КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ "УТВЕРЖДАЮ" Проректор______ В.С.Бухмин

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
"УТВЕРЖДАЮ"
Проректор______ В.С.Бухмин
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Оптическая молекулярная спектроскопия
Цикл ДС
ГСЭ - общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины; ЕН - общие
математические и естественнонаучные дисциплины; ОПД - общепрофессиональные
дисциплины; ДС - дисциплины специализации; ФТД - факультативы.
Специальность: 010701 – общая физика
Принята на заседании кафедры химической физики
(протокол №___ от "__"__________200__ г.)
Заведующий кафедрой
____________________ (К.М. Салихов)
Утверждена Учебно-методической комиссией физического факультета КГУ
(протокол №___ от "__"__________200__ г.)
Председатель комиссии
____________________ (Л.И. Машонкина)
Рабочая программа дисциплины
"Оптическая молекулярная спектроскопия"
Предназначена для студентов _______ курса,
по специальности: 010701 – общая физика
АВТОР: Моисеев С.А.
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ:
1.
Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение
дисциплины Оптическая молекулярная спектроскопия
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины должны:
владеть основами квантовой теории электронного, колебательного и
вращательного движения молекул;
знать основные и ряд новейших методов оптической спектроскопии.
Уметь рассчитывать параметры, динамику и кинетику
спектроскопических переходов;
разбираться в закономерностях люминесценции молекул. Иметь
представления о кинетике внутри и межмолекулярных процессов.
-
-
2.
Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)
Форма обучения: очная
Количество семестров 1
Форма контроля:
2 семестр - экзамен
№
п/п
Виды учебных занятий
1. Всего часов по дисциплине
2. Самостоятельная работа
Количество часов
1
2
семестр семестр
84
20
64
3. Аудиторных занятий
в том числе: лекций
семинарских (или
лабораторно-практических)
занятий
32
32
2
Содержание дисциплины
ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
СТАНДАРТА К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ
ПРОГРАММЫ
Наименование дисциплины и ее основные
разделы
ДС.В.00 Разделение электронного, колебательного и
вращательного движений в молекуле.
Квантово механическое решение
колебательной задачи. Расчет собственных
колебаний молекулы. Электронная
спектроскопия, люминесценция. Спектры ИК
поглощения и комбинационного рассеяния.
Двухуровневая модель взаимодействия
молекул с излучением. Форма линии.
Классические и современные методы
оптической спектроскопии. Межмолекулярные
взаимодействия и их проявления.
Индекс
Всего часов
84
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Количество часов
№
п/п
Название темы и ее содержание
1. Адиабатическое приближение БорнаОппенгеймера. Разделение
электронного, колебательного и
вращательного движений в молекуле.
Поверхность потенциальной энергии.
Оценка электронной, колебательной и
вращательной энергии молекул.
2. Квантово механическое решение
3
лекции
семинарские
(лаб.-практ.)
занятия
2
4
4
3.
4.
5.
6.
колебательной задачи. Волновые
функции и структура энергетических
уровней молекулы в состоянии
близком к устойчивому.
Колебательный и вращательный
спектры молекул Представление
внутримолекулярного движения через
состояние квантовых осцилляторов.
Оценка колебательного движения
различных атомов в молекулах.
Ангармонизм колебаний. Описание
ангармонических эффектов в
колебательном движении на основе
теории возмущений.
Расчет собственных колебаний
молекулы. Вековое уравнение.
Вычисление матрицы кинематических
коэффициентов. Расчет колебаний для
Н2О. Силовые постоянные,
среднеквадратичные амплитуды
колебания атомов. Метод парциальных
осцилляторов, его применение для
Н2О.
Электронная спектроскопия.
Электронные спектры поглощения.
Колебательная структура электронных
спектров. Схема Яблонского. Спектры
люминесценции. S-S, S-T, T-T
переходы. Флюоресценция и
фосфоросценция. Кинетическая схема
люминесценции. Поляризация
электронных переходов. Дихроизм в
спектрах поглощения. Поляризация
люминесценции.
Проявление колебательных переходов
в ИК-поглощении и комбинационном
рассеянии. Вероятность поглощения и
испускания. Зависимость матричных
элементов от нормальных координат.
Фактор Франка-Кондона.
Двухуровневая модель взаимодействия
4
2
4
4
2
2
2
4
4
7.
8.
9.
10.
света с молекулами. Обобщенная Т1, Т2модель. Тензор комбинационного
рассеяния (КР) в рамках двухуровневой
модели. Правила отбора в
колебательных, вращательных спектрах.
Правило альтернативного запрета.
Дополнительность метода КР и ИКпоглощения. Понятие о теории Плачека.
Неоднородное уширение в газах и
твердых телах. Динамика
спектроскопического перехода,
поведения энергии и поляризации
молекулы. Спектр излучения
возбуждаемой молекулы. Поглощение и
излучение на колебательных переходах
молекул (модель одного осциллятора и
совокупности осцилляторов).
Методы оптической спектроскопии.
Закон Ламберта-Бугера-Бера.
Оптическая спектроскопия поглощения,
рассеяния. Методы когерентной
нелинейной оптической спекроскопии.
Спектроскопия. КАРС, световое эхо,
метод неравновесных когерентных
решеток, нелинейной шумовой
спектроскопии. Принципы селективной
спектроскопии одиночных атомов и
молекул.
Фемтосекундный лазер.
Фемтосекундная спектроскопия
молекулярной динамики. Возбуждение
и расплывание колебательного
волнового пакета в молекуле.
Спектроскопия методом оптического
эффекта Керра.
Проявления межмолекулярных
взаимодействий. Классификация и
проявление Ван-дер-ваальсовых
взаимодействий. Диполь-дипольное
взаимодействие. Механизмы уширения
колебательных переходов . Процессы
5
4
2
4
8
2
2
4
4
дезактивации электронного
возбуждения. Тушение посторонней
примесью. Теория резонансной
миграции Фёрстера.
Сенсибилизационная люминесценция.
Триплет-триплетная миграция.
Итого часов:
32
32
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Бахшиев Н.Г.Введение в молекулярную спектроскопию Изд.
.Ленинградского университета.1987 г. 210 с.
2. Волькенштейн М.В., Ельяшевич М.А., Степанов Б.И.Колебание
молекул, М.: Наука, 1972 г. 520 с.
3. Наберухин Ю.И. Лекции по молекулярной спектроскопии.
Новосибирск. 1973 г. 294 с.
4. Грибов Л.А. Введение в молекулярную спектроскопию. М. Наука, 1976
г. 400 с.
5. Келдыш Л.В., Ильинский И.И.Взаимодействие электромагнитного
излучения с веществом. Москва,1990 г. 110 с.
6. Ахманов С.А., Коротеев Н.И.. Методы нелинейной оптики в
спектроскопии рассеяния света. М: Наука, 1981.544 с.
7. Шен И.Р.. Принципы нелинейной оптики. М.Наука. 1989 г. 558 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Спектроскопия и динамика возбуждений в конденсированных
молекулярных системах. Под редакцией Аграновича В.М.,.Хохштрассера
Р.М, М.: Наука, 1987. 493 с.
2. Осадько И.С. Селективная спектроскопия одиночных молекул.
М.:Физматлит, 2000. 319 с.
3. Денисов Е.Т., Саркисов О.М. Лихтенштейн Г.И., Химические реакции.
М.: 2000, 568 с.
4. Грибов Л.Г.,.Павлючко А.И Вариационные методы решения
ангармонических задач в теории колебательных спектров молекул.
М.Наука. 1998 г. 334 с.
5. Применение лазеров в спектроскопии и фотохимии. Редактор Мур К..
(перевод с англ. яз) .М.:Мир. 1983. 272 с.
6. Лазерная спектроскопия колебательно-возбужденных молекул./
Летохов В.С., Рябов Е.А., Макаров А.А.и др., М.: Наука, 1990. 278 с.
6
7. Лазерная спектроскопия атомов и молекул. Под редакцией . Вальтера
Х., М.:Мир.1979. 432 с.
8. Грибов Л.А., Баранов В.И., Новосадов Б.К. Методы расчета электронколебательных спектров многоатомных молекул. М. Наука, 1984 г., 400 с.
7
Приложение
к программе дисциплины
Оптическая молекулярная спектроскопия
ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ
1. Уравнение для волновой функции молекулы. Адиабатическое
приближение Борна-Оппенгеймера. Разделение электронного,
колебательного и вращательного движений в молекуле. Поверхность
потенциальной энергии.
2. Оценка электронной, колебательной и вращательной энергии
молекул.
3. Квантово механическое решение колебательной задачи. Волновые
функции и структура энергетических уровней молекулы в состоянии
близком к устойчивому. Колебательный и вращательный спектры
молекул
4. Представление внутримолекулярного движения через состояние
квантовых осцилляторов. Оценка колебательного движения
различных атомов в молекулах, среднеквадратичные амплитуды
колебания атомов.
5. Ангармонизм колебаний. Описание ангармонических эффектов в
колебательном движении на основе теории возмущений.
6. Расчет собственных колебаний молекулы. Вековое уравнение.
Вычисление матрицы кинематических коэффициентов. Расчет
колебаний для Н2О. Силовые постоянные, Метод парциальных
осцилляторов, его применение для Н2О.
7. Электронная спектроскопия. Электронные спектры поглощения.
Колебательная структура электронных спектров. Схема Яблонского.
Спектры люминесценции. S-S, S-T, T-T переходы. Флюоресценция и
фосфоросценция. Кинетическая схема люминесценции.
8. Поляризация электронных переходов. Дихроизм в спектрах
поглощения. Поляризация люминесценции.
9. Проявление колебательных переходов в ИК-поглощении и
комбинационном рассеянии. Вероятность поглощения и испускания.
Зависимость матричных элементов от нормальных координат.
Фактор Франка-Кондона.
10.Двухуровневая модель взаимодействия света с молекулами.
Обобщенная Т1, Т2- модель.
11.Тензор комбинационного рассеяния (КР) в рамках двухуровневой
модели. Правила отбора в колебательных, вращательных спектрах.
8
Правило альтернативного запрета. Дополнительность метода КР и ИКпоглощения.
12.Понятие о теории Плачека.
13.Неоднородное уширение в газах и твердых телах. Динамика
спектроскопического перехода, поведения энергии и поляризации
молекулы. Спектр излучения возбуждаемой молекулы.
14. Поглощение и излучение на колебательных переходах молекул
(модель одного осциллятора и совокупности осцилляторов).
15. Методы оптической спектроскопии. Закон Ламберта-Бугера-Бера.
Оптическая спектроскопия поглощения, рассеяния.
16. Методы когерентной нелинейной оптической спектроскопии.
Спектроскопия. КАРС,
17. Cветовое эхо, метод неравновесных когерентных решеток,
18. Нелинейная оптическая шумовая спектроскопия.
19.
Принципы селективной спектроскопии одиночных атомов и
молекул
20.
Лазер. Фемтосекундный лазер. Фемтосекундная спектроскопия
молекулярной динамики. Возбуждение и расплывание
колебательного волнового пакета в молекуле.
21.
Спектроскопия методом оптического эффекта Керра.
22.
Проявления межмолекулярных взаимодействий.
Классификация и проявление Ван-дер-ваальсовых взаимодействий.
23.
Диполь-дипольное взаимодействие. Механизмы уширения
колебательных переходов.
24.
Процессы дезактивации электронного возбуждения. Тушение
посторонней примесью.
25.
Теория резонансной миграции Фёрстера. Сенсибилизационная
люминесценция. Триплет-триплетная миграция.
9