Лектор: д.ф.-м.н., профессор Петрова Галина Петровна
(кафедра кафедра молекулярных процессов и экстремальных состояний вещества физического факультета МГУ)

Код курса:

Статус:

Аудитория:

Специализация:

 

Семестр:

Трудоёмкость:

Лекций:

Практ. занятий:

Отчётность:

Начальные
компетенции:

Приобретаемые
компетенции:

обязательный

специальный

Физика молекулярных процессов

1,2

4 з.е.

62 часа

4 часа

экзамен

М-ПК-1,
М-ПК-6

М-ПК-3,
М-ПК-4

Аннотация курса

Целью данного спецкурса является знакомство студентов, с теоретическими основами и экспериментальными приемами работы на современных оптических установках, предназначенных для исследований характера теплового движения молекул и межмолекулярного взаимодействия в различных жидких средах - изотропных и анизотропных жидкостях различных типов, а также в растворах сложных систем – заряженных макромолекул (белков и ферментов).

Рассматриваются трансляционные и вращательные движения молекул, связанные с процессами диффузии в различных средах. В рамках курса студенты познакомятся с основами методов спектроскопии оптического смешения и корреляции фотонов, а также с некоторыми экспериментальными результатами, полученными с помощью фотонно-корреляционного спектрографа. Большое внимание в спецкурсе уделено методам люминесцентной спектроскопии и поляризации люминесценции. Приводятся экспериментальные результаты по исследованию ориентационной корреляции молекул жидких кристаллов и вращательной подвижности белковых молекул в растворах, содержащих тяжелые металлы.

Приобретаемые знания и умения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать основные принципы работы на современных оптических установках, управляемых компьютером; уметь использовать основные современные системы для сбора и обработки данных.

Образовательные технологии

Лекции читаются с использованием современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования.

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП

Экспериментальные методы, рассмотренные в курсе, используются в лабораториях кафедры молекулярной физики и задачах специального практикума («Определение параметров макромолекул в водных растворах методом рэлеевского рассеяния света»). Курс можно рассматривать как продолжение и приложение вопросов, излагаемых в курсах по «Физике жидкостей».

Дисциплины и практики, для которых освоение данного курса необходимо как предшествующего

Научно-исследовательская практика, научно-исследовательская работа, курсовые и дипломные работы, задачи специального практикума.

Основные учебные пособия, обеспечивающие курс

1. У.Флайгер Строение и динамика молекул т.1 и 2, Из-во «Мир» Москва.1982.

2. М.Ф. Вукс Электрические и оптические свойства молекул и конденсированных сред.Л. Из-во ЛГУ, 1984.

3. Левшин В.Л. «Фотолюминесценция жидких и твердых веществ» // М,1951.

4. Н.В.Бриллиантов, О.П. Ревокатов. Молекулярная динамика неупорядоченных сред. Из-во МГУ.1996.

Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов. Из-во «Мир» Москва, 1978.

5. Дж. Лакович , Основы флуоресцентной спектроскопии , М. «Мир» 1986.

6. Л.В. Левшин, А.М. Салецкий . Оптические методы исследования     молекулярных систем .Из-во МГУ, 1994.

7. Ленинджер А. «Биохимия» // М,1974.

8. Тенфорд Ч. «Физическая химия полимеров» // изд-во "Химия", Москва, 1965.

9. Владимиров Ю.А. «Фотохимия и люминесценция белков»// М, 1965.

10. Левшин В.Л., Левшин Л.В. «Люминесценция и ее применение» // М,1972.

Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс

1.Г.П.Петрова Оптические спектральные методы исследования жидкостей и растворов. Часть 1. Учебное пособие МГУ им. М.В.Ломоносова физический факультет .Москва 2009

2. Г.П.Петрова Оптические спектральные методы исследования жидкостей и растворов. Часть 2. Учебное пособие МГУ им. М.В.Ломоносова физический факультет .Москва 2009

Основные научные статьи, обеспечивающие курс

1. Бойко А.В и др. «Структурные фазовые переходы в растворах белков, содержащих ионы легких и тяжелых металлов», Препринт № 2/2005, МГУ, физический ф-т.

2. Петрусевич Ю.М., Петрова Г.П., Макуренков А.М., Бойко А.В. «Исследование сорбции ионов кобальта в водных растворах сывороточного альбумина методами ЭПР и светорассеяния» 2009

Г.П. Петрова, Ю.М. Петрусевич, И.А. Сергеева, С.Е. Сергеев, В.В. Фадеев,         3. Е.А. Ширшин Эффект кластеризации в растворах альбумина и гамма-глобулина, содержащих ионы тяжелых металлов, изученный методом поляризации флуоресценции.Физические проблемы экологии № 17,284-290 2011г.

4. Петрова Г.П., Петрусевич Ю.М., Гурова М.А., Сергеева И.А., Тихонова Т.Н., Федорова К.В., Чжан Сяолей. «Физический механизм токсического воздействия тяжелых металлов на белки и ферменты». // Мед. физика, 2010, № 2 (46), с. 101–104.

5. Петрова Г.П., Петрусевич Ю.М., Гурова М.А., Сергеева И.А., Тихонова Т.Н., Федорова К.В., Чжан Сяолей. «Физический механизм токсического воздействия тяжелых металлов на белки и ферменты». // Мед. физика, 2010, № 2 (46), с. 101–104.

Программное обеспечение и ресурсы в интернете

http://molphys.phys.msu.ru

Контроль успеваемости

Промежуточная аттестация проводится на 8 неделе в форме коллоквиума с оценкой. Критерии формирования оценки – уровень знаний пройденной части курса.

Текущая аттестация проводится еженедельно. Критерии формирования оценки – посещаемость занятий, активность студентов на лекциях, уровень подготовки к семинарам.

Фонды оценочных средств

Контрольные вопросы для текущей аттестации на семинарах; задания для практических (лабораторных) занятий; вопросы и задачи для контрольных работ и коллоквиумов; вопросов к зачётам и экзаменам; темы докладов и рефератов.

                                         Раздел

Неделя

 Спектры. Основные понятия. Спектры линейчатые, полосатые, сплошные.

 Спектр излучения черного тела. Характеристики спектральных приборов.

 Разрешающая сила, дисперсия линейная и угловая. Аппаратный контур.

1

 Распространение электромагнитного излучения в веществе. Поглощение и рассеяние света. Закон Ламберта-Бугера-Бера. Основные характеристики поглощения света.

 Рассеяние света. Мутные среды. Индикатриса рассеяния.

 Рэлеевское рассеяние света. Теория Эйнштейна – Смолуховского.

 Рассеяние на флуктуациях концентрации.

2

 Рассеяние в растворах макромолекул. Теория Дебая. Осмотическое давление.Закон Вант-Гоффа.

 Анизотропия рассеяния. Рассеяние на флуктуациях ориентации молекул среды.

 Коэффициент деполяризации рассеянного света. Фактор Кабанна.

3

 Использование метода Рэлея-Дебая для определения параметров макромолекул в

растворах. Экспериментальные устройства.

4

 Исследование растворов заряженных макромолекул (белков). Влияние третьей компоненты раствора — малых ионов. Теория Скэтчарда.

5

 Диполь-дипольное взаимодействие молекул белков в растворах, содержащих ионы тяжелых металлов (ионы с большими ионными радиусами). Дипольные белковые наноструктуры.

6

 Рассеяние света на крупных неоднородностях. Метод Зимма.

7

 Спектроскопия рассеянного света. Шкала частот рассеянного излучения. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (МБ). Соотношение интенсивностей в компонентах триплета МБ ( теория Ландау-Плачека). 

8

 Экспериментальные устройства для исследования тонкой структуры рассеянного света. Интерферометр Фабри-Перо.

 Триплет МБ в жидкостях с различной вязкостью. Триплет МБ в анизотропных средах
(жидких кристаллах). Дисперсия звука в жидкостях и жидких кристаллах. Акустические параметры сред на гиперзвуковых частотах.

9

 Диффузия частиц жидкости.Трансляционные и вращательные движения. Законы Фика. Вращательные движения анизотропных молекул. Крыло линии Рэлея в жидкостях.

 Экспериментальное исследование крыла рэлеевской линии в изотропной фазе жидких кристаллов.

10

 Спектры тепловых молекулярных флуктуаций. Корреляционные функции.

 Спектральная плотность тепловых молекулярных флуктуаций.

 Связь корреляционной функции флуктуаций интенсивности и оптический спектр. Теорема Винера-Хинчина.

 Корреляционная функция Ван-Хова. Закон рассеяния

11

 Определение корреляционных функций рассеянного света. Гомодинный и гетеродинный методы.Спектроскопия оптического смешения и метод корреляции фотонов Принцип работы фотонно-корреляционного спектрометра.

12

 Примеры экспериментальных устройств. Определение коэффициента диффузии заряженных молекул Экспериментальные результаты определения коэффициентов диффузии белков и ферментов в растворах

13

 Методы люминесцентной спектроскопии в жидких средах.

Спектры люминесценции. Классификация процессов люминесценции. Поляризация люминесценции Степень поляризации и анизотропия флуоресценции. Фотоселекция. Фотоотбор. Теория Левшина-Перрена.

14

 Кинетика люминесценции. Длительность возбужденного состояния. Излучательные и безизлучательные переходы. Кинетика процессов тушения Использование метода поляризованной флуоресценции для определения времени корреляции вращательной подвижности в жидких кристаллах и растворах биополимеров

15