Last update: prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc. (12.06.2014)
The course introduces principles and methods of measurement and interpretation of vibrational spectra of molecules, molecular assemblies and crystals. The course is focused on fundaments, methodology and applications of infrared (IR) and Raman spectroscopy (both stationary and time-resolved) including resonance Raman spectroscopy, surface-enhanced Raman scattering spectroscopy and non-linear Raman spectroscopy.
Advanced course-fundaments provided in Physics I and II and Chemical structure courses.
The course is taught in English for ERASMUS
Last update: ZUSKOVA (30.01.2003)
Přednáška seznamuje s principy a metodami měření a interpretace vibračních spekter molekul, souborů molekul a krystalů. Obsahem jsou zejména principy, metodika a aplikace infračervené (IČ) a Ramanovy spektroskopie (stacionární i s čas. rozlišením) včetně resonanční Ramanovy spektroskopie, spektroskopie povrchem-zesíleného Ramanova rozptylu (SERS) a spektroskopií nelineárního Ramanova rozptylu. Přednáška navazuje na přednášky Chemická struktura, Molekulová symetrie, Fyzika I a II.
Literature - Czech
Last update: ZUSKOVA (30.01.2003)
1. Infrared and Raman Spectroscopy, B. Schrader, Ed.; WCH Publishers, Weinheim, 1995.
2. J. Štěpánek: Metody absorpční spektroskopie a spektroskopie Ramanova rozptylu v V. Prosser a kol. "Experimentální metody biofyziky", Akademia Praha 1989.
3. K. Nakamoto: Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, 4th Edition. J. Wiley and Sons, New York, 1985.
4. J.R. Ferraro, K. Nakamoto, C.W. Brown: Introductory Raman Spectroscopy, 2nd Edition. Academic Press, New York, 2003.
5. C. F. Bohren and D. R. Huffman: Absorption and Scattering of Light by Small Particles.
J. Wiley and Sons, New York, 1983.
Requirements to the exam - Czech
Last update: prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc. (21.12.2011)
Průběh zkoušky: ústní zkouška s písemnou přípravou
Syllabus -
Last update: ZUSKOVA (30.01.2003)
1. Molecular structure and molecular vibrations: normal coordinates, normal vibrations, symmetry of normal vibrations. Methods of experimental studies of vibrational transitions-principles and selection rules.
2. Fundaments of optical spectroscopy methods: characteristics of electromagnetic radiation, interaction of radiation with matter: scattering and absorption, complex refraction index, dielectric function, basic scheme of an optical spectrometer.
3. Principles, methodology and applications of infrared (IR) spectroscopy.
4. Principles, methodology and applications of Raman spectroscopy (for non-resonant, linear Raman scattering processes).
5. IR and Raman spectral data processing and evaluation.
6. Vibrational spectra of the isolated and of the interacting molecules: Effects of intermolecular interaction on IR and Raman spectral bands parameters. Vibrational spectra of crystals.
7. Interpretation of vibrational spectra: Empirical interpretation of vibrational spectra: concepts and targeted experiments. Normal coordinate analysis (NCA). Example: NCA of H2O molecule by Wilson's GF matrix method.
8. Resonance Raman scattering (RRS): Theory: sum over states model-A term and B term resonance: selection rules. Methodology: instrumentation and sample handling. Examples and applications: estimates of the differences between the structure of a molecule in the ground and in the resonant excited electronic state from RR excitation profiles, RR spectra and electronic structure of porphyrins.
9. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) and surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) : Theory: electromagnetic mechanism (EM) and chemical mechanisms of SERS; combination of EM mechanism and RRS in the mechanism of SERRS. Methodology: instrumentation and sample preparation-adsorption of molecules and ions at SERS-active surfaces. Examples and applications: analytics and bioanalytics, surface chemistry and photochemistry, formation surface complexes with photoinduced charge transfer. SERS and SERRS of single molecule.
10. Non-linear Raman scattering: principles, instrumentation and some applications of hyper-Raman scattering and of non-linear Raman spectroscopies based on third order susceptibilities. Example: coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS).
11. Time-resolved IR and Raman spectroscopy: principles, instrumentation and selected examples and applications.
Last update: ZUSKOVA (10.02.2003)
1. Molekulová struktura a molekulové vibrace: normální souřadnice, normální vibrace, symetrie normálních vibrací. Metody experimentálního studia vibračních přechodů v molekulách-principy a výběrová pravidla.
2. Základy metod optické spektroskopie: charakteristiky elektromagnetického záření, interakce záření s hmotou: rozptyl a absorpce, komplexní index lomu, dielektrická funkce, základní schéma optické aparatury.
3. Principy, metodika a aplikace infračervené (IČ) spektroskopie.
4. Principy, metodika a aplikace Ramanovy spektroskopie (pro neresonanční, lineární Ramanův rozptyl).
5. Zpracování a vyhodnocování IČ a Ramanských spektrálních dat: parametry spektrálních pásů.
6. Vibrační spektra izolovaných a interagujících molekul: vliv intermolekulárních interakcí na parametry pásů v IČ a Ramanových spektrech. Vibrační spektra krystalů.
8. Resonanční Ramanův rozptyl (resonance Raman scattering, RRS): Teorie: stacionární přístup "sum over states" -A termová a B termová resonance: výběrová pravidla. Metodika: instrumentace a příprava vzorků. Příklady a aplikace: odhady a přibližné výpočty rozdílů ve struktuře molekuly v základním a resonančním excitovaném elektronovém stavu z RR excitačních profilů, RR spektra a elektronová struktura porfyrinů.
9. Povrchem-zesílený Ramanův rozptyl (surface-enhanced Raman scattering, SERS) a povrchem-zesílený resonanční Ramanův rozptyl (surface-enhanced resonance Raman scattering, SERRS): Teorie: elektromagnetický (EM) mechanismus a chemický mechanismus SERSu; kombinace EM mechanismu a RRS v mechanismu SERRSu. Metodika: instrumentace a příprava vzorků-adsorpce molekul a iontů na SERS-aktivní povrchy. Příklady a aplikace: chemická a biochemická analýza, studium chemických a fotochemických reakcí na površích, studium struktury povrchových komplexů s fotoindukovaným přenosem náboje. SERS a SERRS na úrovni jediné molekuly.
10. Nelineární Ramanův rozptyl: principy, instrumentace a vybrané aplikace hyper-Ramanova rozptylu a spektroskopií nelineárního Ramanova rozptylu prostřednictvím susceptibilit 3. řádu. Příklad: koherentní anti-Stokesův Ramanův rozptyl (coherent anti-Stokes Raman scattering, CARS).
