные переходы и их интенсивность. Спектры поглощения, возбуждения и флуоресценции.
Лекция 10.
Спектральные закономерности молекулярной люминесценции. Квазилинейчатые спектры поглощения и люминесценции. Выход люминесценции. Антистоксовая люминесценция. Флуоресценция из высших возбужденных состояний.
Лекция 11.
Поляризованная люминесценция. Поляризация люминесценции и ее свойства. Осцилляторная модель поляризованной люминесценции изотропных сред. Дихроизм поглощения и поляризация люминесценции ориентированных молекулярных систем.
Лекция 12.
Законы затухания люминесценции. Длительность люминесценции. Кинетика затухания анизотропии излучения. Мгновенные спектры люминесценции. Длительные процессы свечения. Условие возникновения фосфоресценции. Замедленная флуоресценция. Поляризация длительного свечения органических молекул.
Лекция 13.
Влияние внутримолекулярных и межмолекулярных взаимодействий на оптические свойства люминесцирующих молекул. Влияние растворителя на электронные спектры органических веществ. Неоднородное уширение спектров в растворах органических молекул. Динамическое и статическое тушения люминесценции. Влияние молекулярной ассоциации на оптические свойства люминесцирующих растворов. Температурное тушение флуоресценции.
Лекция 14.
Измерения времени затухания флуоресценции. Методы измерения времени затухания флуоресценции в наносекундном диапазоне. Методы измерения времени затухания флуоресценции с пикосекундным разрешением.
Лекция 15.
Колебательная спектроскопия. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР). Природа явления. Стоксовы и антистоксовы линии КР. Определение геометрических параметров неполярных молекул. Классическая задача о колебаниях многоатомных молекул. Частоты и формы нормальных колебаний молекул. Силовые постоянные. Учет симметрии молекулы. Аппаратура для получения спектров КРС. Интенсивность полос в спектрах КРС.
Лекция 16.
Колебательная спектроскопия. Инфракрасные спектры. Источники и приемники ИК излучения. Материалы, используемые в ИК-области спектра. Характеристичность частот в колебательных спектрах молекул. Область функциональных групп и область «отпечатков пальцев». Применение ИК-спектров для идентификации органических соединений.
