Метод ядерного магнитного резонанса.
3.1. Физические основы ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Спин ядра. Ядерный g-фактор. Ядерный магнетон. Условие ЯМР. Заселённость уровней энергии, насыщение, релаксационные процессы и ширина сигнала. Основные параметры линии спектра (ширина, форма, амплитудная и интегральная интенсивности, резонансная частота). Аппаратурная и естественная ширина линии спектра.
3.2. Экранирование ядер электронами. Константа экранирования ядра. Спектр низкого разрешения. Абсолютный, истинный и относительный химические сдвиги, их определение и использование в химии. Шкалы химических сдвигов в ПМР.
3.3. Спин-спиновое взаимодействие ядер и его природа. Мультиплетная структура спектров ЯМР, распределение интенсивности, правило сумм. Правила отбора. Константы спин-спинового взаимодействия. Обозначения ядерных спиновых систем согласно Поплу. Треугольник Паскаля.
3.4. Анализ спектров ЯМР первого и не первого порядков. Приложение спектров ЯМР в химии. Протонный магнитный резонанс. ЯМР на углероде – 13 и других ядрах. Метод двойного резонанса. Изучение быстропротекающих процессов (химического обмена ядер, внутреннего вращения). Химическая поляризация ядер. Структурный анализ.
3.5. Техника и методика эксперимента ЯМР. Блок-схема спектрометра ЯМР. Типы спектрометров. Фурье-спектроскопия и двумерная спектроскопия ЯМР. Зависимость спектров ЯМР от условий съемки (растворителей, однородности поля, скорости развертки и т.д.). Характер образцов. Достоинства и ограничения метода ЯМР и сравнение его с другими методами.
4. Метод электронного парамагнитного резонанса.
4.1. Физические основы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Поведение электрона в магнитном поле. Условие ЭПР. Магнетон Бора. Нормальный и аномальный эффекты Зеемана. Спин-решеточная (продольная) и спин-спиновая (поперечная) релаксации.
4.2. Основные параметры линии спектра ЭПР (резонансное значение напряженности магнитного поля и g – фактор, интенсивность, ширина и форма линии).
4.3. Тонкая структура спектров ЭПР. Крамерсовое расщепление для анизотропных систем. Правила отбора. Эффективное квантовое число, g - фактор ионов переходных металлов.
4.4. Сверхтонкая структура спектра ЭПР. Константы СТВ. Механизмы СТВ. Мультиплетность и распределение интенсивности спектра ЭПР. Треугольник Паскаля. Правила отбора.
4.5. Структурные исследования в методе ЭПР. Изучение механизмов химических реакций. Стабилизация и определение свободных радикалов и других парамагнитных центров. Органические и неорганические радикалы, ион-радикалы, молекулы в триплетном состояниях, комплексы переходных металлов, F- и V- центры. Методы спиновых меток и спиновых ловушек.
4.6. Блок - схема спектрометра ЭПР. Методы двойного резонанса. Химическая поляризация ядер и электронов. Особенности эксперимента, достоинства и недостатки метода.
5. Микроволновая спектроскопия.
5.1. Физические основы микроволновой спектроскопии. Приближение Борна-Оппенгеймера. Система энергетических вращательных уровней и спектр двухатомной молекулы согласно квантовой механике в приближении жесткого и колеблющегося ротаторов. Вращательная постоянная. Правила отбора. Постоянные колебательно-вращательного взаимодействия и центробежного растяжения.
5.2. Методы наблюдения вращательных спектров. Спектры поглощения, испускания и рассеивания. Основные характеристики и способы выражения спектров поглощения. Правила отбора. Интенсивность линий в спектрах. Область частот. Матричный элемент дипольного момента перехода. Законы поглощения излучения Бугера-Ламберта-Бера. Схемы радиоспектрометров.
5.3. Вращательные спектры комбинационного рассеяния (КР) двухатомных и многоатомных молекул. Схема эксперимента. Использование лазера. Условия получения и вид спектра. Правила отбора. Определение геометрических параметров молекул. Ограничение метода. Схемы радиоспектрометров.
5.4. Системы вращательных уровней энергии и их заселенность. Функция распределения Больцмана. Энергетические переходы. Правила отбора. Определение геометрических параметров молекул из микроволновых спектров. Взаимодействие полярной молекулы с электростатическим полем. Эффект Штарка.
5.5. Вращательные спектры многоатомных молекул. Линейные молекулы. Молекулы типа симметричного, сферического и асимметричного волчков. Система вращательных уровней энергии многоатомных молекул. Определение дипольных моментов молекул из микроволновых спектров.