Tematické okruhy pro státní závěrečné zkoušky v navazujícím magisterském studiu na Fakultě chemicko-inženýrské v akademickém roce 2015/2016

Transkript

1 Tematické okruhy pro státní závěrečné zkoušky v navazujícím magisterském studiu na Fakultě chemicko-inženýrské v akademickém roce 2015/ Průběh státní závěrečné zkoušky (SZZ) navazujících magisterských studijních programů a obhajob diplomových prací (DP) na FCHI se řídí aktuálně platným "Studijním a zkušebním řádem Vysoké školy chemicko-technologické v Praze" (Studijní a zkušební řád VŠCHT Praha, část třetí, články 16 a 17). 2. Státní závěrečná zkouška v magisterských studijních programech se skládá z obhajoby diplomové práce a ústní části SZZ, které se konají v jeden den. 3. Při ústní části státní závěrečné zkoušky odpovídá student na otázky ze čtyř tématických okruhů vypsaných děkanem fakulty. 4. Seznam tématických okruhů SZZ pro jednotlivé studijní programy a studijní obory magisterského studia je uveden v přiložených tabulkách včetně informace o volitelnosti jednotlivých tématických okruhů. 5. Některé tématické okruhy zahrnují učivo několika povinně volitelných předmětů. V takovém případě ústav, na kterém student bude SZZ konat, zajistí, aby studentovi byly kladeny otázky zahrnující učivo pouze těch předmětů, které v průběhu studia skutečně absolvoval. Upozornění: Jednotlivé ústavy FCHI VŠCHT Praha mohou průběh obhajob diplomových prací a SZZ přizpůsobit specifickým potřebám a podmínkám ústavu a studijního oboru. Dále uvedené informace je proto nutno chápat jako informace obecně platné, nikoli však zcela závazné. Obhajoba diplomové práce a státní závěrečná zkouška mají obvykle tento průběh: 1. Pověřený pracovník ústavu, na kterém SZZ a obhajoba probíhá, představí studenta komisi pro obhajoby DP a SZZ. 2. Student přednese teze své diplomové práce formou počítačové prezentace. Ve zdůvodněných případech přicházejí výjimečně v úvahu i jiné formy prezentace, vždy však po předchozí domluvě a se souhlasem předsedy komise. Maximální doba trvání prezentace je 10 minut. Prezentaci je nutno zaměřit především na: - uvedení cílů diplomové práce, - stručný popis prostředků, metod a postupů použitých k dosažení cílů práce, - přehled dosažených výsledků, jejich popis, charakterizaci a diskusi, 1/5

2 - formulování závěrů vyplývajících z dosažených výsledků a závěrů o splnění zadání a cílů diplomové práce. 3. Přečtení posudků vedoucího diplomové práce a oponenta diplomové práce. 4. Odpovědi studenta na dotazy a připomínky z posudků vedoucího a oponenta diplomové práce a na dotazy a připomínky členů komise k tématu a obsahu diplomové práce. 5. Zadání zkušebních otázek ze čtyř tématických okruhů SZZ podle studijního oboru a odpovědi studenta na zadané otázky a diskuse (trvání přibližně 40 minut). 6. Neveřejné hodnocení studenta komisí. 7. Oznámení výsledku obhajoby DP a státní závěrečné zkoušky studentovi. Seznamy tematických okruhů pro SZZ: (SP = studijní program, SO = studijní obor) SP: SO: TO1 TO2 TO3 TO4 TO5 Pozn.: Analytická a fyzikální chemie Molekulární analytická a fyzikální chemie Teoretická chemie Metody chemické fyziky Zpracování experimentálních dat Spektroskopické metody Bioanalytické a separační metody TO1 a TO2 jsou povinné pro všechny studenty. Z TO3 TO5 si student volí dva okruhy. 2/5

3 Náplně tematických okruhů SO: Molekulární analytická a fyzikální chemie TO1 Teoretická chemie Planckův zákon. Postuláty kvantové mechaniky, základní úlohy (pravoúhlá jáma, harmonický oscilátor, tuhý rotor, vodíkový atom) a pojmy ((anti)komutátor, vlastní problém, vlastní funkce, ortogonalita vlastních funkcí, energie nulového bodu, Heisenbergův princip neurčitosti,tunelový jev). Rovibronický Hamiltonián - jen fenomenologicky. Bornova-Oppenheimerova aproximace (jen fenomenologicky). Kvantová chemie, MO-LCAO, konfigurační interakce, Hartee-Fockova metoda, SCF. DFT. Hundova pravidla. Slabé interakce (disperzní sily, Van der Waalsovy a vodíkové interakce), kovalentní vazba (molekulové orbitaly, typy vazeb, molekula kyslíku), Partiční funkce, Boltzmanovo rozdělení. Vztah mezi kvantovou chemií a termodynamikou. Rovnováha a partiční funkce. Bosony a fermiony. Pauliho princip, permutace identických částic. Bodové grupy symetrie, reprezentace grup, charaktery reprezentaci, pojem irreducibilní reprezentace a jejich aplikace. Direktní součin reprezentací. Starkův a Zeemanův jev, Dopplerův jev. TO2 Metody chemické fyziky Molekulové paprsky: jak se vytvářejí, rozdíl mezi efúzními a supersonickými paprsky, Knudsenovo číslo, Maxwell-Bolzmanovo rozdělení rychlostí, střední volná dráha, základní rovnice dynamiky tekutin. Supersonické expanze: kvalitativní popis expanze v trysce Lavalova typu, podzvukové a nadzvukové proudění, rázové vlny, rychlost zvuku, Machovo číslo, rychlost supersonického paprsku, rychlostní poměr, klastry a jak jejich tvorba ovlivňuje expanze, experimentální metody měření a selekce rychlostí paprsků. Hmotnostní spektrometrie: metody ionizace molekul a procesy k nimž při nich dochází, fyzikální principy selekce hmot magnetickými a elektrickými poli, základní typy hmotnostních spektrometrů (elektrostatické a magnetické, magnetické pole s rychlostním filtrem, time-of-flight, kvadrupól), Vybrané experimenty s molekulovými paprsky: metoda zkřížených paprsků a molekulová dynamika, srážky molekul: pružné, nepružné, reaktivní, diferenciální srážkový průřez, srážkový parametr, reakční mechanismy. Různé metody zpmalování molekulových paprsků (laserové chlazení atomů a molekul, Starkův zpomalovač). Fotodisociace molekul (základy) a její studium TOF spektrometrem a metodami iontového zobrazování. REMPI procesy. Princip laseru: Einsteinovy koeficienty pro dvouhladinový systém, Indukovaná emise, Inverze stavů. Metody čerpání laserového media, tříhladinový a čtyřhladinový systém optického čerpání. Konkrétní příklady laserových zesilovacích medií a metody jejich čerpání. Optické (Fabryho-Perotovy) rezonátory a jejich funkce v laserech: Co je to optický rezonátor, a jaká je jeho funkce v laseru. Módy optického rezonátoru princip interference záření, podélné módy rezonátoru, podmínka pro vznik interferenčních maxim v laserovém rezonátoru, zavedení volného spektrálního rozsahu rezonátoru a jeho vztah ke vzdálenosti zrcadel. Spektrální šířka podélných modů rezonátoru a její vztah k odrazivosti zrcadel rezonátoru. Jednomodové a 3/5

4 vícemodové lasery, frekvenčně laditelné lasery principy a použití, příklady. Tvorba krátkých a ultrakrátkých pulzů: Výhody pulzních laserů, Metody tvorby pulsního laserového záření. Aplikace pulzních laserů: a) časově rozlišené experimenty, b) nelineární optika a generace vysokých harmonických frekvencí TO3 Zpracování experimentálních dat Spojitý jednorozměrný signál, statistické vlastnosti, stacionarita. Diskrétní jednorozměrný signál, statistické vlastnosti, stacionarita. Vzorkování, chyba měření a diskretizace. Obraz a 3D obraz jako vícerozměrné signály, reprezentace signálů pomocí pole, zpracování signálu na počítači. Spojitá a diskrétní konvoluce. Nízkofrekvenční a vysokofrekvenční filtrace nebo vyhlazování signálu. Vyhlazování signálu metodou nejmenších čtverců: Savitzky Golay. Spojitá a diskrétní Fourierova transformace, spektrum, obraz konvoluce, korelace a autokorelace. Operace se signálem a obrazem ve frekvenční oblasti. Amplitudová, frekvenční a fázová modulace: principy, výhody, nevýhody. Porovnání metod amplitudové demodulace. Využití Hilbertovy transformace a analytického signálu k demodulaci. Metody interpolace a vyhlazování dat. TO4 Spektroskopické metody Populace kvantových stavů, Boltzmanův zákon. Einsteinova teorie spektrálních přechodů. Rovnice přenosu záření a její speciální případy. Teoretické principy kvantitativní analýzy, optická hustota, absorbance, Lambertův Beerův zákon a meze jeho platnosti. Zdroje záření, typy detektorů, optické materiály a jiné prvky spektroskopických přístrojů. Absorpce, emise, luminiscence (fluorescence, fosforescence), rozptyl, Ramanův rozptyl. Molekulová spektroskopie - společný teoretický základ. Aplikace teorie grup ve spektroskopii. Fotoelektronová spektroskopie, UPS, XPS, ESCA. Absorpční a luminiscenční spektroskopie v UV/Vis, chromofory, Franck-Condonův faktor, vibrační spektroskopie (výběrová pravidla pro IČ a Raman, normální vibrační mody, charakteristické vibrace), NMR (chemický posun, spin spinová interakce), mikrovlnná (rotační) spektroskopie (moment setrvačnosti, sférický, symetrický setrvačník, asymetrický setrvačník, spinové váhy). Chiroptické metody( ECD, VCD, ROA). TO5 Bioanalytické a separační metody Rozdělení separačních metod. Elektroforéza - základní pojmy, principy a techniky, kapilární elektroforéza - teorie, techniky, instrumentace, kapilární elektrochromato-grafie. Základní vztahy v chromatografii, principy, plynová chromatografie - teorie, techniky, instrumentace, kapalinová chromatografie - teorie, techniky, instrumentace, superkritická fluidní chromatografie. Základní principy analýzy biopolymerů (DNA, proteiny, polysacharidy). Základy kombinatoriální chemie a analýza chemických knihoven. Imunochemické techniky (ELISA, RIA). Chromatografie biomolekul (HPLC, FPLC, afinitní chromatografie). Moderní analytické techniky pro strukturní analýzu biopolymerů (NMR spektrometrie, RTG difrakce, MS). 4/5

5 1) Molekulové paprsky: jak se vytvářejí, základní rozdíly mezi efúzními a supersonickými paprsky, Knudsenovo číslo (podmínka), Maxwell-Bolzmanovo rozdělení rychlostí molekul, střední volná dráha, nárazy molekul na stěnu nádoby, základní rovnice dynamiky tekutin. 2) Supersonické expanze: kvalitativní popis expanze v trysce Lavalova typu, základní rozdíly mezi podzvukovým a nadzvukovým prouděním, role rázových vln, rychlost zvuku, Machovo číslo, rychlost supersonického paprsku (základní fyzikální úvahy, které jsou za jejím odvozením), rychlostní poměr, klastry a jak jejich tvorba ovlivňuje expanze, experimentální metody měření a selekce rychlostí paprsků. 3) Hmotnostní spektrometrie: základní metody ionizace molekul a procesy k nimž při nich dochází, fyzikální principy selekce hmot magnetickými a elektrickými poli, základní typy hmotnostních spektrometrů (elktrostatické a magnetické, magnetické pole s rychlostním filtrem, time-of-flight, kvadrupól) 4) Vybrané experimenty s molekulovými paprsky: metoda zkřížených paprsků a molekulová dynamika (experiment),, srážky molekul: pružné, nepružné, reaktivní, diferenciální srážkový průřez, srážkový parametr, reakční mechanismy. Různé metody zpmalování molekulových paprsků (laserové chlazení atomů a molekul, Starkův zpomalovač). Fotodisociace molekul (základy) a její studium TOF spektrometrem a metodami iontového zobrazování. REMPI procesy. II. Lasery 1) Princip koherentího zesilování záření v laseru: Zavedení Einsteinových koeficientů pro dvouhladinový systém, Indukovaná emise, Inverze stavů. Metody čerpání laserového media, tříhladinový a čtyřhladinový systém optického čerpání. Konkrétní příklady laserových zesilovacích medií a metody jejich čerpání. 2) Optické (Fabryho-Perotovy) rezonátory a jejich funkce v laserech: Co je to optický rezonátor, a jaká je jeho funkce v laseru. Módy optického rezonátoru princip interference záření, podélné módy rezonátoru, podmínka pro vznik interferenčních maxim v laserovém rezonátoru, zavedení volného spektrálního rozsahu (free spectral range) rezonátoru a jeho vztah ke vzdálenosti zrcadel. Spektrální šířka podélných modů rezonátoru a její vztah k odrazivosti zrcadel rezonátoru. Jednomodové a vícemodové lasery, frekvenčně laditelné lasery principy a použití, příklady. 3) Tvorba krátkých a ultrakrátkých pulzů: Výhody pulzních laserů, Metody tvorby pulsního laserového záření. Aplikace pulzních lasrů: a) časově rozlišené experimenty, b) nelineární optika a generace vysokých harmonických frekvencí (high harmonic generation) 5/5