Утверждаю
| Вид материала | Рабочая программа |
- Утверждаю утверждаю, 21.26kb.
- «утверждаю» «утверждаю», 262.03kb.
- Утверждаю утверждаю, 393.06kb.
- «Утверждаю» «Утверждаю» Председатель Совета доу заведующий мдоу №25, 113.74kb.
- Кикбоксинг против наркомании и детской преступности «Утверждаю» «Утверждаю», 78.29kb.
- Утверждаю: утверждаю, 156.74kb.
- «утверждаю» «утверждаю» Председатель республиканского Директор маоудод «цдтт №5» совета, 42.86kb.
- Утверждаю» «Утверждаю», 163.81kb.
- «Динамо», 49.89kb.
- Утверждаю: утверждаю: Председатель Глава администрация оо «Гомельский рыболовный клуб», 78.23kb.
Приложение
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"__" __________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
Молекулярная спектроскопия в биофизике
Направление подготовки
011200 Физика
Профиль подготовки
Биофизика
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов,
2011
1. Цели освоения дисциплины
Цель освоения дисциплины «Молекулярная спектроскопия в биофизике» заключается в обеспечении студентов базовыми знаниями в области спектроскопии молекул, составляющих биологические объекты, на основе общефизической и общетеоретической подготовки бакалавров-физиков. Одна из основных целей состоит в обеспечении студентов знаниями и навыками в исследовании энергетической и пространственной структуры свободных и связанных молекул, связанных с общими вопросами спектроскопии, закономерностями формирования уровней энергии, соответствующих внутренним движениям (электронному, колебательному, вращательному) атомов или молекул и их оптических спектров. Знание данной дисциплины необходимо для исследования многих явлений в области атомной и молекулярной физики, физики твердого тела, химии, биологии..
2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Молекулярная спектроскопия в биофизике» относится к профессиональному циклу (Б.3), вариативной части дисциплин (В.8).
В рамках учебного плана дисциплина «Молекулярная спектроскопия в биофизике» базируется на теоретических представлениях и математико-аналитическом аппарате таких дисциплин математического и естественнонаучного цикла как «Физические методы регистрации биологических параметров», профессионального цикла: «Оптика». Также требуются практические навыки, полученные в рамках дисциплины профессионального цикла «Спецпрактикум 1»
Для успешного усвоения дисциплины необходимы знания основ и методов оптики и физики атомов и атомных явлений, основных представлений о классической и квантовой теории излучения света атомами, молекулярной физики, теории точечных и пространственных групп.
При освоении дисциплины «Молекулярная спектроскопия в биофизике» студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с учебными пособиями и монографической литературой, в том числе на иностранном языке, уметь осуществлять поиск в базах данных научной литературы, формулировать поисковые запросы и фильтрацию результатов поиска. Студенты должны иметь навыки работы с персональным компьютером достаточные для самостоятельного освоения пользовательского интерфейса и функциональных возможностей пакетов программ для научных и инженерных расчетов и обработки экспериментальных данных (Matlab, Mathcad, Originlab Origin и др.).
Знания, полученные при освоении дисциплины «Молекулярная спектроскопия в биофизике», необходимы при выполнении студентом квалификационных работ в течение всего курса обучения по профилю «Биофизика».
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Молекулярная спектроскопия в биофизике».
В результате освоения дисциплины « Молекулярная спектроскопия в биофизике» должны формироваться в определенной части следующие компетенции:
общекультурные:
ОК-16 - способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности навыки работы с информацией из различных источников
общепрофессиональные:
ПК-3 - способность эксплуатировать современную физическую аппаратуру и оборудование;
ПК-5 - способность применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов физических исследований (в соответствии с профилем подготовки)
В результате освоения дисциплины « Молекулярная спектроскопия в биофизике» обучающийся должен:
•Знать:
- классические модели излучения разреженных сред, теплового излучения конденсированных сред;
- основные представления о классической и квантовой теории излучения света атомами и молекулами;
- основы молекулярной физики;
- теории точечных и пространственных групп.
•Уметь:
- излагать и критически анализировать основные положения теории формирования спектров, а также их практических возможностей;
- пользоваться теоретическими основами обработки спектров и практическими навыками, полученными в ходе освоения дисциплины, для обработки и анализа спектров с целью получения информации о структуре и составе вещества;
- пользоваться экспериментальным оборудованием, настраивать и эксплуатировать спектральные приборы;
•Владеть:
- методами математической обработки спектров;
- практическими навыками регистрации спектров;
- практическими навыками экспериментальной работы со спектральными приборами.
4. Структура и содержание дисциплины «Молекулярная спектроскопия в биофизике»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 90 часов (32 часа лекций, 58 часов самостоятельной работы)
4.1. Структура дисциплины
| № п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
| 1 | Общие вопросы спектроскопии. | 6 | 1 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 2 | Молекулярная спектроскопия. Вращательная спектроскопия | 6 | 2 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 3 | Колебательная спектроскопия | 6 | 3 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 4 | Электронная спектроскопия молекул | 6 | 4 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 5 | Электронная спектроскопия связанных молекул | 6 | 5 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 6 | Спектроскопия твердого тела | 6 | 6 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 7 | Люминесцен-ция | 6 | 7 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 8 | Экспериментальные методы молекулярной спектроскопии. | 6 | 8 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 9 | Применение спектроскопии в биологии и медицине | 6 | 9 | Л 2 | СР 2 | | | |
| 10 | Итог | | | Л 32 | СР 58 | | | Экзамен |
4.2. Содержание дисциплины
1. Основы теории взаимодействия излучения с атомами и молекулами. Вероятности переходов. Полуклассическая теория взаимодействия излучения с веществом на основе теории возмущений, зависящих от времени. Дипольное приближение. Константы скорости переходов для различных атомно-молекулярных движений. Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна, время жизни в возбужденном состоянии. Сила осцилляторов. Сила перехода.
2. Спектроскопия свободных молекул. Описание движения свободных молекул. Система коллективных координат. Двухатомные молекулы. Модели жесткого и нежесткого ротаторов.
8. Многоатомные молекулы. Моменты инерции и вращательные состояния. Вращательные модели нелинейных молекул: сферический, симметричный и асимметричный волчки. Информативность вращательных спектров.
9. Двухатомные молекулы. Модель колеблющегося ротатора в гармоническом и ангармоническом приближении. Колебательно-вращательные спектры инфракрасного поглощения и комбинационного рассеяния света. Интенсивности и поляризации в спектрах.
10. Многоатомные молекулы. Выбор колебательных координат. Нормальные колебания. Формы колебаний. Характеристичность. Симметрия колебаний. Симметрия нормальных смещений и нормальных координат. Классификация нормальных колебаний по симметрии. Теоретико-групповой анализ колебаний.
11. Ангармонизм. Симметрия колебательных состояний. Правила отбора по симметрии. Информативность колебательных спектров. Колебание кристаллических решеток. Колебательные спектры кристаллов
12. Электронные состояния и химическая связь в молекулах. Построение молекулярных орбиталей из атомных. Связывающие, разрыхляющие, несвязывающие орбитали. Особенности образования электронных орбиталей многоатомных молекул. Гибридизация.
13. Электронно-колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Правила отбора. Колебательная структура электронных переходов. Вращательная структура электронно-колебательных переходов. Парабола Фортра. Образование кантов. Принцип Франка-Кондона. Распределение интенсивности в спектрах электронно-колебательных переходов.
14. Классификация молекулярных взаимодействий. Потенциалы парных, и коллективных взаимодействий. Универсальные взаимодействия, их влияние на положение, интенсивность и форму электронных полос. Специфические взаимодействия. Примеры специфических взаимодействий и их спектральных проявлений: водородная связь, комплексы с переносом заряда.
15. Обзор методов регистрации и анализа вращательных, колебательно-вращательных, электронно-колебательных спектров. Спектры поглощения, испускания, рассеяния. Извлечение информации о строении и энергетической структуре свободных и связанных молекул.
Применение спектроскопических методов в экологии, биологии и медицине. 16. Методы мониторинга атмосферного воздуха. Методы мониторинга водных сред. Спектроскопия в биолого-медицинских исследованиях. Диагностические и лечебные физические методы в медицине.
5. Образовательные технологии
При реализации дисциплины «Молекулярная спектроскопия в биофизике» используются следующие виды учебных занятий: лекции, консультации, самостоятельные работы.
В рамках лекционных занятий предусмотрены активные формы учебного процесса: разбор конкретных ситуаций, натурные демонстрации, компьютерные демонстрации с использованием интерактивных и мультимедийных технологий.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
6.1 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Виды самостоятельной работы студента:
- изучение теоретического материала по конспектам лекций и рекомендованным учебным пособиям, монографической учебной литературе;
- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных в программе дисциплины, нерассмотренных на лекциях;
- выполнение комплекса заданий теоретического характера, расчетных и графических по всем разделам дисциплины;
- выполнение практических заданий по обработке полученных спектров;
Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов:
- самостоятельная работа обучающихся по изучению теоретического лекционного материала предусмотрена один раз в неделю; контроль выполнения этой работы предусмотрен на лекциях по данной дисциплине;
- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных в программе дисциплины и нерассмотренных на лекциях, предусматривается по мере изучения соответствующих разделов, в которых выделены эти вопросы для самостоятельного изучения; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен в рамках промежуточного контроля – экзамена по данной дисциплине;
При выполнении самостоятельной работы студенты должны использовать информационное обеспечение, указанное в п.7 данной рабочей программы.
6.2 Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля:
1. От каких условий эксперимента зависит разрешение спектральных полос?
2. В каких случаях происходит нарушение закона Бугера-Бера?
3. Каким образом растворители влияют на характеристики спектров?
4. Какие характеристики вещества можно получить из спектров?
5. В чем заключается влияние стенок кюветы на регистрируемую оптическую плотность образца?
6. Каким образом рассчитывают свойства молекул по колебательно-вращательным спектрам? Рассчитать параметры молекулы соляной кислоты.
7. Как изменяются спектры люминесценции молекул при добавлении в раствор тяжелых атомов?
8. В чем заключается метод МОЛКАО? Как изменяются спектры органических молекул при увеличении количества идентичных компонент?
9. В чем заключаются преимущества использования поляризационных фильтров при регистрации спектров люминесценции порошков?
10. Временные зависимости люминесценции.
11. Основные типы спектральных приборов и принципы их функционирования.
12. Основные принципы определения концентрации веществ при помощи спектрофотометрии.
13. Пространственная конфигурация молекулы. Типы колебаний, колебательные энергетические уровни.
14. Закономерности формирования колебательно-вращательных спектров, правила отбора.
15. Спектр возбуждения молекул. Спектр люминесценции. Однородное и неоднородное уширение спектров люминесценции и поглощения.
16. Влияние реабсорбции на спектр люминесценции.
6.4 Контрольные вопросы и задания для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины «Молекулярная спектроскопия в биофизике»
1. Основы теории взаимодействия излучения с атомами и молекулами.
2. Тонкая структура термов. Правила отбора для излучательных переходов.
3. Спектроскопия свободных молекул.
7. Многоатомные молекулы.
8. Двухатомные молекулы.
9. Классификация нормальных колебаний по симметрии. Теоретико-групповой анализ колебаний.
10. Колебательные спектры кристаллов.
11. Электронные состояния и химическая связь в молекулах.
12. Электронно-колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул.
13. Классификация молекулярных взаимодействий.
14. Методы регистрации спектров.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Молекулярная спектроскопия в биофизике»
а) основная литература:
- Заказнов, Н. П. Кирюшин, С. И., Кузичев, В. И. Теория оптических систем : учеб. пособие . -4-е изд., стер. СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2008 – 446 с.
- Курс физики: учеб. пособие : в 3 т./ И. В. Савельев. - (Учебники для вузов. Специальная литература). - (Классическая учебная литература по физике). - (Лучшие классические учебники). - 3-е изд., стер. Т. 3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твёрдого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2007 301 с
- Пентин Ю.А, Курамшина Г.М. Основы молекулярной спектроскопии : учеб. пособие М.: Мир: БИНОМ. Лаб. Знаний, 2008, 398 с
- Ландсберг Г.С. Оптика : учеб. пособие . -6-е изд., стер. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010, 848 с.
б) дополнительная литература:
- В.Шмидт Оптическая спектроскопия для химиков и биологов. М.:Техносфера, 2007, 368 с.
- Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский И.Ю. Техника и практика спектроскопии. М.:Наука, 1972, 375 с.
- Оптическая биомедицинская диагностика = Optical Biomedical Diagnostics: учеб. пособие : в 2 т. : пер. с англ./ под ред. В. В. Тучина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007
- Баличева Т. Г., Белорукова Л. П., Звинчук Р. А., Кондратьев Ю. В. Физические методы исследования неорганических веществ : учеб. пособие М.: Академия, 2006, 442 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
Учебно-методические материалы практикума, размещенные на сайте кафедры оптики и биофотоники Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского ссылка скрыта
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
«Молекулярная спектроскопия в биофизике»
- спектрофлуориметр;
- спектрофотометр CARY2415;
- спектрофотометр двухлучевой двухволновой для биологических исследований;
- интегрирующая сфера.
- лабораторное оборудование и материалы практикума.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 011200 Физика и профилю подготовки Биофизика.
Автор:
профессор кафедры оптики и биофотоники,
д.ф.-м.н., профессор В.И. Кочубей
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники
от 14 января 2011 года, протокол № 1/11.
Подписи:
Зав. кафедрой В.В. Тучин
Декан физического факультета
(факультет, где разработана программа) В.М. Аникин
Декан физического факультета
(факультет, где реализуется программа) В.М. Аникин