This course teaches the basic principles of molecular and chemical physics which are essential for building and understanding experiments in molecular, physical and analytical chemistry. This two-term course is divided into 4 topics:, 1) molecular beam; 2) mass spectrometry, 3) lasers and optical methods; 4)surface scanning techniques. In the first part, underlying physical principles of these methods will be introduced, and in the second part, examples of modern experiments based on the above techniques will be reviewed. Particular examples of the topics introduced in this first part are: molecular beam techniques; basic principles of mass analyzers, magnetic and electric sector fields, time-of-flight spectrometers, quadrupoles etc.; theory and examples of lasers; tunneling electron and atom force microscopy.
Last update: Pátková Vlasta (16.11.2018)
Tento kurz zahrnuje základní principy molekulární a chemické fyziky, které jsou nezbytné pro budování a porozumění experimentům molekulární, fyzikální a analytické chemie. Tento dvouhodinový kurz je rozdělen na čtyři témata: 1) molekulární paprsek; 2) hmotnostní spektrometrii, 3) lasery a optické metody; 4) techniky povrchového skenování. V první části budou představeny základní fyzikální principy těchto metod a ve druhé části budou rozebírány příklady moderních experimentů založených na výše uvedených technikách. Konkrétní příklady témat uvedených v této první části jsou: techniky molekulárního paprsku; základní principy hmotnostních analyzátorů, magnetické a elektrické separátory, průletové separátory, kvadrupoly atd.; teorie a příklady laserů; tunelující elektrony; mikroskopie atomárních sil.
Aim of the course -
Last update: Pátková Vlasta (16.11.2018)
The knowledge and skills gained by the student:
Ability to design experimental setups for study of chemistry at the molecular level, understand and apply laser- based technologies, microwave technologies, scanning microscope techniques; understand the principles of ion detection, cavity ring-down-spectroscopy, understand molecular beam principles, adiabatic cooling; ability to interpret the experiments in terms of basic quantum mechanics.
Last update: Pátková Vlasta (16.11.2018)
Znalosti a dovednosti získané studentem:
Schopnost navrhnout experimentální uspořádání pro studium chemie na molekulární úrovni, porozumění a schopnost aplikovat laserové technologie, mikrovlnné technologie, skenovací mikroskopické techniky; porozumět principům detekce iontů, spektroskopie "cavity ring-down", porozumět principům molekulárního paprsku, adiabatickému chlazení; schopnost interpretovat experimenty z hlediska základní kvantové mechaniky.
A: G. Scoles, Atomic and Molecular Beam Methods: Volume 1, Oxford University Press, USA (November 24, 1988), ISBN-10: 0195042808
A: G. Scoles, Atomic and Molecular Beam Methods, Volume 2, vol. 2. Oxford: Oxford University Press, 1992. A: H. Pauly, Atom Molecule and Cluster Beams I. Basic Theory, Production, and Detection of Thermal Energy Beams. Berlin, Heidelberg, New York, Barcelona, Hong Kong, London, Milan, Paris, Singapore, Tokyo:
D: G. Scoles, Atomic and Molecular Beam Methods: Volume 1, Oxford University Press, USA (November 24, 1988), ISBN-10: 0195042808
D: G. Scoles, Atomic and Molecular Beam Methods, Volume 2, vol. 2. Oxford: Oxford University Press, 1992. A: H. Pauly, Atom Molecule and Cluster Beams I. Basic Theory, Production, and Detection of Thermal Energy Beams. Berlin, Heidelberg, New York, Barcelona, Hong Kong, London, Milan, Paris, Singapore, Tokyo
Learning resources -
Last update: Pátková Vlasta (16.11.2018)
http://www.jh-inst.cas.cz/dynamics/
Last update: Pátková Vlasta (16.11.2018)
http://www.jh-inst.cas.cz/dynamics/
Syllabus -
Last update: Pátková Vlasta (16.11.2018)
1. Introduction, history and overview of the corresponding techniques and basic principles
2. Basic principles of molecular beams, effusive and supersonic expansions
3. Basics of kinetic theory and fluid dynamics
4. Molecular and cluster beam characterization
5. Basic theory of molecule-radiation interaction, overview of the techniques
6. Lasers: theory and instrumentation, population inversion, resonators
7. Pulsed and continuous lasers
8. Laser examples: gas phase lasers, dye lasers, solid state lasers
9. Non-linear frequency mixing
10. Basic principles of mass spectrometry
11. Ionization methods: electron and photoionization, proton transfer, field ionization, electrospray, MALDI etc.
12. Ion trajectories in electric and magnetic fields
13. Sector fields, time-of-flight methods, quadrupoles and higher multipoles, ion traps
14. Charged particle detection
15. Microwave and THz spectroscopy: basic principles and instrumentation
16. Surface methods: tunneling electron and atom force microscopy
Last update: Pátková Vlasta (16.11.2018)
1. Úvod, historie a přehled jednotlivých technik a základních principů
2. Základní principy molekulárních paprsků, efúzní a nadzvuková expanze
3. Základy kinetické teorie a dynamiky tekutin
4. Charakterizace molekulových a klastrových paprsků
5. Základní teorie interakcí molekul se zářením, přehled technik
6. Lasery: teorie a instrumentace, inverze populace, rezonátory