МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

ЯМР и ЭПР спектроскопия
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра общей и экспериментальной физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость4 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Ф-4-2020
Часов по учебному плану 144
в том числе:
аудиторные занятия 62
самостоятельная работа 55
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 6

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 3 (6) Итого
Недель 19,5
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 22 22 22 22
Лабораторные 40 40 40 40
Сам. работа 55 55 55 55
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 144 144 144 144

Программу составил(и):
к.ф.-м.н., доцент, Андрухова Татьяна Витальевна

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент, Соломатин Константив Васильевич;к.ф.-м.н., доцент, Рудер Давыд Давыдович

Рабочая программа дисциплины
ЯМР и ЭПР спектроскопия

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.02 ФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 07.08.2014 г. № 937)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., проф.Плотников Владимир Александрович

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., проф.Плотников Владимир Александрович

1. Цели освоения дисциплины

1.1.формирование у студентов профессиональных научно-исследовательских навыков по использованию метода ядерного магнитного резонанса для установления строения и идентификации соединений;
формировании у студентов понимания принципиальных основ, практических возможностей и ограничений физических методов исследования спектроскопии;
знакомство с аппаратурным оснащением и условиями проведения эксперимента, привития навыков интерпретации и грамотной оценки экспериментальных данных, в том числе публикуемых в научной литературе.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.02

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1: способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин
ПК-2: способностью проводить научные исследования в избранной области экспериментальных и (или) теоретических физических исследований с помощью современной приборной базы (в том числе сложного физического оборудования) и информационных технологий с учетом отечественного и зарубежного опыта
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.теоретические основы методов ИК, КР–спектроскопия, ЯМР, ЭПР, масс-спектрометрии,Мессбауэровской спектроскопии и др.;
устройство и схемы современных приборов для всех выше перечисленных методов;
3.2.Уметь:
3.2.1.выбрать необходимый метод для анализа объектов различной природы;
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.по использованию современного физического оборудования для соответствующего метода;

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение
1.1. Методы масс-спектрометрии Лекции 6 1 ПК-1, ПК-2 Л2.3, Л2.4, Л1.4, Л1.6, Л2.5
1.2. Спектроскопические методы исследования Лекции 6 2 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.3, Л2.4, Л1.4, Л1.6, Л2.5
1.3. Изучение характеристик фотоприемников на примере работы следующих устройств: фотоэлектронный умножитель, фотодиод, фоторезистор Лабораторные 6 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.2, Л2.4, Л1.6, Л2.5
1.4. Измерение относительных интенсивностей спектральных линий. Изучение закономерностей в распределении интенсивностей спектральных линий щелочных металлов на примере натриевой лампы Лабораторные 6 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.2, Л2.4, Л1.6, Л2.5
1.5. Изучение спектров поглощения и люминесценции. Методы измерения спектроскопических параметров. Измерение спектральных характеристик рубина Лабораторные 6 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.2, Л2.4, Л1.6, Л2.5
1.6. Методы исследования коэффициентов поглощения, пропускания и отражения прозрачных веществ в оптической области. Определение характеристик электронных полос поглощения и электронных состояний сложных молекул на примере раствора родамина Лабораторные 6 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.2, Л2.4, Л1.6, Л2.5
1.7. Спектральный анализ Сам. работа 6 10 ПК-1, ПК-2 Л2.3, Л2.4, Л1.4, Л1.6, Л2.5
Раздел 2. Резонансные методы
2.1. Общие представления о ядерном и электронном магнитном резонансе. Уравнение Блоха. Времена продольной и поперечной релаксации. Вращающаяся система координат. Форма линии и молекулярное движение. Лекции 6 2 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.2, Л2.3, Л1.4, Л1.5, Л2.6
2.2. Общие представления о ядерном и электронном магнитном резонансе. Уравнение Блоха. Времена продольной и поперечной релаксации. Лабораторные 6 4 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.2, Л2.3, Л1.4, Л1.5, Л2.6
2.3. Общие представления о ядерном и электронном магнитном резонансе Сам. работа 6 5 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.2, Л2.3, Л1.4, Л1.5, Л2.6
Раздел 3. ЯМР-спектроскопия
3.1. Основы теории ЯМР. ЯМР-спектроскопия высокого разрешения Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия Импульсная ЯМР-Фурье спектроскопия. Спектральный анализ и преобразование Фурье. Измерение времени продольной и поперечной релаксации. Спектры ЯМР и их интерпретация. Химический сдвиг. Мультиплетная структура фрагментов спектра. Эффекты "динамического сужения". Интегральная интенсивность линий в спектре ЯМР. Эффект Оверхаузера. Спин декаплинг. Перенос намагниченности. Двумерная ЯМР спектроскопия. ЯМР спектроскопия твердого тела. Анизотропия химического сдвига. Форма линии поликристаллических образцов. Вращение под магическим углом. Крос-поляризация. Аппаратура для ЯМР-исследований. Спектрометры ЯМР и их характеристики. Подготовка образцов к измерениям Лекции 6 11 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.2, Л2.3, Л1.4, Л1.5, Л2.6
3.2. ЯМР-практикум Лабораторные 6 10 Л2.1, Л1.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л1.5, Л2.6
3.3. ЯМР-спектроскопия Сам. работа 6 30 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.6
Раздел 4. Электронный парамагнитный резонанс ЭПР-спектроскопия
4.1. Парамагнетизм. Парамагнитные частицы в постоянном внешнем магнитном поле. Парамагнитные частицы в постоянном внешнем магнитном и переменном электромагнитном полях. Процессы релаксации. Форма и ширина спектра ЭПР. Сверхтонкая структура спектров ЭПР. ЭПР спектроскопия. Спин-гамильтониан. Общие принципы устройства и работы ЭПР-спектрометра Интерпретация спектров ЭПР поликристаллических образцов. Применение ЭПР спектроскопии для исследования строения комплексов переходных металлов. Лекции 6 6 ПК-1, ПК-2 Л2.2, Л2.3, Л1.4, Л1.5
4.2. Электронный парамагнитный резонанс ЭПР-спектроскопия Лабораторные 6 10 ПК-1, ПК-2 Л1.3, Л2.2, Л2.3, Л1.4
4.3. Электронный парамагнитный резонанс ЭПР-спектроскопия Сам. работа 6 10 ПК-1, ПК-2 Л1.3, Л2.2, Л2.3, Л1.4, Л1.5

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
Приложение
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Приложение
5.3. Фонд оценочных средств
Приложение
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 А. И. Ефимова, В. Б. Зайцев, Н. Ю. Болдырев, П. К. Кашкаров Оптика: инфракрасная фурье-спектрометрия [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов М. : Издательство Юрайт, 2018 www.biblio-online.ru/book/AF0E61A2-2924-4957-B8B4-8EB03A33E56E.
Л1.2 Евстигнеев М.П., Лантушенко А.О., Костюков В.В. и др. Основы ядерного магнитного резонанса {Электронный ресурс]: учебное пособие М.: Вузовский учебник, НИЦ ИНФРА-М, 2015 http://znanium.com/catalog/product/496299
Л1.3 С.Б. Хребтова, А.Т. Телешев, Н.Г. Ярышев Физические методы исследования вещества [Электронный ресурс]: задания для самостоятельной работы студентов Москва : МПГУ, 2015 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=472856
Л1.4 А.М. Абатурова, Д.В. Багров, А.А. Байжуманов и др. ; под ред. А.Б. Рубина Нанобиотехнологии [Электронный ресурс]: практикум Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=216556
Л1.5 А.Ш. Агишев, И.П. Шишкина, М.А. Агишева Основы квантовой механики и ЯМР-спектроскопии [Электронный ресурс]: учебное пособие Казань : Издательство КНИТУ, 2013 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=258680
Л1.6 Е.И. Марукович, А.Г. Непокойчицкий Эмиссионный спектральный анализ [Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие Минск : Белорусская наука, 2013 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=230973
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Бельская Н.П., Ельцов О.С. Ядерный магнитный резонанс. Теория и практика. В 3 ч. Ч. 2: [Электронный ресурс]: Учебное пособие М.:Флинта,, 2018 http://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=275797
Л2.2 Д.В. Фомин Экспериментальные методы физики твердого тела [Электронный ресурс]: учебное пособие Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2014 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=259074
Л2.3 К. Уилсон, Д. Уолкер ; под ред. А.В. Левашова, В.И. Тишкова ; пер. Т.П. Мосолова, Е.Ю. Бозелек-Решетняк Принципы и методы биохимии и молекулярной биологии [Электронный ресурс]: учебник (учебное пособие) для вузов Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=214311
Л2.4 В.С. Маряхина, Е.А. Кунавина, Е.А. Строганова Теоретические основы методов спектрального анализа [Электронный ресурс]: учебное пособие Оренбург : ОГУ, 2016 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=469353
Л2.5 О.Н. Каныгина, А.Г. Четверикова, В.Л. Бердинский Физические методы исследования веществ [Электронный ресурс]: учебник (учебное пособие) для вузов Оренбург : ОГУ, 2014 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=330539
Л2.6 Сергеев Н. А. Рябушкин Д. С. Основы квантовой теории ядерного магнитного резонанса [Электронный ресурс]: монография М. : Логос, 2013 http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=469025
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 http://znanium.com
Э2 http://e.lanbook.com
Э3 http://researchpark.spbu.ru/itkn-metods-rus-2/1123-cmr-epr-rus
Э4 http://www.abc.chemistry.bsu.by/structure/6-nmr.htm
Э5 http://www.biblioclub.ru
Э6 http://www.e-library.ru
Э7 http://www.iprbookshop.ru
Э8 http://www.khimia.ru/database.html
Э9 http://www.nmrdb.org/simulator
Э10 ЯМР и ЭПР спектроскопия https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=4237
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Excel (Microsoft), 2007 г.
OriginLab Origin Pro 8.0 (OriginLab), 2008 г.
MatLAB 7 (MathWorks), 2010 г.
MathCAD 14/15 (Parametric Technology Corporation), 2007/2009 гг.
Mathematica 4.0 (Wolfram Research, Inc www.wolfram.com.), 2009 г.
Microsoft Windows
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
http://e.lanbook.com. - Электронная библиотечная система «Лань». Электронная библиотека издательства «Лань» – ресурс, включающий в себя как электронные версии книг издательства «Лань», так и коллекции полнотекстовых файлов других российских издательств. После регистрации с компьютера университета – доступ с любого компьютера, подключенного к Интернет;
http://www.biblioclub.ru. - «Университетская библиотека ONLINE». Электронно-библиотечная система. Книги, конспекты лекций, энциклопедии и словари, учебники по различным областям научных знаний, материалы по экспресс-подготовке к экзаменам. После регистрации с компьютера университета – доступ с любого компьютера, подключенного к Интернет;
http://window.edu.ru. - Информационная система «Единое окно доступа к образовательным ресурсам». Информационная система предоставляет свободный доступ к каталогу образовательных интернет-ресурсов и полнотекстовой электронной учебно-методической библиотеке для общего и профессионального образования. Доступ с любого компьютера, подключенного к Интернет;
https://biblio-online.ru - ЭБС Юрайт;
https://link.springer.com/search?facet-content-type="ReferenceWork"Электронные справочники и энциклопедии издательства Springer по естественным наукам;
https://ibooks.ru - Электронная-библиотечная система (ЭБС)(Айбукс-ру);
http://Znanium.com - Электронная библиотечная система;
http://experiment.edu.ru - Естественно-научные эксперименты — Физика: Коллекция Российского общеобразовательного портала;
http://www.window.edu.ru
http://www.science-education.ru
http://www.fcior.edu.ru
http://www.unmc.su

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
214К лаборатория медицинской физики - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; доска маркерная 1 шт.; учебные наглядные пособия; анализатор биохимический CardioChek PA портативный; велоэргометр DH-8918 P; высоковольтный стабилизированный выпрямитель ТВ-2; датчик давления газа Gas Pressure Sensor GPS-BTA; датчик концентрации нитрат-ионов NO3-BTA Nitrate Ion-Selektive Elektrode; датчик содержания CO2/CO2 Gas sensor/CO2-BTA; датчик частоты дыхательных движений Respiration Monitor Belt /RMB-BTA; интерактивная доска Legamaster e-Board Touch 77 c проектором Epson EB-470; ионизатор воздуха – 2 ед.; колориметр датчик оптической плотности COL-BTA Colorimeter; комплекс магнитокоррекции Мультимаг; компьютер Celeron 2533MHz/ 17" LCD Samsung 740N; компьютер НЭТА /LCD 19" Samsung 943B (2,93Ghz/2*1024Mb/500Gb/DVD-RW/KM); лазер ЛГИ-201; лазер ЛГН-703; люксметр LS-BTA датчик освещенности Light Sensor; моноблок RAMEC Gale Custom G1610/ H61M-DG3/4 Гб ОЗУ/500 Гб НЖМД – 2 ед.; персональный компьютер с LCD монитором 19"; пневмотахометр Эльф-5-02; принтер лазерный Hewlett-Packard P1102w; пульсометр датчик частоты сердечных сокращений Exercise Heart Rate Monitor EHR-B; самописец "Эндим"; система сбора данных AFS в комплекте с кабелем – 2 ед.; скамья оптическая; спектрофотометр Vernier SpectroVis Plus SVIS-RL+ световод SVIS-FIBER; спироанализатор СПМ-01 "РД"; спирометр SPR-BTA датчик жизненной емкости легких Spirometer; тонометр BPS-BTA датчик артериального давления Blood Pressure Sensor; устройство для измерения и обработки данных УИОД LabQuest в комплекте – 3 ед.; ФМБ - 9К Установка учебная " Изучение принципов работы электроэнцефалографа"; ФМБ-8 Установка учебная лабораторная "Измерение импеданса. Определение импеданса
315К лаборатория спектрального анализа - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; генератор сигналов низкочастотный Г3-112; двухкоординатный самописец ЭНДИМ 62201; измеритель ОСИСМ; комплект КСВУ-23 (МДР-23); модулятор МЛ-102; монохроматор МУМ; монохроматор МУМ-2; монохроматор МУМ-2; осциллограф ЕО - 213; осциллограф ЕО-213; осциллограф ЕО-213; прибор ИЛД-2; самописец "Эндим"; самописец "Эндим"; самописец 02060; фотометр отражения ФО-1 УХЛ-4-2; экспозиметр коротких импульсов ЭКН (ЭКИ); бак эм.; блок питания Б5-44а; весы торсионные ВТ-500; Вольтметр В7-16; Генератор Г5-54; Источник высокочастотный TV-2; Источник питания "Агат"; Источник питания Статрон 3221; Лаб.стабилиз.источник питания ТЕС-18 НТР; Лаб.Энергетические временные и пространс; Лампа настольная; Микроскоп МБС-10; Микрофотометр ИФО-451; Монохроматор СДМС; Монохроматор УМ-2; Осциллограф ЕО-211; Осциллограф С1-48Б; Спектрофотометр СФ - 18; Стабилизатор 3217; Усилитель VL-103; Усилитель VL-103; Усилитель VL-103; Усилитель У5-9; Фотометр ФМП-02; Фотометр ФОУ-1; Учебные наглядные пособия: "Лабораторный практикум по оптике и лазерной физике в медицине"; "Оптика и лазерная физика в медицине. Оптические квантовые генераторы. Медицинские лазерные системы".
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию законов физики для широкого спектра задач в области спектроскопии.

Для эффективного изучения теоретической части дисциплины «ЯМР и ЭПР Спектроскопия» необходимо: построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала; систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и заданиям; усвоить содержание ключевых понятий; работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам.

Для эффективного изучения практической части дисциплины «ЯМР и ЭПР Спектроскопия» рекомендуется: систематически выполнять подготовку к занятиям по предложенным преподавателем темам и методическим указаниям; своевременно выполнять практические задания; своевременно и систематически защищать результаты своих индивидуальных заданий.

В течение семестра студенты выполняют: домашние задания, выполнение которых контролируется и обсуждается (групповое обсуждение)на занятиях (сократический диалог - подразумевающий постановку особых вопросов в процессе беседы, которые способствуют работе мышления, концентрации внимания, адекватной оценке текущей дискуссии и своей в ней роли); промежуточные задания, во время занятий (в форме дискуссий, дебатов) для выявления знаний по основным элементам новых разделов теории или методике спектральных исследований; построение "дерева решений" для проведения наиболее эффективного анализа методик эксперимента спектральных исследований; обсуждают практические задания занятий методом "Займи позицию", помогающем выяснить, какой спектр мнений может существовать по обсуждаемому вопросу и предоставляет возможность высказаться каждому, продемонстрировать различные мнения, а затем обосновать свою позицию, найти и выразить самые убедительные аргументы, сравнить их с аргументами других.