Спектроскопске методе и технике

• Биомедицинско инжењерство, 1. семестар, позиција 1

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 контроле квалитета различитих производа (прехрамбрених, фармацеутских...) и карактеризације материјала, биоматеријала и биолошких узорака у сврху њихове примене у биомедицинском инжењерству за рану детекцију биомаркера, патогених промена и болести.

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

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. Раманова спектроскопија: инструментација, врсте спектрометара, примена Раманове спектроскопије.

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. 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. 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.

Услов похађања предмета је да је студент уписан на МАС.

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. FTIR микроскоп и спектрометар (PerkinElmer, USA)- - Нанолаб 4. УВ/Вис/ НИР спектрометар Lambda 950 (Perkin Elmer, USA) - Нанолаб

Укупан фонд часова: 75

Ново градиво: 20
Разрада и примери (рекапитулација): 10

Аудиторне вежбе: 10
Лабораторијске вежбе: 20
Рачунски задаци: 0
Семинарски рад: 0
Пројекат: 0
Консултације: 0
Дискусија/радионица: 0
Студијски истраживачки рад: 0

Преглед и оцена рачунских задатака: 0
Преглед и оцена лабораторијских извештаја: 6
Преглед и оцена семинарских радова: 0
Преглед и оцена пројекта: 0
Колоквијум са оцењивањем: 6
Тест са оцењивањем: 0
Завршни испит: 3

Активност у току предавања: 5
Тест/колоквијум: 45
Лабораторијска вежбања: 20
Рачунски задаци: 0
Семинарски рад: 0
Пројекат: 0
Завршни испит: 30
Услов за излазак на испит (потребан број поена): 40

Vitha, Mark F. Spectroscopy: Principles and instrumentation. John Wiley & Sons, ISBN: 978-1-119-43660-7, 2018.; Skoog, Douglas A., F. James Holler, and Stanley R. Crouch. Principles of instrumental analysis. Cengage learning, ISBN: 9781337468039, 2017.; Pavia, Donald L., et al. Introduction to spectroscopy. Cengage learning, ISBN: 9781305177826, 2014.; Jue, T. & Masuda, K. , Application of near infrared spectroscopy in biomedicine. Berlin: Springer, ISBN: 978-1-4614-6251-4, 2013; Michael J. K. Thomas, David J. Ando, Ultraviolet and visible spectroscopy: Analytical Chemistry by Open Learning, 2nd Ed., John Wiley&Sons., ISBN: 978-0099449270, 2008.