Techniki spektroskopowe

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

TSP

1

Celem wykładu jest poznanie najważniejszych metod badania i charakteryzacji materiałów i struktury elektronicznych i fotonicznych, opartych na oddziaływaniu różnego rodzaju promieniowania z materią. Zróżnicowane techniki spektroskopowe stosuje się powszechnie w chemii, fizyce, astronomii i innych obszarach w celu uzyskania różnorodnych informacji o badanej substancji, począwszy od składu atomowego, przez budowę chemiczną, aż po strukturę jej powierzchni. Tematyka wykładu obejmować będzie poznanie najważniejszych metod spektroskopowych: zjawisk, na których są oparte, technik eksperymentalnych oraz zastosowań.

Treść wykładu:

1. Promieniowanie elektromagnetyczne. Oscylatorowy model materii.
   Oddziaływanie promieniowania EM z materią, absorpcja, emisja spontaniczna i wymuszona, szerokość linii widmowej. Emisja i absorpcja oscylującego dipola, moment przejścia, reguły wyboru, siła oscylatora. Przejścia oscylacyjno - rotacyjne. Efekty nieliniowe. (4)
2. Definicja i rodzaje spektroskopii, widmo spektroskopowe. Spektroskopia w zakresie ultrafioletu, widzialnym i podczerwieni. Jednostki energetyczne i fotometryczne. Źródła światła i podstawy działania laserów. Lasery do zastosowań spektroskopowych. (2)
3. Oprzyrządowanie, metody dyspersji światła - monochromatory i detektory, spektrometry i fluorymetry, technika heterodynowa. Aparatura do rejestracji widm absorpcyjnych w podczerwieni, spektrometry podczerwieni, spektrometry z transformacją Fouriera. Podstawowe informacje o pracy z wysoką próżnią i niskimi temperaturami. (1)
4. Spektroskopia transmisyjna/absorpcyjna, emisyjna i odbiciowa. Układy optyczne i aparatura i ich charakterystyka. Widma emisji i wzbudzenia. (1)
5. Techniki impulsowe, zasada, rozdzielczość czasowa. Metody pikosekundowej i femtosekundowej spektroskopii rozdzielczej w czasie. Zliczanie fotonów z korelacja czasową (TCSPC), aparatura i przykłady zastosowań, widma rozdzielcze w czasie. Pomiary czasów życia stanów wzbudzonych - detekcja fazy i modulacji; porównanie z metodą TCSPC. (1)
6. Spektroskopia nieliniowa, spektroskopia dwufotonowa i nasyceniowa, konwersja wzbudzenia, efekty kooperatywne. Spektroskopia mieszania czterech fal (4WM). Techniki typu wiązka pompująca-wiązka sondująca. (pump-probe), absorpcja przejściowa, femtosekundowy optyczny efekt Kerra, echo fotonowe. (1)
7. Spektroskopia laserowa wysokiej rozdzielczości, technika zawężania linii widmowej (FLN) i wypalania dziur (hole burning). Polaryzacja (anizotropia) wzbudzenia i emisji - pomiary w fazie ciekłej i w szkliwach; analiza przejść absorpcyjnych na podstawie widm anizotropii wzbudzenia. (1)
8. Zastosowanie spektroskopii optycznej do charakteryzacji ośrodków laserów na ciele stałym i materiałów półprzewodnikowych. Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni do charakteryzacji i określenia struktury molekuł. (1)
9. Metoda osłabionego całkowitego wewnętrznego odbicia ATR (Attenuated Total Reflection) Reflekcyjno-absorpcyjna spektroskopia w podczerwieni RAIRS (IRRAS) Reflection-Absorption InfraRed Spectroscopy (1)
10. Nieelastyczne rozpraszanie światła: podstawy fizyczne zjawiska nieelastycznego rozpraszania światła; spektroskopia Ramana jako narzędzie badań strukturalnych i metoda analizy chemicznej w nanoskali. Spektroskopia ramanowska w badaniach powierzchni, powierzchniowo wzmocniona spektroskopia Ramana (SERS) (2)
11. Spektroskopia absorpcyjna promieni X: techniki eksperymentalne, promieniowanie synchrotronowe i jego właściwości; lasery na swobodnych elektronach. (2)
12. Struktura subtelna widm absorpcji jako źródło informacji o lokalnej struktury atomowej i elektronowej materiałów (XANES, EXAFS), zastosowania w fizyce, chemii i inżynierii materiałowej. (3)
13. Fluorescencja rentgenowska i jej zastosowania do analizy chemicznej. (2)
14. Spektrometria magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR): podstawy teoretyczne, aparatura; wykorzystanie widm NMR do ustalania budowy cząsteczek od małych cząsteczek do makromolekuł; spektrometria NMR w medycynie i innych dziedzinach wiedzy. (4)
15. Spektrometria mas: podstawowe pojęcia spektrometrii mas; budowa spektrometru mas; wybrane metody analizy jonów i metody jonizacji; podstawy interpretacji widm masowych, sprzężenie spektrometrii mas z chromatografią gazową i cieczową. (4)

Zakres laboratorium:

W ramach ćwiczeń laboratoryjnych studenci zapoznają się praktycznie ze

sposobami przygotowania próbek, wykonaniem pomiaru oraz analizą wyników

pomiarowych dla wybranych metod badań spektroskopowych:

1. Badanie detektorów promieniowania elektromagnetycznego
2. Badanie źródeł promieniowania EM
3. Metrologia laserowa
4. Spektroskopia absorpcyjna UV-Vis-NIR.
5. Spektroskopia Ramana

1. Z. Kęcki, "Podstawy spektroskopii molekularnej", PWN, W-wa, 1992.
2. J. Konarski, "Teoretyczne podstawy spektroskopii molekularnej", PWN, W-wa, 1991
3. W. Gawlik, "Spektroskopia optyczna UV/VIS" w Fizyczne metody badań w biologii, medycynie i ochronie środowiska (red. A.Z. Hrynkiewicz, E. Rokita) PWN W-wa 1999, str. 188-221
4. J. Garcia Sole, L.E. Bausa, D. Jaque, "Introduction to the Optical Spectroscopy of Inorganic Solids", John Wiley & Sons
5. R. Naskręcki, "Femtosekundowa spektroskopia absorpcji przejściowej" Wyd. Uniw.Adama Mickiewicza w Poznaniu 2000
6. H. Bubert and H. Jenet, "Surface and thin film analysis: principles, instrumentation, application" Wiley-VCH Verlag, 2002
7. H. Günther, "Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego" PWN 1983
8. R.A.W. Johnstone, M.E. Rose "Spektrometria mas" PWN 2001

Przedmiot będzie zaliczany na podstawie:

• Dwóch kolokwiów z materiału wykładowego (60%)
• Oceny zadań wykonywanych w laboratorium (40%)

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki