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SOLID STATE NMR SPECTROSCOPY IN PHARMACEUTICAL AND MATERIAL SCIENCE
MARCO GEPPI
Academic year2023/24
CourseMATERIALS AND NANOTECHNOLOGY
Code399CC
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageEnglish

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
SOLID STATE NMR SPECTROSCOPY IN PHARMACEUTICAL AND MATERIAL SCIENCECHIM/02LEZIONI48
SILVIA BORSACCHI unimap
MARCO GEPPI unimap
FRANCESCA MARTINI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso di SOLID STATE NMR SPECTROSCOPY IN PHARMACEUTICAL AND MATERIAL SCIENCE consentirà allo studente di approfondire i concetti base teorici e sperimentali della spettroscopia e, in particolare, della spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) allo stato solido. Inoltre, consentirà allo studente di acquisire conoscenze dettagliate sulle varie applicazioni di questa tecnica allo studio delle proprietà strutturali e dinamiche di materiali e di sistemi farmaceutici.

Knowledge

The course of SOLID STATE NMR SPECTROSCOPY IN PHARMACEUTICAL AND MATERIAL SCIENCE will allow the students to have a deeper knowledge of the basic theoretical and experimental spectroscopic concepts, and, in particular of solid state Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR). Moreover, it will allow the students to acquire detailed information on the different applications of this technique to the study of the structural and dynamic properties of materials and pharmaceutical systems

Modalità di verifica delle conoscenze

La verifica sia delle conoscenze di base richieste per la comprensione degli argomenti trattati nel corso, che dell’acquisizione dei concetti di volta in volta trattati sarà accertata in aula, mediante domande e, più in generale, interagendo costantemente con gli studenti. In seguito potranno essere momenti di verifica delle conoscenze i ricevimenti ed, infine, l’esame orale.

Assessment criteria of knowledge

The evaluation of the basic knowledge required for understanding the subjects treated in this course, as well as of the concepts treated during the course will be made during the lectures, through questions to the students and, more in general, by constantly interacting with them. Afterwards, other occasion of evaluation of the knowledge can be consultations in the office and, at last, the oral exam.

Capacità

Al termine del corso:

  • lo studente conoscerà in modo approfondito i concetti base della spettroscopia in generale e della Risonanza Magnetica Nucleare allo stato solido (teoria, tecniche sperimentali e applicazioni) in particolare
  • lo studente sarà in grado di discutere una presentazione orale sull’attività svolta durante il corso usando un linguaggio adeguato
Skills

At the end of the course:

  • the student will deeply know the basic concepts of the spectroscopy in general, and of solid state NMR (theory, experimental techniques and applications) in particular.
  • the student will be able to discuss an oral presentation on the activity developed during the course using an appropriate language
Modalità di verifica delle capacità

Lo studente dovrà discutere i concetti e le conoscenze che dovrebbe aver acquisito durante il corso, dovendo in particolare dimostrare la capacità di applicare tali concetti a varie situazioni teoriche e pratiche.

Assessment criteria of skills

The student will discuss the concepts and the knowledge that he/she should have acquired during the course, and in particular he/she must demonstrate the ability of applying such concepts to different theoretical and practical situations.

Comportamenti

Lo studente potrà acquisire la capacità di utilizzare i concetti trattati in questo corso per risolvere problemi teorici e pratici connessi all’uso delle tecniche spettroscopiche in generale e della spettroscopia NMR a stato solido in particolare

Behaviors

The student could acquire the ability to use the concepts treated in this course to solve theoretical and practical problems related to the use of different spectroscopic techniques in general, and of solid state NMR spectroscopy in particular

Modalità di verifica dei comportamenti
  • Gli studenti saranno stimolati a discutere alcune problematiche legate all’uso delle spettroscopie durante le lezioni
Assessment criteria of behaviors
  • The students will be stimulated to discuss during the classes some problems related to the use of the spectroscopic techniques
Prerequisiti (conoscenze iniziali)
  • conoscenze di base di analisi matematica e algebra lineare
  • conoscenze di base di fisica
  • conoscenze di base della termodinamica classica
Prerequisites
  • Basic knowledge of mathematical analysis and linear algebra
  • Basic knowledge of physics
  • Basic knowledge of classical thermodynamics
Indicazioni metodologiche
  • il corso è costituito da lezioni frontali, alcune delle quali tenute in laboratorio NMR
  • le lezioni frontali sono svolte con l'ausilio di slides che possono essere scaricate in forma elettronica dagli studenti da piattaforma Teams: le slides sono protette da una password che viene comunicata agli studenti per uso personale
  • il docente fa uso di ricevimenti e della posta elettronica per comunicare con gli studenti
Teaching methods
  • the course consists of lectures, some of which held in the laboratory
  • slides are used to support the lectures and they can be downloaded from the Teams channel: the slides are protected by a password, which is communicated to the students for a personal use
  • the teacher uses e-mails and consultations in the office to communicate with the students
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Gli argomenti trattati nelle singole lezioni saranno riportati durante lo svolgimento del corso sul sito UNIMAP. Gli argomenti previsti sono i seguenti:

  • Basi della spettroscopia molecolare: lo spettro elettromagnetico, radiazioni elettromagnetiche e loro interazioni con le molecole (assorbimento, emissione, scattering), livelli energetici e diversi tipi di transizioni, popolazioni dei livelli energetici all'equilibrio termico.

  • Breve trattazione delle diverse tecniche spettroscopiche: Risonanza Magnetica Nucleare (NMR), Risonanza di Spin Elettronico (ESR), spettroscopie ottiche, Raman, Fotoelettroniche e Mossbauer.

  • Teoria di base dell'NMR: lo spin nucleare, le interazioni nucleari, i tempi di rilassamento.

  • L'NMR applicata allo stato solido: peculiarità, confronto con l'NMR in soluzione, il ruolo delle anisotropie. Esperimenti 1D a bassa ed alta risoluzione, tecniche 2D di separazione e correlazione, spin diffusion.

  • Applicazioni dell'NMR a stato solido allo studio della struttura e della dinamica di diverse classi di materiali: farmaci, materiali porosi, per l'energia, l'industria delle costruzioni e degli pneumatici, ecc. 

Syllabus

The subjects treated in each class will be reported during the year on the UNIMAP web site. The following subjects are included:

  • Basics of molecular spectroscopy: the electromagnetic spectrum, electromagnetic radiations and their interaction with molecules (absorption, emission, scattering), energy levels and different types of transitions, populations of the energy levels at the thermal equilibrium.

  • Brief overview of the different spectroscopic techniques: Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Electron Paramagnetic Resonance, Optical, Raman, Photoelectronic, and Mossbauer spectroscopies.

  • Basic theory of NMR: the nuclear spin, nuclear interactions, relaxation times.

  • NMR applied to the solid state: peculiarities, comparison with solution state NMR, the role of anisotropies. 1D low- and high-resolution experiments, 2D separation and correlation techniques. Spin diffusion.

  • Applications of solid state NMR to the study of the structure and dynamics of several classes of materials: pharmaceuticals, porous materials, materials for energy, building, tyre industries, etc.

Bibliografia e materiale didattico

Oltre alle copie delle slides usate nelle lezioni frontali, si consigliano argomenti selezionati dai seguenti testi:

  • Chimica Fisica, di P. Atkins, J. de Paula e J. Keeler.
  • Understanding NMR spectroscopy, di J. Keeler.
  • Spin Dynamics, di M.H. Levitt.
  • Solid-state NMR, principles methods and applications, di K. Muller e M. Geppi
Bibliography

In addition to copies of the slides used in the lessons, we recommend topics selected from the following textbooks:

  • Chimica Fisica, by P. Atkins, J. de Paula and J. Keeler.
  • Understanding NMR spectroscopy, by J. Keeler.
  • Spin Dynamics, by M.H. Levitt.
  • Solid-state NMR, principles methods and applications, by K. Muller and M. Geppi
Modalità d'esame
  • L'esame è composto da una prova orale.
  • La prova orale consiste in un colloquio della durata media di 45-50 minuti tra il candidato e la commissione e può riguardare tutti gli argomenti trattati nelle ore di didattica frontale.
  • il colloquio avrà esito positivo se lo studente dimostrerà di essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia scientifica corretta e se dimostrerà di aver compreso un numero sufficiente di concetti e di aver acquisito un livello sufficiente delle conoscenze che caratterizzano questo insegnamento
Assessment methods
  • An oral examination will be used as assessment method, where the student talks in front of the examination committee
  • the oral examination normally lasts 45-50 minutes
  • the examination consists of questions concerning the subjects treated during the lessons
  • In order to get a positive evaluation, the students should answer to the questions in a positive manner, using an appropriate language and showing the understanding of a sufficient number of concepts as well as the acquisition of a sufficient level of the knowledges characterizing this course
Updated: 19/09/2023 14:20