Dynamika vodíkově vázaných sítí pohledem NMR spektroskopie

• Název práce v češtině: Dynamika vodíkově vázaných sítí pohledem NMR spektroskopie
• Název v anglickém jazyce: Dynamics of hydrogen bonded networks viewed by NMR spectroscopy
• Klíčová slova: NMR|relaxace|vodíková vazba|dynamika
• Klíčová slova anglicky: NMR|relaxation|hydrogen bond|dynamics
• Akademický rok vypsání: 2013/2014
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jan Lang, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 27.09.2013
• Datum zadání: 27.09.2013
• Datum potvrzení stud. oddělením: 27.01.2014
• Datum a čas obhajoby: 30.03.2023 11:15
• Datum odevzdání elektronické podoby: 28.02.2023
• Datum odevzdání tištěné podoby: 28.02.2023
• Datum proběhlé obhajoby: 30.03.2023
• Oponenti: doc. RNDr. Lenka Hanyková, Dr.

Zásady pro vypracování

1. Literární rešerše problematiky dynamiky vodíkově vázaných klastrů vody a jednoduchých alkoholů.
2. Osvojení si základů ovládání spektrometru nukleární magnetické rezonance.
3. Vyvinutí protokolu přípravy odplyněných a stabilních vzorků vody, alkoholů a dalších studovaných látek.
4. Experimentální práce - příprava sérií vzorků studovaných látek.
5. Naměření NMR relaxačních parametrů vybraných jader v připravených vzorcích, včetně optimalizace měřicích metod.
6. Vyhodnocení naměřených spekter.
7. Počítačové modelování vybraných procesů ve studovaných systémech.
8. Sepsání disertační práce.

Seznam odborné literatury

1. Levitt, M. H. : Spin Dynamics; Basics of Nuclear Magnetic Resonance, John Wiley & Sons, Chichester, 2001.
2. Suhm, M.: Advances in Chemical Physics, Volume 142, edited by Stuart A. Rice, pp 2 - 57, Wiley, 2009 a vybrané citace z této práce
3. Meiboom, S., J. Chem. Phys, 34 (2), 1961, 375-378
4. Kowalewski J, Maler L., Nuclear Spin Relaxation in Liquids: Theory, Experiments, and Applications, Taylor & Francis, 2006
5. vybrané články z odborných periodik.

Předběžná náplň práce

Nejběžnější polární rozpouštědla jako je voda či jednoduché alkoholy mají mnoho unikátních termodynamických vlastností v důsledku tvorby sítí vodíkových vazeb. Jednotlivé vodíkové vazby však mají poměrně krátkou dobu života, takže molekulární struktura rozpouštědla podléhá dynamickým změnám. Ačkoliv byly tyto systémy studovány mnoha experimentálními i teoretickými technikami, není dosud sjednocený pohled na jejich strukturu a dynamiku na mikroskopické úrovni, mnohé výsledky jsou rozporné. NMR spektroskopie nabízí řadu technik, které jsou citlivé na detekci dynamiky v relevantních časových škálách, zejména v rozmezí pikosekund – milisekund. Metodika měření samo-difúzních koeficientů v kombinaci s kvantově-chemickými a hydrodynamickými výpočty může poskytnout informaci o distribuci velikostí přítomných molekulárních klastrů. Na druhou stranu, interpretace měření relaxačních vlastností jaderného spinu představuje dosud velkou výzvu, i vzhledem k nutnosti využití jader vodíku, na která působí vždy řada magnetických interakcí od okolních vodíkových jader a navíc podléhají rychlé chemické výměně (v případě hydroxylových skupin). Tuto výměnu je možno postihnout měřením disperze příčné relaxační doby v závislosti na příčném radiofrekvenčním poli.
Cílem práce je prozkoumat za využití především NMR technik dynamické chování molekul vybraných jednoduchých alkoholů a vody. K tomu bude nutné navrhnout modely molekulární dynamiky a vyvinout postupy interpretace příslušných NMR měření. Jednou z řešených otázek bude identifikace procesu či procesů, které jsou příčinou zkrácení relaxační doby T2 jader 1H v čisté vodě.
Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika.