Спектроскопске методе и технике

ID: 1126
врста предмета: научно-стручни
носилац предмета: Мунћан С. Јелена
извођачи: Матија Р. Лидија, Мунћан С. Јелена
контакт особа: Мунћан С. Јелена
ниво студија: мастер академске студије
ЕСПБ: 6
облик завршног испита: писмени
катедра: катедра за аутоматско управљање

извођења

циљ

Упознавање студената са основама спектроскопских метода и техника. Кроз теоријску и практичну наставу студент овладава разумевањем интеракције светлост-материја и како се из ове интеракције могу добити информације о структури материје. Кроз практичан рад у лабораторији и анализу прикупљених спектралних података, студент овладава применом знања о структури материје у циљу унапређења и контроле квалитета различитих производа почев од прехрамбрених, фармацеутских , до карактеризације материјала, биоматеријала и биолошких узорака у сврху примене у биомедицинском инжењерству за рану детекцију биомаркера, патогених промена и болести.

исход

По успешном завршетку овог курса, студенти би требало да буду оспособљени да: •Користе инструменте за спектроскопска мерења методама УВ-Вис/НИР и ФТИР спектроскопије •Раде у лабораторијским условима и врше карактеризацију материјала изабраним спектроскопским методама •Утврде састав, као и хемијска и физичка својства испитиваних материјала •Врше мултиваријациону спектралну анализу коришћењем компјутерских програмских пакета •Израчунавају удео компоненти од интереса у узорцима, на основу спектара узорака •Изврше избор спектралних променљивих од интереса за посматрани проблем и дефинишу улазе и излазе за дијагностички систем

садржај теоријске наставе

Основни принципи спектроскопије. Врсте спектроскопије. Примери области примене. Таласно-честична природа светлости. Електромагнетно зрачење. Интеракција светлост - материја. Принципи рада оптичких спектрометара. Ултра-љубичаста/Видљива спектроскопија: инструментација, опрема, припремање и врста узорака, аквизиција спектара. Примери УВ/ВИС спектара, интерпретација, примери примене. Инфра-црвена спектроскопија: подела инфра-црвеног домена, врсте ИЦ спектрометара и додатне опреме,припремање и аквизиција ИЦ спектара. Примери и интерпретација спектара у ИЦ домену. ФТИР спектроскопија са микроскопијом: трансмисија, трансфлектанса, атенуирана тотална рефлектанса. Квалитативна и квантитативна анализа ФТИР хиперспектралних слика. Блиска инфрацрвена спектроскопија . Припрема блиских инфрацрвених спектара и технике препроцесирања. Мултиваријациона анализа - методе обраде спектралних података: анализа главних компоненти, моделирање класних аналогија, парцијална регресија методом најмањих квадрата, калибрација и валидација модела. Примена мултиваријационе анализе. Аквафотомика. Раманова спектроскопија: инструментација, врсте спектрометара, примена Раманове спектроскопије.

садржај практичне наставе

1. Практичан рад на УВ/ВИС/НИР спектрометру Lambda 950: 1.1. Припрема водених раствора вештачких боја за храну, аквизиција спектара и одређивање боје на основу апсорпционих пикова у видљивом региону 1.2. Одређивање заштитног фактора наочара за сунце на основу апсорпције стакала у УВ региону 2. Практичан рад на ФТИР микроспектроскопском систему Spotlight 400 (Perkin Elmer) у АТР-моду: 2.1. Припрема узорака 2 фармаколошке супстанце и аквизиција спектара у сврху идентификације. Идентификација супстанци поређењем са базом спектара и утврђивање да ли припада скупу допинг супстанци,. 2.2. Припрема водених раствора глукозе различитих концентрација, аквизиција спектара и утврђивање присуства глукозе у води на основу карактеристичног фингерпринт региона. Припрема водених раствора натријум хлорида различите концентрације, аквизиција спектара и компарација са спектрима водених раствора глукозе. 2.3. Ин витро испитивања крви у АТР моду – идентификација карактеристика спектра крви. 3. Практичан рад на ФТИР микроспектроскопском систему Spotlight 400 (Perkin Elmer) у имиџинг моду Демонстрација микроспектроскопије цитолошког размаза узорка са грлића материце – различите ПАП групе. Аквизиција ФТИР хиперспектралне слике на примеру цервикалног цитолошког размаза. Идентификација здравих ћелија и ћелија канцера на основу спектра. 4. Практичан рад на УВ/ВИС/НИР спектрометру Lambda 950: 4.1. Аквизиција спектара водених раствора глукозе у НИР региону. 4.2. Демонстрација препроцесирања спектара и регресионе анализе у сврху израчунавања концентрације глукозе у води. 4.3. Конструкција акваграма и утврђивање утицаја глукозе на водоничне везе у води.

услов похађања

Дефинисано курикулумом студијског модула Биомедицинско инжењерство.

ресурси

1. Писани материјал са предавања 2. Научни радови (КОБСОН) - коришћење Универзитетске мреже доступно са рачунара у лабораторијама (Биомедицинско инжењерство и Нанолаб) и кабинету 300 3. MATLAB, The Unscrambler, Pirouette, SPSS, Origin - софтвери доступни у пуној или пробној верзији 4. ВИС-НИР, НИР миниспектрометри (Hamamаtsu, Japan)- Нанолаб 5. FTIR микроскоп и спектрометар (PerkinElmer, USA)- - Нанолаб 6. УВ/Вис/ НИР спектрометар Lambda 950 (Perkin Elmer, USA) - Нанолаб

фонд часова

укупан фонд часова: 75

активна настава (теоријска)

ново градиво: 20
разрада и примери (рекапитулација): 10

активна настава (практична)

аудиторне вежбе: 10
лабораторијске вежбе: 18
рачунски задаци: 0
семинарски рад: 0
пројекат: 0
консултације: 2
дискусија/радионица: 0
студијски истраживачки рад: 0

провера знања

преглед и оцена рачунских задатака: 0
преглед и оцена лабораторијских извештаја: 4
преглед и оцена семинарских радова: 0
преглед и оцена пројекта: 0
колоквијум са оцењивањем: 0
тест са оцењивањем: 8
завршни испит: 3

провера знања (укупно 100 поена)

активност у току предавања: 10
тест/колоквијум: 40
лабораторијска вежбања: 20
рачунски задаци: 0
семинарски рад: 0
пројекат: 0
завршни испит: 30
услов за излазак на испит (потребан број поена): 40

литература

Crouch, S., & Skoog, D. A. (2007). Principles of instrumental analysis.Thomson Brooks/Cole, Australia; Michael J. K. Thomas, David J. Ando (Eds.). (2008)Ultraviolet and visible spectroscopy: Analytical Chemistry by Open Learning, 2nd Edition, John Wiley & Sons.; Stuart, B. (2005). Infrared spectroscopy. John Wiley & Sons, Inc..; Siesler, H. W., Ozaki, Y., Kawata, S., & Heise, H. M. (Eds.). (2008). Near-infrared spectroscopy: principles, instruments, applications. John Wiley & Sons.; Jue, T., & Masuda, K. (2013). Application of near infrared spectroscopy in biomedicine. Berlin: Springer;