FUNDAMENTALS OF SPECTROSCOPY
- Anno accademico
- 2020/2021 Programmi anni precedenti
- Titolo corso in inglese
- FUNDAMENTALS OF SPECTROSCOPY
- Codice insegnamento
- CM1304 (AF:332885 AR:175252)
- Modalità
- In presenza
- Crediti formativi universitari
- 6
- Livello laurea
- Laurea magistrale (DM270)
- Settore scientifico disciplinare
- CHIM/02
- Periodo
- II Semestre
- Anno corso
- 1
- Spazio Moodle
- Link allo spazio del corso
Inquadramento dell'insegnamento nel percorso del corso di studio
Obiettivi formativi dell’insegnamento sono quindi quelli di fornire una trattazione rigorosa e formale del fenomeno spettroscopico, esponendone le basi teoriche, e di introdurre il relativo formalismo da impiegare. Vengono inoltre trattate alcune delle principali tecniche impiegate per la caratterizzazione spettroscopica di molecole e macromolecole biologiche, e per lo studio di superfici funzionalizzate.
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso gli/le studenti inoltre sapranno applicare i diversi formalismi e le conoscenze teoriche per razionalizzare il dato spettroscopico derivante dalle diverse tecniche di indagine e caratterizzazione spettroscopica trattate nel corso.
Prerequisiti
Contenuti
Spazi vettoriali hilbertiani, operatori hermitiani, e loro proprietà. Equazione di Schrödinger dipendente dal tempo e non dipendente dal tempo. Il principio di indeterminazione generalizzato. Il teorema quanto-meccanico del viriale. Teoria delle perturbazioni per stati non-degeneri e stati degeneri. Il metodo variazionale. Esempi e applicazioni. Descrizione dei processi di assorbimento indotto, di emissione indotta e di emissione spontanea, e relativi coefficienti secondo la trattazione di Einstein. Momento di transizione. Interazione con il campo elettrico e con il campo elettromagnetico. Regole di selezione. Classificazione delle spettroscopie. Trattazione dell’oscillatore armonico, relativi autovalori e autofunzioni. Spettroscopia dell’oscillatore armonico. Estensione al caso delle molecole poliatomiche. I modi normali di vibrazione. Il rotatore rigido, i suoi autovalori e autofunzioni. L’effetto della distorsione centrifuga e la sua trattazione con la teoria delle perturbazioni.
SPETTROSCOPIA ROTAZIONALE
Il tensore di inerzia. Assi principali di inerzia e momenti principali di inerzia. Classificazione delle molecole in funzione dei rispettivi momenti principali di inerzia: molecole lineari, rotatori simmetrici, asimmetrici e sferici. Regole di selezione. Spettri rotazionali nell’approssimazione del rotatore rigido. Gli effetti della distorsione centrifuga negli spettri rotazionali. Sostituzione isotopica e suoi effetti. Esempi di spettri nella regione delle micro-onde.
SPETTROSCOPIA INFRAROSSA (IR), RAMAN, E DISCUSSIONE DI ALCUNE RELATIVE TECNICHE DI INDAGINE
Spettro vibrazionale di una molecola biatomica e la correzione anarmonica. Spettroscopia vibro-rotazionale di una molecola biatomica e le relative regole di selezione. Molecole poliatomiche: regole di selezione e spettro vibro-rotazionali. Descrizione di alcune moderne tecniche sperimentali: ATR (Attenuated Total Reflection), SEIRAS (Surface Enhanced InfraRed Absorption Spectroscopy), RAIRS (Reflection-Absorption IR Spectroscopy), e DRIFT (Diffuse Reflectance Infrared Spectroscopy). Spettroscopia SFG-VS e sue applicazioni. Spettroscopia Raman, applicazioni e tecniche SERS, TERS.
SPETTROSCOPIA DI RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (NMR)
Operatori di momento angolare di spin. Operatori di rotazione e di proiezione. Moto di precessione del sistema di spin e frequenza di Larmor. La matrice di densità. Impulsi in radio frequenza. Equazioni fenomenologiche di Bloch e loro soluzione nel sistema di assi di laboratorio e nel sistema di assi rotanti. Processi di rilassamento: longitudinali (spin-lattice) e trasversali (spin-spin). Descrizione dello strumento NMR. La correzione di fase. Classificazione degli impulsi hard e soft. Descrizione dei principali hamiltoniani impiegati per descrivere un tipico esperimento NMR. Il prodotto diretto e gli operatori prodotto. Magnetizzazione in-fase e fuori-fase, e la loro inter-conversione. Trasferimento di coerenza quantico. Analisi con gli operatori prodotto di alcune sequenze di impulsi per NMR mono-dimensionale. L’esperimento INEPT (Insensitive Nuclei Enhanced by Polarization Transfer). NMR bi-dimensionale (2D-NMR). Spettroscopia 2D-NMR omonucleare e eteronucleare. Alcune sequenze di impulsi di esperimenti 2D-NMR con gli operatori prodotto: correlazione omonucleare (COrrelation SpectroscopY , COSY), correlazione a doppio filtro quantico (Double Quantum-Filtered COSY, DQF-COSY). Correlazione eteronucleare: HETero-nuclear CORrelation spectroscopy, (HETCOR), Heteronuclear Multiple Quantum Coherence e Heteronuclear Multiple Bond Coherence. Tecniche di presaturazione, sequenze WET, WATERGATE e WASTED. Concetti di base di spettroscopia NMR su stato solido
Testi di riferimento
-D. J. Griffiths, “Introduction to Quantum Mechanics”, Cambridge University Press, 2nd edition, 2016.
Per la parte relativa alle spettroscopie ottiche, con particolare riferimento alla parte di spettroscopia rotazionale e infrarossa:
- J. M. Hollas, “Modern Spectroscopy”, 4th edition, Wiley, 2003.
Per la parte relative alle spettroscopie magnetiche, con particolare riferimento alla spettroscopia NMR:
N. E. Jacobsen “NMR SPECTROSCOPY EXPLAINED: Simplified Theory, Applications and Examples for Organic Chemistry and Structural Biology”, John Wiley & Sons, 2007.
Come approfondimento per la parte della spettroscopia EPR si consiglia:
A. Lund, M. Shiotani, S. Shimida, “Principles and Applications of ESR spectroscopy”, Springer, New York, 2011.
Modalità di verifica dell'apprendimento
Tale prova orale consiste in una serie di domande sull’intero programma, alle quali gli/le studenti devono rispondere dimostrando di conoscere e sapere esporre in modo corretto gli argomenti trattati. Verrà inoltre chiesto loro di saper applicare i diversi formalismi impiegati nel corso per descrivere un esperimento spettroscopico, e di saper discutere i relativi risultati.
Metodi didattici
Lingua di insegnamento
Altre informazioni
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.
LA STRUTTURA E I CONTENUTI DELL'INSEGNAMENTO POTRANNO SUBIRE VARIAZIONI IN CONSEGUENZA DELL'EPIDEMIA DI COVID-19.