6. Фотохимия - Томский государственный университет

Развернутая аннотация магистерской программы
Название программы
Фотохимия
Направление ХИМИЯ
02010068
Руководитель программы Майер Георгий Владимирович, доктор физико-математических
наук, профессор
1. Цель создания магистерской программы
Создание магистерской программы «Фотохимия» имеет главной целью подготовку
высококвалифицированных специалистов химиков, обладающих глубокими знаниями и
пониманием в области фотохимии и квантовой химии, кинетики и динамики элементарных
фотохимических процессов, методами теоретических и экспериментальных фотохимических
исследований, необходимыми им для профессиональной работы в области фотохимии и
фототехнологий; способных анализировать и прогнозировать фотохимические свойства
молекулярных систем;
умеющих работать в современных
условиях сложного
высокотехнологичного производства, свободно владеющих иностранными языками.
2. Концепция магистерской программы
Открытие магистерской подготовки по фотохимии стало закономерным и органичным
этапом в истории изучения и преподавания фотохимии в стенах Томского государственного
университета. Оно опирается на длительную, богатую событиями и именами традицию
фотохимических исследований, а на сегодняшний день имеет прочные основания в лице
сложившейся научной школы. Для реализации магистерской подготовки университет
располагает высококвалифицированными кадрами профессоров, доцентов, научных
сотрудников, компетентных в самых разных областях фотохимии и смежных дисциплинах.
Центром подготовки магистров является кафедра физической и коллоидной химии Химического
факультета при участии сотрудников лаборатории фотофизики и фотохимии молекул
Национального исследовательского Томского государственного университета и лабораторий
теоретической фотоники молекул и лазерной физики Отделения фотоники Сибирского физикотехнического института. С 1997 г. на кафедре физической и коллоидной химии успешно
работает специализация по фотохимии. Специалисты ТГУ, работающие в области фотохимии,
являются членами Европейской Фотохимической Ассоциации и Лазерной Ассоциации; работают
в составе Диссертационных советов Д 212.267.06 (физическая химия) и Д 212.267.04 (оптика;
лазерная физика) ТГУ. В 2010 г. данное направление исследований под руководством
профессора Майера Г.В. получило государственную поддержку в качестве ведущей научной
школы Российской Федерации (Грант Президента РФ НШ-4297.2010.2).
3. Обоснование потребности в магистрах данного профиля
Современная фотохимия представляет собой быстро развивающуюся область физической
химии. Фотохимия - это химия возбужденных частиц, и её предметом является изучение
различных превращений возбужденной частицы: ее химические реакции либо излучательный
или безызлучательный распад. Фотохимические процессы имеют огромное значение для жизни
на Земле. И человек использует фотоактивацию светом в различных областях химии: от создания
новых сложных соединений и различных супрамолекулярных систем до накопления солнечной
энергии. Элементарные процессы в возбужденных состояниях, химические реакции,
диссоциация, изомеризация при воздействии естественных и искусственных источников
возбуждения, а также излучение света электронно-возбужденными молекулами составляют
основное содержание фотохимии. Исследуется кинетика фотохимических реакций и зависимость
квантовых выходов фотопроцессов от различных условий, перенос энергии электронного
возбуждения, сенсибилизированные фотопревращения. С использованием современных методов
квантовой химии исследуются проблемы связи строения молекул с реакционной способностью
возбужденных
состояний.
Изучается
лазерно-индуцированная
флуоресценция
и
низкотемпературный фотолиз. Проводится идентификация и количественное определение
промежуточных продуктов фотохимических реакций. Разрабатываются новые типы
сенсибилизаторов для фототехнологических и фотомедицинских задач, а также процессы
эффективного фоторазложения веществ, загрязняющих окружающую среду.
Необходимость создания данной магистерской программы обусловлена потребностью в
высококвалифицированных специалистах при создании современных фотохимических,
фотобиологических и фотомедицинских методик, экологически чистых процессов, а также на
инновационных фототехнологических предприятиях.
4. Условия обучения
Срок обучения – 2 года (4 семестра).
Форма обучения: очная.
5. Набор студентов и требования к поступающим в магистратуру
Прием в магистратуру осуществляется на конкурсной основе по результатам вступительных
испытаний на уровне бакалавриата по направлению «ХИМИЯ». Условия конкурсного отбора и
количество бюджетных мест определяются ТГУ. Возможно также платное обучение по
магистерской программе.
6. НИР выпускающей кафедры, факультета (являющиеся базовыми для реализации
магистерской программы)
Научные исследования коллектива, осуществляющего магистерскую подготовку,
проводятся по следующим темам:
а) разработка теоретических подходов к исследованию фотоники органических молекул, в
том числе, расчета электронной структуры молекул, оценки величин констант скоростей
фотопроцессов в электронно-возбужденных состояниях, фотохимических превращений;
б) экспериментальные и теоретические исследования влияния электронной структуры, строения
молекул, природы электронно-возбужденных состояний, межмолекулярных взаимодействий на
механизмы и эффективность фотофизических и фотохимических процессов в органических
соединениях; в) разработка методов прогнозирования и создания молекулярных структур с
заданными свойствами. Создание органических материалов для оптических технологий
(активных сред перестраиваемых лазеров, в том числе твердотельных, лимитеров оптического
излучения, органических светодиодов, оптических молекулярных сенсоров). г) Разработка
методов фотодеградации, фотобиодеградации и оптического мониторинга устойчивых
органических соединений в водных средах. Подбор оптимальных источников излучения с
различными длинами волн возбуждения для этих целей. Изучение влияния кислотности и
основности среды, комплексообразования, содержание кислорода на протекание фотопроцессов
в исследуемых структурах. Определение структуры и свойств фотопродуктов.
д) Влияние механохимической активации, модификации структуры на спектральнолюминесцентные и фотохимические свойства бионаноструктур. Поиск и создание эффективных
фотосенсибилизаторов и детоксикаторов синтетического и природного происхождения для
применения в области охраны окружающей среды, биологии, медицины.
7. Кадровая, методическая и материально-техническая базы магистерской программы:
Кадровое обеспечение программы магистерской подготовки «Фотохимия» полностью
соответствует требованиям ФГОС. Руководитель магистерской программы «Фотохимия» Майер Георгий Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор, известный
специалист в области фотохимии и фотофизики молекул. Преподавание дисциплин вариативной
части профессионального цикла осуществляется высококвалифицированными специалистами, в
числе которых 5 докторов наук, профессоров и 2 кандидата наук, доцента. В реализации
программы подготовки также принимают участие 3 кандидата наук, доцента – научные
сотрудники СФТИ ТГУ.
2
Профессорско-преподавательский состав
Фамилия, Имя, Отчество
Артюхов Виктор Яковлевич
Научная степень
доктор физикоматематических наук
доктор физикоматематических наук
доктор физикоматематических наук
доктор физикоматематических наук
доктор физикоматематических наук
кандидат физикоматематических наук
кандидат физикоматематических наук
Копылова Татьяна Николаевна
Соколова Ирина Владимировна
Кузнецова Римма Тимофеевна
Чайковская Ольга Николаевна
Базыль Ольга Константиновна
Самсонова Любовь Гавриловна
Должность
профессор
профессор
профессор
профессор
профессор
доцент
доцент
Кафедра и иные структурные подразделения, реализующие программу
При выполнении курсовых и магистерских работ, а также в учебном процессе
используются площади и современная исследовательская база научных лабораторий ТГУ и
СФТИ ТГУ. Студенты, специализирующиеся по фотохимии, имеют также возможность освоения
и использования уникального комплекса квантово-химических программ, позволяющих
теоретически исследовать фотохимические процессы в сложных молекулярных системах и
композициях. Практикуется участие студентов в качестве соавторов в статьях и докладах на
конференциях. С целью привлечения молодых кадров в науку и повышения качества их
подготовки вполне логичным явилось образование в 2009 г. НОЦ при ТГУ «Квантовая химия,
спектроскопия и фотоника наноматериалов», который является составной частью
интегрированной
системы
научно-образовательной,
научно-исследовательской
и
предпринимательской деятельности ТГУ в области фотохимии, лазерной химии и фотоники. В
состав НОЦ вошли кафедры ХФ и ФФ ТГУ, лаборатории ТГУ и СФТИ ТГУ, ИОА СО РАН,
ООО «Лазерные инновационные технологии Томска» (ЛИТТ). В рамках НОЦ выполняются
проекты «Фотоника органических молекул для оптических технологий и лазерных устройств» в
рамках мероприятия 1.2.1 (госконтракт № П 1128 от 27 августа 2009 г.) ФЦП «Научные и
научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы; "Фотоника
органических материалов для квантовой электроники и оптической сенсорики" Госконтракт №
П565 мероприятия 1.2.2; "Фотофизика кумаринов – активных сред лазеров и оптических
материалов на их основе" Госконтракт № П1542 мероприятия 1.3.1; "Теоретическое и
экспериментальное
исследование
влияния
межмолекулярных
взаимодействий
на
фотофизические процессы, протекающие в органических молекулах в тонких пленках "
Госконтракт № П1912 мероприятия 1.3.2.
Оборудование
Экспериментальные исследования фотохимических и фотофизических процессов в
органических молекулах проводятся на спектрофлуориметре СМ2203 (ЗАО «СОЛАР».
Беларусь), спектрофлуориметре «Cary Eclipse» («VARIAN», США), спектрофотометре «Evolution
600» (США), ИК-Фурье–спектрометре «Nicolet 380» (США). Имеется набор перспективных
источников излучения, позволяющий применить новые подходы к изучению свойств молекул и
3
межмолекулярных взаимодействий в основном и возбужденных электронных состояниях. В
качестве ламповых источников излучения для исследований используются: 1) импульсная
эксиплексная лампа барьерного разряда на рабочих молекулах KrCl* с параметрами длина волны
излучения 222 нм, пиковая мощность 18 мВт/см2, частота= 200 кГц, длительность импульса 1
мкс; 2) импульсная эксиплексная лампа барьерного разряда на рабочих молекулах XeBr* с
длиной волны 283 нм; 3) импульсная эксиплексная лампа барьерного разряда на рабочих
молекулах XeCl* с длиной волны 308 нм (разработка ИСЭ СО РАН). Планируется также
использование гелиевой лампы “Solar”, моделирующей солнечное излучение. Создан
малогабаритный проточный фотореактор для исследования фотохимических процессов и
утилизации токсичных устойчивых соединений. Изучение генерационных свойств органических
молекул проводится при возбуждении излучением АИГ-Nd3+-лазера («СОЛАР», Беларусь).
Регистрация спектральных характеристик лазерно-индуцированного излучения осуществляется
лазерным спектрометром s8378-1024 (ЗАО «СОЛАР», Беларусь), временных – п/п PIN –диодами
Thortabs DET 210 и осциллографом Tektronix TDS 224 (100 MГц), энергетических –
калориметрическими измерителями энергии и средней мощности ИМО-2Н, OPHIR Optronics;
пироэлектрическим приемником Gentec EO ED- 100 A-UV, - для приготовления исследуемых
органических сред использовались аналитические весы OHAUS AR2140 (Швеция). Синтез
органических материалов осуществляется на созданном технологическом участке. Обработка
лазерных элементов осуществляется на шлифовально-полировальной машине “Phoenix 4000”
(BUEHLER). Органические тонкопленочные структуры OLED формируются в 7-портовой
станции "Delix", содержащей систему термовакуумного напыления "Auto 306“, установку
плазменной очистки, центрифугу. Вольт-амперные и вольт-яркостные характеристики OLEDs
исследованы на Keithley 237 и AvaSpec-2048-2. Толщины пленок измеряются на
интерференционном микроскопе Линника МИИ-4.
Возможные места практики
Базами для проведения предквалификационной практики могут являться научноисследовательские лаборатории кафедр Томского государственного университета, НИИ, центры
коллективного пользования ТГУ. Предквалификационная практика может проводиться в форме
стажировки на предприятиях и организациях по профилю подготовки: Санкт-Петербургский
государственный университет, Институт катализа СО РАН (г. Новосибирск), Отдел структурной
макрокинетики ТНЦ СО РАН (г. Томск), Институт биохимической физики РАН (г. Москва), Институт
химии нефти СО РАН (г. Томск), Институт водных и экологических проблем ДВО РАН (г. Хабаровск),
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики,
Томский государственный педагогический университет, Институт мониторинга климатических и
экологических проблем СО РАН (г. Томск), Томский государственный архитектурно-строительный
университет, ОАО «НИИ ПП» (г. Томск).
Инновационные технологии обучения
Инновационная магистерская программа «Фотохимия» обеспечивает формирование
профессиональных компетенций и навыков у будущего магистра. Планируется добиваться,
чтобы студент стал активным участником учебного процесса, а преподаватель, забыв о роли
информатора, являлся организатором познавательной учебной и научно-исследовательской
деятельности студента. В процессе обучения широко используются современные
мультимедийные технологии. Применяются технологические варианты обучения, связанные с
уникальными возможностями современных компьютеров и телекоммуникаций, уникальных
квантово-химических программ расчета молекулярных характеристик и передового
экспериментального оборудования, в результате чего происходит интенсификация подготовки
магистра и формирования творческого подхода к решению поставленных задач.
4
8. Содержание программы и общая характеристика учебного плана
Учебный план программы полностью соответствует ГОС ВПО по направлению и включает
общие обязательные дисциплины, дисциплины специализации и дисциплины по выбору
магистрантов. Все учебные дисциплины настоящей программы, предлагаемые кафедрой,
связаны с направлениями фундаментальных и прикладных научных исследований кафедры
физической и коллоидной химии по специализации «Фотохимия». Дисциплины по выбоpу
устанавливаются в тесной связи с темой магистеpской диссеpтации и pеализуются в
индивидуальном плане магистpантом.
ООП магистра по направлению 020100 – Химия предусматривает 4 цикла дисциплин: М.1 –
общенаучный цикл, М.2 – профессиональный цикл, М.3 – практики и научно-исследовательская
работа, М.4 – итоговая государственная аттестация.
М.1 Общенаучный цикл
Базовая часть
Иностранный язык (90 ч)
Философские проблемы химии (58 ч)
Компьютерные технологии в науке и образовании (54 ч)
Квантовая механика и квантовая химия (72 ч)
Вариативная часть, в том числе дисциплины по выбору студента
Курсы вуза
Методика преподавания химии в высшей школе (48 ч)
История и методология химии (36 ч)
Курсы по выбору
Статистические методы планирования эксперимента в химии (48 ч)
Современные компьютерные технологии обработки информации (48 ч)
М.2. Профессиональный цикл
Базовая часть
Актуальные задачи современной химии (58 ч)
Вариативная часть, в том числе дисциплины по выбору студента
Курсы вуза
Физико-химия поверхности нанокомпозитных систем (28 ч)
Фотохимия нано- и супрамолекулярных структур (24 ч)
Вычислительный эксперимент в исследовании фотоники молекул (28 ч)
Фотохимические методы в природоохранных технологиях (54 ч)
Люминесцентные методы анализа в химии, биологии и охране окружающей среды (36 ч)
Лазерная химия и фотохимия (48 ч)
Фотостабильность лазерных сред на основе красителей (48 ч)
Курсы по выбору
Сольватофлуорохромия органических соединений в растворах и полимерных матрицах (24 ч)
Фотоника тетрапиррольных соединений (24 ч)
Микроскопические методы изучения морфологии и структуры нанокомпозитных систем (24 ч)
Каталитическое окисление (48 ч)
Массспектрометрический и хроматомассспектометрический методы в исследовании химических
реакций (14 ч)
Физические методы исследования жидкостей (54 ч)
Перестраиваемые лазеры на основе органических соединений (28 ч)
Фотостимулированные процессы на поверхности твердых тел (14 ч)
Теория гомолитов (14 ч)
В соответствии с ФГОС ВПО магистратуры по направлению подготовки 020100 – Химия
практика является обязательным разделом основной образовательной программы магистратуры.
Она представляет собой вид учебных занятий, непосредственно ориентированных на
профессионально-практическую подготовку обучающихся.
5
Практики закрепляют знания и умения, приобретаемые обучающимися в результате
освоения теоретических курсов, вырабатывают практические навыки и способствуют
комплексному формированию общекультурных (универсальных) и профессиональных
компетенций обучающихся.
ООП магистратуры по направлению 020100 – Химия включает прохождение
обучающимися двух практик – предквалификационной и педагогической. Кроме того, ООП
предусматривает научно-исследовательскую работу в семестре.
Программой предусмотрено прохождение каждым магистрантом предквалификационной и
педагогической практик. Их программы разрабатываются индивидуально научным
руководителем для каждого магистранта в соответствии с их профессиональными и карьерными
интересами, а также проблематикой магистерской диссертации.
9. Перспективы научно-исследовательской деятельности в связи с развитием ТГУ и
потребностями Томского региона
Программа составлена в соответствии с современными тенденциями научнообразовательной деятельности, прежде всего тенденциями к междисциплинарности и
комплексному изучению фотохимических процессов. Она выстроена с учетом основных
государственных требований к уровню подготовки лиц, завершающих обучение в вузе, и
потребностей современного технологического и интеллектуального рынка в России.
В результате обучения по магистерской программе должно произойти:
 освоение
методологических
основ
экспериментального
исследования
фотохимических процессов;
 знакомство с современными (в том числе квантовохимическими) методами
теоретических фотохимических исследований;
 формирование навыков работы с электронными средствами и освоение
возможностей компьютерных технологий;
 освоение
междисциплинарного
подхода
как
основы
современного
фотохимического исследования;
 обретение опыта самостоятельных фотохимических исследований с участием в
научных конференциях различного уровня.
Программа составлена в полном соответствии с основными направлениями развития
научной и инновационной деятельности Национального исследовательского Томского
государственного университета, а также с потребностями развивающихся в Томском регионе
фототехнологических производств и необходимостью снижения экологических рисков.
10. Перспективы профессиональной деятельности и трудоустройства
Магистры, выполнившие плановые показатели и имеющие к окончанию магистратуры не
менее двух статей в журналах, направляются в аспирантуру для завершения работы над
кандидатской диссертацией и ее защиты.
Магистры, освоившие современные методы, методики, программы исследований
конкурентно способны для участия в конкурсах трудоустройства в научно-исследовательские и
производственные лаборатории города Томска и других городов России. Созданы условия
поддержания постоянных связей с научными и производственными организациями Томска и
других городов РФ.
Магистры, имеющие заметный задел по кандидатской диссертации, всегда желательны
(востребованы) для кафедр химии университетов, академий, институтов г. Томска, городов
Сибирского региона и других городов РФ.
6