FISICA

LAUREA MAGISTRALE

LABORATORIO DI SPETTROSCOPIE RISOLTE NEL TEMPO

Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) (FIS/07)
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

ITALIANO

Obiettivi formativi

1. Conoscenza e capacità di comprensione Conoscere e comprendere le proprietà fondamentali degli stati elettronici di molecole organiche e delle transizioni tra di essi e delle tecniche sperimentali discusse all’interno del corso secondo il programma riportato.
Ricordare e confrontare le caratteristiche di risoluzione temporale delle tecniche spettroscopiche descritte a lezione ed i processi che esse consentono di seguire nel loro decorso.
Spiegare il significato delle grandezze e dei concetti propri delle tecniche spettroscopiche affrontate
Esemplificare sistemi fisici a cui le metodologie affrontate possano essere applicate
Comprendere contesto e concetti di base di articoli di letteratura recente che utilizzino tecniche di spettroscopia risolta nel tempo
2. Conoscenza e capacità di comprensione applicate
applicare le conoscenze acquisite per affrontare lo studio dei processi fotofisici di un sistema molecolare

individuare le tecniche appropriate per lo studio di un determinato processo foto fisico

svolgere analisi numeriche dei segnali sperimentali e derivare parametri fisici importanti per la caratterizzazione del fenomeno sotto indagine

elaborare schemi di reazione a partire dai dati sperimentali

3. Abilità comunicative
saper comunicare idee-problemi-soluzioni riguardo a processi fotofisici in modo chiaro, sintetico ed efficace
saper descrivere in modo appropriato le fasi di una misura
saper spiegare ai compagni di gruppo e al docente le varie questioni sperimentali affrontate durante le esercitazioni pratiche

4. Autonomia di giudizio
saper analizzare da un punto di vista quantitativo processi fotofisici rilevanti sia a livello teorico sia sperimentale
saper valutare i limiti e le potenzialità delle tecniche spettroscopiche descritte durante il corso.
saper valutare gli elementi essenziali per elaborare un modello meccanicistico che descriva un processo molecolare
saper valutare con senso critico i limiti di validità dei modelli sviluppati, e le analogie e le differenze tra sistemi fisici studiati
5. Capacità di apprendere
Collegare tra loro i diversi argomenti trattati nel corso e quelli affrontati in altri insegnamenti (per esempio in Fisica della Materia, Meccanica Quantistica, Chimica)
approfondire le principali metodologie spettroscopiche ottiche dotate di risoluzione temporale trattate su pubblicazioni scientifiche citate
saper modificare il proprio quadro concettuale o il piano di una misura sperimentale in risposta a nuovi input, elaborando soluzioni e metodologie alternative

Prerequisiti

Sono richieste conoscenze pregresse di elettromagnetismo, ottica geometrica ed ondulatoria classica, meccanica quantistica, fisica della materia condensata.

Contenuti dell'insegnamento

Il corso intende porre le basi di alcune tecniche spettroscopiche ottiche normalmente utilizzate per lo studio delle proprietà di molecole organiche e macromolecole biologiche. Verranno discusse tecniche che consentono di comprendere il comportamento sia degli stati fondamentali sia degli stati eccitati dei sistemi molecolari e le loro interazioni con l’ambiente. Le metodologie affrontate sono caratterizzate da risoluzione temporale adeguata allo studio di stati molecolari transienti o instabili.

Cenni di interazione radiazione materia
Tecniche ottiche risolte nel tempo
Processi di stato eccitato
Tecniche per lo studio della fluorescenza
Meccanismi e dinamica della diseccitazione competitiva alla fluorescenza
Spettroscopie fototermiche
Single-Molecule Detection
Esperienze di laboratorio

Programma esteso

Cenni di interazione radiazione materia
Tecniche ottiche allo stato stazionario
Tecniche ottiche risolte nel tempo
Processi di stato eccitato
assorbimento risolte nel tempo
Metodi di pump and probe
Laser flash photolysis
Tecniche per lo studio della fluorescenza
Tecniche di correlazione temporale di fotoni
Time Correlated Single Photon Counting
Rivelazione nel dominio delle frequenze
Fluorescence correlation spectroscopy
Meccanismi e dinamica della diseccitazione competitiva alla fluorescenza
Spettroscopie fototermiche
Single-Molecule Detection
Esperienze di laboratorio

Bibliografia

Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition, Joseph R. Lakowicz, Springer
Articoli di ricerca originali e rassegne pubblicate su riviste scientifiche

Metodi didattici

Nel caso in cui la situazione sanitaria consenta lo svolgimento delle lezioni e delle esercitazioni in presenza, verrà seguita la seguente metodologia didattica.
Il corso si sviluppa secondo una serie di lezioni frontali che pongono le basi delle diverse metodologie spettroscopiche che verranno approfondite. Per quelle metodologie disponibili presso le strutture del Dipartimento di Scienze Matematiche Fisiche e Informatiche verranno proposte esperienze di laboratorio per poter apprendere operativamente il loro uso.
Gli studenti dovranno svolgere tre esperienze su sistemi molecolari che consentono di seguire processi fotofisici rivelanti .
Nel caso in cui la situazione sanitaria dovesse impedire lo svolgimento delle lezioni e dei laboratori in presenza, le lezioni saranno erogate in modalità sincrona online e le esperienze di laboratorio saranno sostituite da sessioni di analisi dati su dati sperimentali raccolti precedentemente.

Modalità verifica apprendimento

La valutazione del livello di apprendimento verrà effettuata sulla base delle relazioni che gli studenti, suddivisi in gruppi, stenderanno sulle esercitazioni svolte.
Ciascuna relazione verrà discussa con i componenti dei gruppi di lavoro.
Nel caso in cui la situazione sanitaria dovesse impedire lo svolgimento delle prove di esame in presenza, le prove si svolgeranno in modalità online utilizzando le piattaforme Teams ed Elly.