Молекулярная люминесценция

Рабочая программа дисциплины
1. Молекулярная люминесценция.
2. Лектор:
Доктор физико-математических наук, профессор, Салецкий Александр Михайлович,
кафедра общей физики, sam@physics.msu.ru, 8-495-939-36-32.
3. Аннотация дисциплины.
Настоящий учебный курс представляет собой базовый элемент программы Фундаментальные дисциплины направления (специальности) "Физика" В рамках курса студенты должны
получить представление о современном состоянии исследований в области молекулярной
спектроскопии сложных молекулярных и биологических систем, в первую очередь люминесценции. В курсе излагаются физические основы процессов молекулярной люминесценции. Особое внимание уделяется современным методам исследования физики конденсированного состояния вещества. Подробно рассматриваются основные результаты изучения
межмолекулярных взаимодействий в конденсированных средах методами люминесцентной
спектроскопии.
Программа дисциплины включает 3 лабораторные работы, посвященные изучению основных
закономерностей молекулярной люминесценции. Магистранты знакомятся с современными
методиками и техникой флуоресцентных исследований. В лабораторных работах измеряется
флуоресцентные характеристики ряда конкретных молекулярных систем на примере красителей.
4. Цели освоения дисциплины.
Получить представление о физических механизмах взаимодействия света со сложными молекулами и спектроскопических методах исследования этих механизмов, применение люминесцентной спектроскопии для исследования растворов сложных органических веществ.
5. Задачи дисциплины.
Изучить механизмы взаимодействия света с веществом, основные закономерности молекулярной люминесценции, методы люминесцентной спектроскопии.
6. Компетенции.
7.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.
ПК-1, ОНК-1
7.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.
М-СПК, М-СПК-3, М-СПК-14.
7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины.
В результате освоения дисциплины студент должен
знать
- физические основы оптики сложных молекулярных систем, люминесценции и современные методы исследования взаимодействия излучения с веществом;
уметь
- самостоятельно методически обосновывать выбор методов и проводить люминесцентные
исследования для решении конкретных задач, направленных на изучение фотофизических и
фотохимических процессов;
владеть
- современными навыками обработки спектральной информации, полученной с помощью
люминесцентных методов исследования конденсированных сред;
иметь опыт деятельности
- по интерпретации экспериментальных результатов, полученных с применением спектрально-люминесцентных методов исследования сложных органических веществ.
Стр. 1 из 9
8. Содержание и структура дисциплины.
Вид работы
Общая трудоёмкость, акад. часов
Аудиторная работа:
Лекции, акад. часов
Семинары, акад. часов
Лабораторные работы, акад. часов
Самостоятельная работа, акад. часов
Вид итогового контроля (зачёт, зачёт с оценкой, экзамен)
Семестр
Магистратура,
семестр 1
108
36
18
18
72
экзамен
Всего
108
36
18
18
72
Стр. 2 из 9
N
раздела
Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий
Наименование
раздела
Лекции
1
2
3
Люминесценция и её 2 часа.
Взаимодействие света с веществом.
основные закономерности.
Энергетические уровни молекул.
Виды люминесценции и их классификация. Электронные переходы и
их интенсивность. Спектры поглощения, возбуждения и флуоресценции. Спектральные закономерности
молекулярной люминесценции.
Квазилинейчатые спектры поглощения и люминесценции. Выход люминесценции. Антистоксовая люминесценция. Флуоресценция из высших возбужденных состояний.
2 часа.
Поляризованная
люминесценция.
Поляризация люминесценции и ее
свойства. Осцилляторная модель
поляризованной люминесценции
изотропных сред. Дихроизм поглощения и поляризация люминесценции ориентированных молекулярных систем.
2 часа.
Законы затухания
Длительность
люминесценции.
люминесценции.
Кинетика затухания анизотропии
излучения. Мгновенные спектры
люминесценции. Длительные процессы свечения. Условие возникновения фосфоресценции. Замедленная флуоресценция. Поляризация
длительного свечения органических
молекул.
Аудиторная работа
Семинары
Самостоятельная работа
Форма
текущего
контроля
Лабораторные работы
4 часа
Освоение лекционного материала.
Работа с литературой по теме «Люминесценция и её основные закономерности».
4 часа.
Освоение лекционного материала.
Работа с литературой по теме «Поляризованная люминесценция».
ДЗ
КР
Р
Т
Об
ДЗ
КР
Р
Т
Об
4 часа.
Освоение лекционного материала.
Работа с литературой по теме «ЗакоЗ
ны затухания люминесценции».
КР
Р
Т
Об
Стр. 3 из 9
4
Влияние внутримолекулярных и межмолекулярных взаимодействий на оптические свойства люминесцирующих
молекул.
5
Аппаратура для исследования стационарной люминесценции.
6
7
8
Практические
аспекты
люминесцентных измерений.
Измерения
затухания
ценции.
времени
флуорес-
Измерения длительных процессов свечения
2 часа.
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. Перенос энергии
электронного возбуждения. Концентрационная деполяризация и концентрационное тушение люминесценции
2 часа.
Основные элементы установок для
измерения люминесцентных характеристики. Немонохроматические
источники возбуждения люминесценции. Светофильтры и монохроматоры. Приемники излучения.
Оптическая многоканальная регистрация спектров люминесценция.
2часа
Калибровка и коррекция люминесцентных измерении.. Выбор условий проведения люминесцентных
измерений. Методы измерения выхода люминесценции. Методы определения степени поляризации люминесценции. Автоматизация люминесцентных измерений.
2 часа.
Методы измерения времени затухания флуоресценции в наносекундном диапазоне. Методы измерения
времени затухания флуоресценции с
пикосекундным разрешением.
2 часа
Фосфоресцентная спектроскопия.
Метод импульсного фотолиза.
8 часов.
Освоение лекционного материала.
Работа с литературой по теме
«Влияние внутримолекулярных и
межмолекулярных взаимодействий
на оптические свойства люминесци- ДЗ
рующих молекул».
КР
Р
Т
Об
4 часа.
Освоение лекционного материала.
ДЗ
Работа с литературой по теме
КР
«Аппаратура для исследования
стационарной люминесценциии».
Р
Т
Об
4 часа.
Освоение лекционного материала.
ДЗ
Работа с литературой по теме
КР
«Практические аспекты люминесР
центных измерений».
Т
Об
4 часа.
Освоение лекционного материала.
Работа с литературой по теме
«Измерения времени затухания
флуоресценции».
4 часа.
Освоение лекционного материала.
Работа с литературой по теме
«Измерения длительных процессов
свечения».
ДЗ
КР
Р
Т
Об
ДЗ
КР
Р
Т
Об
Стр. 4 из 9
9
10
11
12
Методы флуоресцентного анализа
многокомпонентных
систем.
2 часа
Метод селективной модуляции.
Метод синхронного сканирования.
Сканирующая люминесцентная
спектроскопия. Фазочувствительный
метод регистрации люминесценции
4 часа.
Освоение лекционного материала.
Работа с литературой по теме
«Методы флуоресцентного анализа
многокомпонентных систем»
10 часов. Подготовка к выполнению
лабораторной работы. Работа с литературой по теме «Спектральные
закономерности люминесценции».
Обработка результатов проведенных
измерений.
Лабораторная работа 2. 6 часов.
10 часов. Подготовка к выполнению
Влияние ассоциации молекул слож- лабораторной работы. Работа с линых органических веществ на спек- тературой по теме «Механизмы
тры поглощения и тушение флуотушения люминесценции молекул».
ресценции
Обработка результатов проведенных
измерений.
Лабораторная работа 3. 6 часов.
12 часов. Подготовка к выполнению
Флуоресцентный анализ многоком- лабораторной работы. Работа с липонентных систем
тературой по теме «Методы флуоресцентного анализа многокомпонентных систем». Обработка результатов проведенных измерений.
ДЗ
КР
Р
Т
Об
Лабораторная работа 1. 6 часов
Проверка зеркальной симметрии
спектров поглощения и люминесценции растворов красителей
Контрольные
вопросы при
допуске
к
выполнению
работы.
Обсуждение
полученных
результатов
Стр. 5 из 9
9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1. Обязательная дисциплина.
2. Вариативная часть, профессиональный блок.
3. Используется для защиты магистерской диссертации. Необходимо знание математического анализа, оптики, техники спектроскопических исследований, основ органической
химии.
10. Образовательные технологии
- дискуссии;
- обсуждение докладов и презентаций;
- преподавание в форме авторского курса на основе исследований научных школ МГУ.
11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Примеры контрольных вопросов:
1. Какие виды классификации люминесценции существуют?
2. Каковы спектральные закономерности люминесценции?
3. Каковы характеристики выхода люминесценции и связь между ними
4. Каков механизм безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения.
5. Что такое замедленная люминесценция? Какие существуют типы замедленной люминесценции?
6. Каковы основные механизмы образования комплексов молекул в основном и возбужденном состоянии?
Примеры тем для докладов и рефератов:
1. Люминесцентные методы исследования крови.
2. Люминесценция в экологии водных систем.
3. Одномолекулярная флуоресцентная спектроскопия наноструктур.
4. Спектрально-люминесцентные исследования состояния растений.
5. Процессы переноса энергии электронного возбуждения в исследовании структуры и
динамики белков.
Перечень вопросов к экзамену:
1. Взаимодействие света с веществом. Энергетические уровни молекул.
2. Электронные переходы и их интенсивность.
3. Виды люминесценции и их классификация.
4. Спектры поглощения, возбуждения и флуоресценции.
5. Спектральные закономерности молекулярной люминесценции
6. Квазилинейчатые спектры поглощения и люминесценции.
7. Флуоресценция из высших возбужденных состояний.
8. Выход люминесценции.
9. Поляризация люминесценции и ее свойства.
10. Осцилляторная модель поляризованной люминесценции изотропных сред.
11. Длительность люминесценции.
12. Мгновенные спектры люминесценции.
13. Дихроизм поглощения и поляризация люминесценции ориентированных молекулярных систем
14. Кинетика затухания анизотропии излучения.
15. Условие возникновения фосфоресценции.
16. Замедленная флуоресценция.
17. Поляризация длительного свечения органических молекул.
18. Влияние растворителя на электронные спектры органических веществ.
19. Влияние молекулярной ассоциации на оптические свойства люминесцирующих
растворов.
Стр. 6 из 9
20. Неоднородное уширение спектров в растворах органических молекул.
21. Динамическое и статическое тушения люминесценции.
22. Перенос энергии электронного возбуждения. Концентрационная деполяризация и
концентрационное тушение люминесценции.
23. Температурное тушение флуоресценции.
24. Основные элементы установок для измерения люминесцентных характеристик.
25. Выбор условий проведения люминесцентных измерений.
26. Калибровка и коррекция люминесцентных измерений.
27. Методы измерения выхода люминесценции.
28. Методы определения степени поляризации люминесценции.
29. Оптическая многоканальная регистрация спектров люминесценции.
30. Методы измерения времени затухания флуоресценции в наносекундном диапазоне.
31. Методы измерения времени затухания флуоресценции с пикосекундным разрешением.
32. Фосфоресцентная спектроскопия. Метод импульсного фотолиза.
12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература – учебники и учебные пособия по молекулярной оптике, люминесценции, спектроскопическим методам исследования, в том числе:
1. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Люминесценция и ее измерения (Молекулярная люминесценция) - учебное пособие. Издательство МГУ, 1989, 279 с.
2. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Оптические методы исследования молекулярных систем.
Ч.I Молекулярная спектроскопия. М.: Из-во Московского университета, 1994, 320с.
3. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии (пер. с англ. под ред. М.Г. Кузьмина). М: Мир, 1986. – 496 с.
Дополнительная литература – учебники и учебные пособия по углубленному изучению
некоторых вопросов молекулярной люминесценции, в том числе:
1. Грачев А.В, Салецкий А.М. Лабораторный практикум по физике. Электронные спектры поглощения. Основы абсорбционной спектроскопии. М. МГУ, 1996, 28с.
2. Акимов А.И. Фотофизические свойства растворов сложных органических соединений. Методическое пособие. –М.: Изд-во физического факультета МГУ. 2001. - 44с.
Практикум по спектроскопии. / Под. ред. проф. Л.В. Левшина. –М.: Изд-во МГУ, 1976. 320 с.
Периодическая литература – научные и научно-популярные статьи, посвященные исследованию люминесценции сложных органических и биологических систем с использованием спектроскопических методов, в том числе:
1. Власова И.М., Салецкий А.М. Спектрально-люминесцентное проявление повреждающего действия ишемии головного мозга на компоненты сыворотки крови. ЖПС, т. 72,
№ 6, с. 827-831 (2005)
2. Домнина Н. А., Королев А. Ф., Потапов А. В., Салецкий А. М. Влияние СВЧ - излучения на процессы ассоциации молекул родамина 6Ж в водных растворах. ЖПС, ,т.72,
№1,c.34-37. (2005)
3. Кузьмичева А. Н., Потапов А. В., Салецкий А. М. Влияние структуры растворов обращенных мицелл на процессы переноса энергии электронного возбуждения. Химическая
физика, 2005, т.24, 8, с.106-110.
4. Potapov A. V., Saletsky A. M. Fluorescence saturation of dye molecules in water pools of
reversed micelles. Laser Physics Letters, 2005, v.2, 10, р.476-480.
5. Гордеева Ю.А., Салецкий А.М. Влияние размеров пор силикатного стекла на степень
ассоциации молекул красителей. Журн. прикл. спектр., Т. 73, N 6, c. 824-827, (2006).
6. Потапов А.В., Салецкий А.М. Процессы ассоциации молекул родамина 6Ж в растворах легкой и тяжелой воды. Оптика и спектр., Т.100, N1, c.35-39, (2006).
Стр. 7 из 9
7. Bulakov D.V. Saletsky A.M. The study of structure and photophysical processes of polyelectrolyte-surfactant-dye molecules complexe by laser spectroscopy. Laser Physics Letters,
2007, v. 4, N 7, p. 515-519
8. Булаков Д.В., Салецкий А.М. Димеризация молекул метиленового голубого в микроструктурированных
полимер-мицеллярных
растворах.
Журнал
прикладной
спектроскопии, 2007, т. 74, № 4, с.540-543
9. Buravtcov D.E., Vlasova I.M., Saletsky A.M. Raman spectroscopy and fluorescence analysis in investigation of protective action of ischemic preconditioning at ischemic insult by estimation of damage of low density lipoprotein of blood. // Photomedicine and Laser Surgery, 2008,
v. 26, ¹ 3, pp. 181-187.
10. Власова И.М., Салецкий А.М. Флуоресценция молекулярного зонда эозина в растворах сывороточного альбумина человека с органическим и неорганическим лигандами. //
Химическая физика, 2008, т. 27, № 4, стр. 66-70.
11. Vlasova I.M., Saletsky A.M. Raman spectroscopy in investigations of mechanism of binding of human serum albumin to molecular probe fluorescein. // Laser Physics Letters, 2008, v. 5,
¹ 5, pp. 384-389.
12. Бухарова Е.М., Власова И.М., Салецкий А.М. Структура молекулярных ассоциатов
флуоресцентных зондов в растворах сывороточного альбумина человека. // Журнал прикладной спектроскопии, 2008, т. 75, № 6, стр. 782-788.
13. В.Б. Зайцев, Г.С.Плотников, А.М. Салецкий. Оптические методы в исследовании
структурных перестроек в тонких органических пленках. Вестник Московского
университета. Серия3. Физика, астрономия, N3. с.с.50-53 (2009).
13. Материально-техническое обеспечение
Курс имеет электронную версию для презентации. Лекции читаются с использованием
современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования. В процессе
чтения лекций на сайте кафедры создается страница, содержащая учебно-методические материалы. Экспериментальные практические работы проводятся на современном оборудовании.
Стр. 8 из 9
Стр. 9 из 9