Программа и задавальник

Задавальник и программа по курсу "Физические методы исследования" в 2018 году:

 zadavalnik_2018_autumn.pdf

Программа экзамена по курсу «Физические методы исследования»

1. ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1. Измерения прямые и косвенные. Погрешности прямых и косвенных измерений. Эталоны.

1.2. Методы измерений: отклонений, разностный, нулевой. Источники погрешностей. Систематические и случайные погрешности.

1.3. Метрологические характеристики измерительных систем: порог обнаружения, чувствительность, разрешающая способность; динамический диапазон, время отклика.

1.4. Временное и спектральное представление процессов. Преобразование Фурье. Соотношение неопределенностей. Полоса пропускания измерительной системы.

1.5. Помехи и шумы. Равновесные и неравновесные шумы. Спектральная плотность мощности шума.

1.6. Случайные величины. Плотность распределения вероятности случайной величины. Центральная предельная теорема. Характеристики случайных величин.

1.7. Сигналы аналоговые и цифровые. Шум цифровой записи. Частота выборки.

 

2.РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ

2.1. Магнитные моменты электронов и ядер. Гиромагнитное отношение для ядер и электронов. g-фактор. Магнетон Бора и ядерный магнетон.

2.2. Спин в постоянном магнитном поле. Эффект Зеемана. Поглощение энергии электромагнитного поля системой спинов. ЭПР и ЯМР. Диапазоны постоянных магнитных полей и резонансных частот.

2.3. Правила отбора в спектроскопии ЯМР. Константа экранирования. Химический сдвиг протонов и тяжелых ядер. Эталонные соединения.

2.4. Спин-спиновое взаимодействие и мультиплетность сигналов ЯМР. Константа спин-спинового взаимодействия. Методы подавления спин-спинового взаимодействия.

2.5. Мультиплетность сигналов в ЯМР. Химический обмен. Вид спектра ЯМР в условиях быстрого и медленного обмена.

2.6. Структурные и динамические характеристики молекул, определяемые по виду спектра ЯМР.

2.7. Принципиальная схема ЯМР-спектрометра. Требования к напряженности и однородности постоянного магнитного поля. Способы минимизации аппаратурного уширения линий.

2.8. Интенсивность и ширина линий в спектрах ЯМР. Понятие о продольной (спин-решеточной) и поперечной (спин-спиновой) релаксации.

2.9. Импульсные методы ЯМР. 90о- и 180о- импульсы, Фурье-ЯМР спектроскопия. Измерение времен продольной и поперечной релаксации.

2.10. Методы ЯМР с градиентом магнитного поля. Принципы одностороннего ЯМР и ЯМР-томографии.

2.11. Спектроскопия ЭПР. Сверхтонкая структура спектра ЭПР. Структурные и динамические характеристики вещества, определяемые методом ЭПР.

2.12. Принципиальная схема ЭПР-спектрометра. Особенности регистрации сигналов ЭПР по сравнению с сигналами ЯМР.

3. ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

3.1. Поглощение электромагнитного излучения веществом. Закон Бугера-Ламберта-Бэра.

3.2. Поглощение, испускание и рассеяние электромагнитного излучения в различных спектральных диапазонах. Спектроскопия поглощения, испускания и рассеяния света.

3.3. Равновесное излучение. Формула Планка. Яркостная, цветовая и радиационная пирометрия. Равновесные и неравновесные источники излучения в различных спектральных диапазонах.

3.3. Интенсивность и ширина спектральных линий. Естественное, доплеровское и столкновительное уширение спектральных линий. Аппаратная ширина линии.

3.5. Приемники излучения на основе внешнего фотоэффекта. Принцип действия фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Шумы и порог чувствительности детекторов электромагнитного излучения. Приемники излучения для различных спектральных диапазонов.

3.6. Селекция электромагнитного излучения в оптическом диапазоне. Диспергирующие элементы спектральных приборов: призма, дифракционная решетка, интерферометр. Монохроматоры. Разрешающая способность спектральных приборов. Конструкция приборов для реализации спектроскопии поглощения, испускания, пропускания, рассеяния.

3.7. Виды молекулярной спектроскопии в различных диапазонах электромагнитного излучения. Вращательная спектроскопия. Модели жесткого и нежесткого ротатора. Интерпретация вращательных спектров. Правила отбора во вращательной спектроскопии.

3.8. Колебательная спектроскопия. Модели гармонического и ангармонического осциллятора. Колебания многоатомных молекул. Интерпретация колебательных спектров. Колебательно-вращательные переходы в двухатомной молекуле. Правила отбора в колебательной спектроскопии, в колебательно-вращательной спектроскопии.

3.9. Электронные переходы. Электронно-колебательно-вращательные спектры. Приближение Борна-Оппенгеймера. Принцип Франка-Кондона. Правила отбора в электронно-колебательно-вращательных переходах. Диссоциативный предел спектра. Определение энергии диссоциации. 

4. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

4.1. Принцип действия лазера. Методы создания инверсной заселенности. Пороговое условие. Модовый состав лазерного излучения. Селекция мод в лазере. Генерация коротких импульсов: методы модуляции добротности и синхронизации мод.

4.2. Применение лазеров как источников излучения в спектроскопии. Абсорбционный, внутрирезонаторный, оптико-акустический и флуоресцентный методы лазерной спектроскопии.

5. ХРОМАТОГРАФИЯ

5.1. Физическая и химическая адсорбция. Адсорбционно-десорбционное равновесие. Изотермы адсорбции. Изотермы Ленгмюра, Генри, полислойной адсорбции.

5.2. Кинетика адсорбции-десорбции в потоке газа-носителя. Концепция теоретических тарелок. Закон распределения Нернста. Ширина и форма хроматографического пика. Разрешающая способность хроматографической колонки. Влияние скорости потока, диффузии, температуры и других факторов на ширину и форму хроматографического пика.

5.3. Принципиальное устройство и принцип работы газового хроматографа. Набивные и капиллярные хроматографические колонки, их параметры. Оптимальные размеры и разрешение хроматографической колонки. Детекторы. Зависимость времени удерживания молекулы на хроматографической колонке от температуры. Хроматография с программируемым нагревом.

5.4. Жидкостная хроматография. Нормально-фазовая и обращенно-фазовая хроматография. Градиентное элюирование. Устройство жидкостного хроматографа. Детекторы в жидкостной хроматографии.

6. ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА

6.1. Поддиапазоны вакуума и их физические границы. Различные режимы течения газа. Процессы переноса при различных давлениях и температурах: диффузия, эффузия (температурная транспирация), вязкость, теплопроводность.

6.2. Проводимость элементов вакуумных систем. Методы получения вакуума. Классификация вакуумных насосов по принципу их действия. Напуск газа в вакуумную камеру.

6.3. Измерение давления в вакуумных системах. Механические, тепловые и ионизационные манометры, принципы их действия. Физические ограничения диапазонов применимости различных манометров.

6.4. Течи в вакуумной системе. Влияние натекания на скорость откачки и предельный вакуум. Методы обнаружения течей.

7. МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ

7.1. Метод масс-спектрометрического анализа. Единицы измерения массы: а.е.м., Дальтон, Томсон. Блок-схема масс-спектрометра. Масс-спектр. Аналитические характеристики масс-спектрометра: точность измерения масс, разрешающая способность, динамический диапазон, порог детектирования, чувствительность.

7.2. Методы ионизации: ионизация электронным ударом, химическая ионизация, фотоионизация, полевая ионизация, бомбардировка быстрыми атомами, матричная лазерная десорбция/ионизация (MALDI), электроспрей. Молекулярные, осколочные, квазимолекулярные ионы. Метастабильные ионы.

7.3. Детектирование ионов: деструктивное и недеструктивное детектирование ионов. Устройства для детектирования ионов: коллекторный детектор, коллекторный детектор с антидинатронным электродом, цилиндр Фарадея, вторичный электронный умножитель, микроканальная пластина.

7.4. Масс-анализаторы: принципы действия, разрешающая способность. Секторный магнитный масс-анализатор, фокусировка ионов по энергиям, масс-спектрометр с двойной фокусировкой, квадрупольный масс-анализатор, квадрупольная ионная ловушка, времяпролетный масс-анализатор.

8. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

8.1. Температура. Диапазон температур в химической физике. Первичные термометры. Контактные методы измерения температуры (термометры расширения, термометр сопротивления, термопара)

8.2. Бесконтактные методы измерения температуры. Равновесное излучение. Формула Планка. Яркостная, цветовая и радиационная пирометрия.

8.3. Понятие температуры в неравновесных системах на примере плазмы тлеющего разряда. Методы измерения температуры электронов и тяжелых частиц.

ЛИТЕРАТУРА

Рекомендуемые учебники:

1. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. М., Мир, 2003.

2. Драго Р. Физические методы в химии. Т. 1,2. М.: Мир, 1981.

3. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 2002.

4. Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000.

5. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: КомКнига, 2006.

6. Сысоев А.А., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. М., Атомиздат, 1977.

7. Устынюк Ю.А. Лекции по спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Ч. 1 (вводный курс). М.: Техносфера, 2016.

8. Бенуэлл К. Основы молекулярной спектроскопии. М: Мир, 1985.

9. Демтредер В. Лазерная спектроскопия. М.: Наука, 1985.

10. Сердюк И., Заккаи Н., Заккаи Дж. Методы в молекулярной биофизике. Структура, функция, динамика, уч. Пособие в 2-х томах. Красноярск: Издательство КДУ, 2009.

11. Пергамент М.И. Методы исследований в экспериментальной физике. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2010.

12. Франкевич Е.Л. Физические методы исследования: учеб. пособие. М.: МФТИ, 1978 (Ч. 1); 1980 (ч. 2); 1986 (ч. 3).

Сайт создан с Mozello - самым удобным онлайн конструктором сайтов.

 .