FUNDAMENTALS OF SPECTROSCOPY

Il corso rientra tra le attività caratterizzanti del corso di laurea magistrale “Science and Technology of Bio and Nanomaterials”, che ha lo scopo di preparare professionisti con solide e avanzate conoscenze delle discipline chimiche e fisiche che consentano loro di studiare le proprietà dei materiali e di come le moderne metodiche di preparazione di bio e nanomateriali possano determinare le loro proprietà funzionali
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 ed indagine spettroscopica di sistemi inorganici, organici e compositi, e per lo studio di superfici funzionalizzate.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Il corso fornisce nozioni approfondite sulle spettroscopie ottiche e magnetiche, e sul come misurare le proprietà di molecole, dei materiali e delle loro superfici, mediante l'utilizzo di differenti tecniche spettroscopiche. Si tratta quindi di conoscere e aver compreso in maniera approfondita il formalismo appropriato e gli aspetti teorici di alcune delle moderne tecniche di spettroscopie ottiche e magnetiche.
CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Il corso intende fornire strumenti per applicare il formalismo teorico adeguato ad interpretare correttamente il dato spettroscopico in funzione della particolare tecnica impiegata e della regione spettrale investigata. In dettaglio, sapere quindi come applicare i concetti dell’elettromagnetismo e della quantomeccanica per descrivere l’esperimento, analizzare il dato sperimentale e ottimizzare i parametri sperimentali della misura.
Inoltre, saper descrivere correttamente le diverse tecniche e i relativi aspetti applicativi interdisciplinari impiegando tutti i concetti teorici e le tecniche trattate nel corso.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
ll corso intende fornire strumenti per valutare comparativamente l’applicabilità, le problematiche e le prestazioni di diverse tecniche spettroscopiche in funzione del problema da affrontare e/o della ricerca da condurre.
ABILITÀ COMUNICATIVE
Comunicare in modo chiaro le informazioni apprese, e saper descrivere i risultati ottenuti dall’applicazione di una data tecnica spettroscopica, con linguaggio appropriato, ad interlocutori specialisti e non.

Avviso per gli/le studenti iscritti al Corso di Laurea Magistrale in Science and Technology of Bio and Nanomaterials (CM14): si ricorda che vige la seguente propedeuticità: l'esame dell'insegnamento "Mathematical Methods for Physics" deve essere superato prima dell'esame di questo insegnamento (ossia "Fundamentals of Spectroscopy"). Inoltre si rammenta che i concetti di base relativi alla chimica quantistica, alla fisica, e alla chimica organica, generale e inorganica richiesti come pre-requisiti sono richiamati nei pre-corsi "Principles of Physical Chemistry", “Fundamentals of Physics”, “Organic Chemistry” and “Principles of General and Inorganic Chemistry”.
Avviso per gli/le studenti iscritti al Corso di Laurea Magistrale in Chimica e Tecnologie Sostenibili (CM7): si ricorda che è necessario che sappiano (e siano capaci di utilizzare) i concetti base di chimica quantistica: a tal riguardo, si raccomanda che abbiano raggiunto gli obiettivi formativi dell'insegnamento corrispondente (Chimica Quantistica), possibilmente (ma non necessariamente) avendone superato il relativo esame.

CONCETTI DI BASE DI MECCANICA QUANTISTICA
Spazi vettoriali hilbertiani, operatori hermitiani, e loro proprietà. Equazione di Schrödinger dipendente dal tempo e non dipendente dal tempo. 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.
SPETTROSCOPIA INFRAROSSA (IR), RAMAN, E DISCUSSIONE DI ALCUNE RELATIVE TECNICHE DI INDAGINE
Molecole poliatomiche: regole di selezione. Descrizione di alcune moderne tecniche sperimentali: ATR (Attenuated Total Reflection), SEIRAS (Surface Enhanced InfraRed Absorption Spectroscopy), RAIRS (Reflection-Absorption IR Spectroscopy). Spettroscopia Raman, applicazioni e tecniche SERS, TERS. Esempi di applicazioni ed esercizi.
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. 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). Classificazione degli impulsi hard e soft. Concetti base per analisi NMR mono-dimensionale. Spettroscopia 2D-NMR omonucleare e eteronucleare. Tecniche COSY, HSQC/HMQC, HMBC, DEPT, PGSE, DOSY. Esempi di applicazioni ed esercizi.

Principalmente appunti di lezione, corredati dal materiale preparato dal docente e caricato in Moodle.
Per la parte relative ai concetti base di quantomeccanica:
-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.

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova orale (durata di circa 30 minuti).
Tale prova orale consiste in una serie di domande aperte sull’intero programma, seguite da una breve presentazione (in formato PPT o PDF, massimo 8 minuti) descrivente l'applicazione di una tecnica spettroscopica per risolvere un problema e/o una ricerca da condurre.
Durante la domande aperte vengono discussi gli aspetti teorici delle tecniche spettroscopiche, e le loro applicazioni. Lo studente dovrà esporre con un linguaggio formalmente e scientificamente corretto i vari argomenti, dimostrando contestualmente di aver compreso il legame esistente tra i diversi aspetti teorici trattati e la loro correlazione con le tecniche spettroscopiche discusse nel corso, e di saper valutare comparativamente l’applicabilità, le problematiche e le prestazioni delle diverse tecniche spettroscopiche in funzione del problema da affrontare e/o delle ricerche da condurre.
Tramite la presentazione, riguardante l'applicazione di una tecnica spettroscopica per risolvere un problema e/o una ricerca da condurre, lo studente dimostrerà di essere in grado di comunicare in modo chiaro le informazioni apprese, e di saper descrivere, con un linguaggio appropriato, i risultati ottenuti dall’applicazione di una data tecnica spettroscopica.
Il voto finale viene espresso in trentesimi, ed è dato dalla somma del punteggio acquisito con le risposte alle domande aperte e di quello acquisito con la presentazione; la presentazione prevede l'acquisizione di un punteggio da 0 a 6 punti.
Per il superamento del corso viene richiesta agli studenti della magistrale Science and Technology of Bio and Nanomaterials anche la frequenza almeno del 80% delle lezioni.

Corso frontale organizzato in lezioni (svolte mediante l’utilizzo combinato della lavagna tradizionale e della proiezione di diapositive in formato PPT e/o PDF) comprensive anche di esempi di applicazione di opportuni programmi e di esercizi sui vari argomenti trattati; inoltre, esempi tratti da articoli scientifici saranno trattati durante le lezioni.
Le lezioni in aula saranno interattive e comprenderanno la risoluzione (usando anche applicativi e software specifici) di esercizi e problemi da parte degli/delle studenti su di una serie di argomenti e tematiche del corso; gli/le studenti saranno guidati dal docente alla comprensione degli esercizi e problemi loro assegnati. Di volta in volta gli/le studenti saranno chiamati a presentare e discutere in classe le soluzioni agli esercizi e problemi assegnati, a cui seguiranno domande da parte del docente e dei compagni di corso per verificare che gli/le studenti siano in grado di collegarli con il contesto generale del corso.
Dopo ogni lezione nella piattaforma MOODLE di Ateneo sara' caricato il materiale didattico proiettato in aula durante le lezioni comprensivo di eventuale materiale supplementare e di alcuni esempi di applicazione dei concetti per la descrizione ed interpretazione del dato spettroscopico ottenuto dalle diverse tecniche.
Per il superamento del corso viene richiesta agli studenti della magistrale Science and Technology of Bio and Nanomaterials anche la frequenza di almeno del 80% delle lezioni.

Inglese

Accessibilità, Disabilità e Inclusione

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.

orale