2.6 Robustness checks
2.6.2 Relaxing functional form assumptions
Fermin Otálora [email protected] [email protected] ESRF LEC/IACT
PROFESORADO TELÉFONO /EMAIL UBICACIÓN
Profesores
German R. Castro Fermin Otálora Muñoz Juan Rodriguez Carvajal
Juan Rubio Zuazo Miguel Angel García Aranda Colaboradores/Conferenciantes
Salvador Ferrer Fabregas Ana Labrador Garcia Jordi Juanhuix i Gibert
2. Contextualización
Los requerimientos de determinados experimentos avanzados en cristalografía imponen el uso de fuentes de radiación especiales. El ejemplo más claro son los experimentos que utilizan haces de neutrones, puesto que no es posible disponer de fuentes de neutrones en el laboratorio. Lo mismo sucede con experimentos que requieren una fuente de rayos X con una intensidad especialmente elevada o con unas propiedades espectrales, de polarización o estructura temporal no disponibles en las fuentes de laboratorio. Afortunadamente en bastantes casos es posible realizar estos experimentos avanzados en fuentes de radiación especiales disponibles en grandes instalaciones.
El uso de grandes instalaciones permite así ampliar el rango de experimentos posibles, extendiendo las capacidades del laboratorio de investigación para abordar problemas más complejos y novedosos. La contrapartida es que las fuentes de radiación especiales requieren conocimientos y métodos de trabajo tambien especiales. El aprendizaje teórico de estas peculiaridades es posible utilizando los libros, artículos y cursos adecuados, pero la experiencia práctica de primera mano es más dificil de adquirir. Proporcionar esta formación práctica es el objetivo de esta asignatura.
La asignatura se impartirá en el complejo científico de Grenoble donde estan ubicados el European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) y el Institute Laue Langevin (ILL) y consistirá en una imersión en las peculiaridades de la experimentación en grandes instalaciones mediante la participación de los alumnos en dos experimentos reales en lineas de sincrotron y uno en una linea de neutrones tras la adecuada preparación teórico práctica sobre las características de las fuentes utilizadas.
3. Requisitos.
Para el correcto aprovechamiento de la asignatura es imprescindible haber cursado la asignatura “Fundamentos de difracción y técnicas de imagen” del modulo I. Al igual que para esta asignatura, también
111 serán necesarios conocimientos previos de mateméticas (cálculo, algebra, geometría) y física (electromagnetismo, estructura electrónica de la materia) a nivel de primer ciclo universitario.
Parte de los temas de la asignatura se impartirán en inglés, por lo que un conocimiento adecuado de este idioma es indispensable para el seguimiento de los contenidos. Aunque no es requisito imprescindible, los conocimientos previos sobre el uso de estaciones de trabajo UNIX, cálculo con ordenadores y/o programación es muy conveniente.
Por el caracter de las instalaciones, existen requerimientos especiales de seguridad. Las principales situaciones de riesgo son el embarazo (en el ILL) o el uso de protesis ferromagnéticas (en especial marcapasos) (en el ESRF). Cualquier alumno que desee cursar la asignatura y se encuentre en alguna de estas situaciónes debe exponerlo a su tutor. Para el acceso de los estudiantes a las intalaciones del ESRF e ILL, los alumnos deberan disponer de un seguro médico adecuado; puede encontrar más información al respecto en la página web
http://www.esrf.eu/UsersAndScience/UserGuide/Preparing/MedicalConditions
La matricula en esta asignatura incluye el desplazamiento de los alumnos de Barcelona a Grenoble y vuelta y el alojamiento y manutención (desayuno, almuerzo y cena en las instalaciones del ESRF/ILL).
4. Objetivos.
La formación impartida en esta asignatura está orientada a facilitar a los alumnos el acceso a grandes instalaciones para experimentación avanzada en su vida investigadora o profesional. El objetivo de la asignatura es formar a los alumnos en:
• Las posibilidades y peculiaridades de la experimentación en grandes instalaciones • El diseño de experimentos en grandes instalaciones
• Los procedimientos para solicitar experimentos en grandes instalaciones y preparar los informes requeridos tras el experimento
• La metodología de trabajo en grandes instalaciones así como experiencias menos tangibles como el ambiente y el ritmo de trabajo.
• Los requerimientos de seguridad para realizar experimentos en grandes instalaciones Tras esta formación, el alumno debe ser capaz de
1. Identificar los experimentos que requieren el uso de grandes instalaciones
2. Diseñar experimentos para su realización en grandes instalaciones y solicitar oficialmente el fiempo de haz correspondiente
3. Participar en la realización experimentos en sincrotrón y fuentes de neutrones
4. Superar cualquier bloqueo que pueda impedirles plantear experimentos ambiciosos que potencialmente desbordan las capacidades experimentales disponibles
5. Evaluar con un sentido crítico los resultados de investigación obtenidos en grandes instalaciones
Es tambien objetivo de la asignatura formar científicos capaces de rentabilizar para la ciencia española las grandes instalaciónes de uso en cristalografía participadas por España como el ESRF o el ILL y, en un futuro próximo, el nuevo sincrotrón Alba de Barcelona.
5. Contenidos.
Los contenidos de la asignatura se organizan entorno a
• Temas teorícos (T1, T2) sobre las características de las fuentes de radiación sincrotrón y de neutrones y como utilizar estas características para realizar experimentos no convencionales en cristalografía,
• Visitas guiadas a las instalaciones (P1, P2). Se visitarán las fuentes de radiación (el anillo acelerador del ESRF y el reactor del ILL) y una selección de líneas experimentales de ambos centros,
112 realización de experimentos y sobre como preparar los informes necesarios tras la realización de los experimentos
• Sesión práctica (P4) sobre los elementos de seguridad de las instalaciones
• Sesiones prácticas durante la realización de experimentos reales tutelados (P5-P7) en condiciones de trabajo nominales en grandes instalaciones.
• Seminario (S1) sobre el sincrotrón Alba en construcción en Barcelona con presentaciónes sobre las características de la fuente y de las líneas experimentales que estarán disponibles.
Tem a
Descripción Horas
T1 Experimentación en líneas de sincrotrón. Propiedades de las fuentes de radiación sincrotron y su utilización práctica. Experimentos que son solo posibles en una linea de sincrotrón.
3
T2 Experimentación en líneas de neutrones. Propiedades de las fuentes de neutrones y su utilización práctica. Experimentos que son solo posibles en una linea de neutrones.
3
P1 Visita al anillo acelerador del ESRF y al reactor del ILL. Generación de fotones y neutrones en grandes instalaciones. Elementos de inserción.
2
P2 Visita a líneas de sincrotrón y de neutrones. Descripción y especificaciones de los elementos de las líneas.
5
P3 Como preparar una solicitud de tiempo de haz exitosa. Como preparar informes oficiales tras los experimentos.
1
P4 Normas de seguridad para el trabajo en fuentes de radiación y fuentes de neutrones. 1 P5 Experimento de difracción de neutrones mediante el método de polvo, monocristal o bajo
angulo3
8
P6 Experimento de difracción de bajo ángulo, monocristal, polvo XAFS en BM25 8
P7 Experimento de difracción de monocristal en BM16 8
S1 Seminario: Ciencia en Alba 3
6. Metodología y plan de trabajo.
La docencia de la asignatura se realizará en Grenoble. Los temas teóricos se impartiran en sesiones de 3 horas durante dos días consecutivos y tendrán una orientación práctica e intuitiva, intercalando experimentos demostrativos y ejercicios resueltos y comentados.
Las visitas guiadas al acelerador del ESRF, el reactor del ILL y las lineas experimentales estarán dirigidas por personal de las instalaciones que describiran los elementos funcionales, sus principios de operación y sus implicaciones para la definición y realización de experimentos.
La práctica sobre elementos de seguridad para el trabajo en grandes instalaciones consistirá en la asistencia de los alumnos a los cursos de seguridad reales establecidos para usuarios del ESRF e ILL. Durante la estancia en Grenoble se realizarán tres experimentos programados y simultaneos en condiciones reales de trabajo en las instalaciones. Estos experimentos estarán planteados, preparados y tutelados por científicos especialistas en los campos de aplicación respectivos. En una sesión inicial, estos científicos explicarán a los alumnos durante 40 minutos cada uno de los tres casos científicos así como el diseño experimental previsto para la adquisición de datos, los métodos previstos para el proceso de los datos, los resultados esperados y cualquier consideración particular sobre el experimento y se les entregará copia de la solicitud oficial de tiempo para la realización de los experimentos. A continuación se realizarán los experimentos en cuatro turnos de 8 horas cada uno. Los alumnos se dividirán en cuatro grupos de entre 2 y 4 alumnos y cada grupo rotará en periodos de 8 horas por los tres experimentos simultáneos, uno de los
3
Tanto las líneas de difracción del ILL como la línea BM25 del ESRF permiten utilizar diferentes técnicas experimentales. Esta flexibilidad se utilizará para seleccionar los experimentos a realizar en función de su interés formativo teniendo en cuenta la orientación de los alumnos.
113 grupos descansará en cada turno. Durante cada sesión, se explicará a cada grupo la implementación real sobre la línea del experimento propuesto y la lógica de dicha implementación y se procederá a adquirir y procesar los datos en el régimen de trabajo habitual en la línea. Al final de cada experimento se entregará a los alumnos copia de todos los datos recogidos y procesados de forma preliminar así como indicaciones para realizar cualquier analisis posterior que fuera necesario.
En el seminario sobre el sincrotrón Alba se presentará por parte de personal de Alba las características de la fuente de radiación y de las líneas experimentales previstas, con especial incidencia en las líneas dedicadas a cristalografía.
El volumen de trabajo estimado para el cumplimiento de los objetivos de la asignatura, desglosado por modalidades organizativas se especifica a continuación:
• Presenciales • Clases teóricas 6 • Seminarios 3 • Prácticas 33 • Tutorías 3 • Sesiones de evaluación 3 • No presenciales • Trabajo autónomo 42 • Trabajo en grupo 35
7. Evaluación del aprendizaje de los estudiantes.
La evaluación del nivel alcanzado por cada estudiante de la asignatura se realizará mediante la combinación de tres puntuaciones:
24. la valoración de la aptitud y actitud de cada alumno durante los experimentos. Será realizada por los científicos tutores y aportará el 30% de la puntuación final,
25. la evaluación de una presentación oral por parte de cada alumno. Esta presentación de 10 minutos deberá sintetizar los objetivos del experimento, el diseño experimental y los resultados obtenidos en uno de los tres experimentos a su elección (30% de la puntuación final) y
26. la preparación de una solicitud oficial de tiempo de haz para solucionar un caso científico propuesto por el alumno o planteado por el profesorado (40% de la puntuación final).
8. Recursos, bibliografía y documentación complementaria. Libros
Als-Nielsen J. and McMorrow D. (2001) Elements of Modern X-ray Physics. Wiley.
Aslanov L.A., Fetisov G.V. and Howard J.A.K. (1998) Crystallographic Instrumentation. Oxford Univertisy Press.
Bacon G.E. (1962) Neutron Diffraction. Oxford
Bacon G.E. (1963) Application of Neutron Diffraction in Chemistry. Pergamon
Baruchel J. Hodeau J.L. Lehmann M.S. Regnard and J.R. Schlenker C. (1993) Neutron and Syncrotron radiation for Condensed Matter Studies. (3 volumes). Springer Verlag
Chatterji T. (2005) Neutron Scattering from Magnetic Materials (Hardcover). Elsevier Science
Duke P. (2000) Synchrotron Radiation: Production and Properties (Oxford Series on Synchrotron Radiation, 3). Oxford University Press
Giacovazzo C., Monaco H.L., Artioli G., Viterbo D., Ferraris G., Gilli G. and others (2002) Fundamentals of Crystallography. Uxford University Press.
114 Hammond C. (2001) The Basics of Crystallography and Diffraction. Oxford University Press.
Helliwell J.R. (2005) Macromolecular Crystallography with Synchrotron Radiation. Cambridge University Press
Margaritondo G. () Elements of Synchrotron Light: For Biology, Chemistry, and Medical Research. Oxford University Press
Wiedemann H. (2002) Synchrotron Radiation. Springer
Wilson C.C. (2000) Single Crystal Neutron Diffraction From Molecular Materials. World Scientific Winick E. (2002) Synchrotron Radiation Sources: A Primer (Series on Synchrotron Radiation Techniques and Applications, Vol 1). World Scientific
Recursos Online (Enlaces comprobados a 1/08/2007) Página Web ESRF. http://www.esrf.eu
ESRF User Guide. http://www.esrf.eu/UsersAndScience/UserGuide BM16. http://www.esrf.eu/UsersAndScience/Experiments/CRG/BM16/ BM25. http://www.esrf.eu/UsersAndScience/Experiments/CRG/BM25/ ILL. http://www.ill.fr
ILL Diffraction Group. http://www.ill.fr/dif/
Neutron Scattering Web. http://www.neutron.anl.gov/ Página Web Alba. http://www.cells.es/
115 GUÍA DOCENTE PARA ASIGNATURAS
1. Identificación de la asignatura
NOMBRE Interacciones débiles en cristales CÓDIGO E02 TITULACIÓN Master en Cristalografía y
cristalización. CENTRO
Universidad de La Laguna(ULL) Universidad De Alcalá. (UAH) TIPO
Optativa Nº TOTAL DE CRÉDITOS 3
PERIODO Tercer trimestre IDIOMA Español/Inglés.
COORDINADOR (ES) TELÉFONO /EMAIL UBICACIÓN
Catalina Ruiz Pérez Pilar Gómez Sal
UAH
PROFESORADO TELÉFONO /EMAIL UBICACIÓN
Catalina Ruiz Pérez Pilar Gómez Sal
Colaboradores/Conferenciantes Fernando J. Lahoz Lourdes Infantes Angelo Gavezzotti Frank Allen Christoph Janiak Fabrizia Grepioni +34 922318236/ [email protected] [email protected] [email protected] +34 915619400/ [email protected] +39 02 50314442/ [email protected] +01223 336425/ [email protected] +49 761 203 6127/ [email protected] +39 051 2099556/ [email protected] ULL UAH C.S.I.C C.S.I.C. Univ. Milan Univ. Cambridge Univ. Friburgo Univ. Bolonia 2. Contextualización
La asignatura se integra como asignatura optativa dentro del Master de Cristalografía y Cristalización y responde al creciente interés por el estudio de las interacciones débiles entre moléculas como responsables en muchos casos de la estructura cristalina en compuesto de gran interés tanto desde el punto de vista biológico como desde la Ciencia de Materiales, puesto que estas interacciones están frecuentemente relacionadas con propiedades fundamentales desde el punto de vista de las aplicaciones.
En los ultimos años este estudio ha adquirido una gran relevancia, que se puede comprobar observando el aumento exponencial de los artículos científicos dedicados al tema y la aparición de Symposium y microsymposium con este titulo en las Reuniones Científicas más importantes del área. Este crecimiento del interés es razonable puesto que su conocimiento puede permitirnos diseñar sistemas con facilidad para cristalizar, siendo por tanto la base para la Ingeniería del Cristal, tópico de nuevo de gran actualidad.
El curso será por tanto de interés para todos los alumnos que se orienten hacia la cristalografía molecular tanto de pequeña molécula como de macromoléculas, química estructural y Ciencia de Materiales.
El curso se realizará durante una semana intensiva con clases teóricas, seminarios participativos y practicas sobre el análisis de estructuras cristalinas, sistematizando las interacciones presentes y la utilización para ello de las bases de datos adecuadas.
116 3. Requisitos.
Cualquier alumno de Ciencias podría seguir este curso puesto que pueden suponérsele los conocimientos necesarios que son los siguientes:
• Conocimientos básicos de tipos de enlace químico.
• Conocimientos básicos de cristalografía.(Los alumnos del Master los adquieren en el Módulo obligatorio).
• Conocimientos básicos de programas de representación molecular . • Conocimientos básicos de utilización de bases de datos cristalográficas. • Conocimiento de idioma inglés.
4. Objetivos.
El objetivo fundamental de esta asignatura es ofrecer al alumno una visión profunda y actual del tema de las interacciones débiles con el objetivo de que al final del curso sean capaces de analizar los compuestos de su interés desde este punto de vista y diseñar finalmente nuevos sistemas estructurales con propiedades predeterminadas.
Objetivos concretos:
• Introducir el concepto de interacciones débiles en sistemas moleculares y su importancia.
• Clasificar las interacciones débiles y describir sus parámetros estructurales y termodinámicos relevantes.
• -Describir diversos sistemas tipicos, organizados mediante interacciones débiles en sistemas macromoleculares y molécula pequeña.
• -Relacionar estas interacciones con propiedades relevantes de los materiales. Capacidades que el alumno deberá haber adquirido a termino.
1. Reconocer sistemas ligados por interacciones débiles.
2. Sistematizar el tipo de interacciones débiles presentes describiendo sus parámetros significativo. 3. Realizar estudios estadísticos sobre el tema.
4. Diseñar sistemas con posibilidad de presentar estas interacciones. 5. Contenidos.
En función de los objetivos, los contenidos del curso se estructuran en los siguientes temas: Las horas señaladas corresponden a horas de clase teórica.
1. Introducción. Tipos de enlace químico. Fuerza de enlace. Interacciones Intermoleculares . (1 hora)
2. Interacciones de Van der Waalls. Clasificación.( 1 hora)
3. Interacciones por enlace de hidrógeno. Clásicos y no clásicos. (3 horas) 4. Interacciones por sistemas p.(2 horas)
5. Caracterización de interacciones.(1 hora)
6. Estudio estadístico utilizando bases de datos.(1 hora). 7. Relaciones interacción-propiedad.(1hora)
6. Metodología y plan de trabajo.
El curso se realizara de forma presencial en una de las dos universidades , alternando la sede cada curso. La clases teóricas se impartirán por la mañana y finalizarán con seminarios participativos. Se dictarán conferencias a cargo de los profesores invitados al menos 2 dias
En horario de tarde se realizaran prácticas de laboratorio y ordenador.
Los alumnos podrán trabajar sobre sus propios problemas, pues antes del comienzo del curso se les sugerirá que aporten sus propios sistemas para prácticas si lo consideran conveniente.
Parte del trabajo autónomo y el tiempo correspondiente a la evaluación podrán realizarlo desde sus domicilios una vez acabado el curso .Los profesores estarán a su disposición vía correo electrónico y
117 telefono.
( Calculado para 3 Créditos 3x25= 75) Trabajo Presencial: 37 horas
Clases teóricas 10 h ( 2 Horas diarias Seminarios 10 h ( 1 mañana , 1 tarde) Clases prácticas 10h. ( 2 tarde ) Tutorías 5h
Sesiones de evaluación 2h No presenciales
Trabajo en grupo 10 Trabajo autónomo 28 h
.Para ello se pueden utilizar la siguiente tablas:
TRABAJO PRESENCIAL TRABAJO NO PRESENCIAL TEMAS Ho ras tot ale s C la s e s T e ó ri c a s S e m in ar io s Cl a s e s P rá ct ic a s4 P rá ct ic a s E xt er n a s T ut or ía s E v al u a ci ó n T ot al T r a b aj o g r u p o T r a b aj o a u t ó n o m o T ot al Introducción. Tipos de enlace químico. Fuerza
de enlace. Interacciones Intermoleculares 6 1 1 1 3 1 2 3 Interacciones de Van der Waals. Clasificación 6 1 1 1 3 1 2 3 Interacciones por enlace de hidrógeno. Clásicos y no clásicos 14 3 2 1 2 8 2 4 6 Interacciones por sistemas p 10 2 1 1 1 5 1 4 5 Caracterización de interacciones. 12 1 2 2 1 6 1 5 6 6.-Estudio estadístico utilizando bases de datos.(1 hora). 12 1 1 2 1 5 2 5 7 7.- Relaciones interacción-propiedad 15 1 2 2 1 1 7 2 6 8
4
En el caso de que existan diferentes submodalidades de clases prácticas (aula, laboratorio, campo) añadir las columnas necesarias
118
Total 75 10 10 10 5 2 37 10 28 38
7. Evaluación del aprendizaje de los estudiantes.
La evaluación final del aprendizaje se realizará teniendo en cuenta :
• Evaluación continua por parte del profesorado durante los seminarios y prácticas. 60%
• Valoración de un trabajo final encargado a cada alumno que podrán realizar en su domicilio y enviar posteriormente al profesor que les atenderá a través del email a cuantas consultas quieran realizar. 40%
8. Recursos, bibliografía y documentación complementaria. Bibliografia:
• Jeffrey, G.A. An Introdution to Hydrogen Bonding.Oxford University Press,Oxford 1997.
•
Desiraju, G.R.; Crystal Engineering: The Design of Organic Solids; Elsevier, Amsterdam, 1989.•
Bond, A.D.; Jones, W. in Jones, W. Rao, C.N.R. (Eds), Supramolecular organization and materialsdesign, Cambridge University Press, Cambridge, 2002, p. 391
•
Nishio, M.; Hirota,M.;Umezawa,Y.; The CH/p Interactions .Evidence,Nature and Consecuences, Wiley- VCH,New York,1998.•
Janiak,C.J. Chem Soc ., Dalton Trans,..,3885 ,2000.•
(a) Desiraju, G. R. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 565. (b) Aakeröy, C.B.; Beatty, A. M. Aust. J. Chem. 2001, 54, 409.•
Desiraju, G. R. Chem. Comm. 1997, 1475.•
(a) Desiraju, G. R.; Steiner, T. The Weak Hydrogen Bond in Structural Chemistry and Biology, Oxford University Press, Oxford, 1999. (b) Steiner, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 48.•
J. Chem. Soc. Dalton Trans. 2000, 3705-3998. Entire issue devoted to Dalton Discussion 3: Inorganic Crystal Engineering.•
(a) Braga, D.; Grepioni, F. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 601. (b) Braga, D. Chem. Comm. 2003, 2751.•
(a) Brammer, L.; Rivas, J. C. M.; Atencio, R.; Fang, S.; Pigge, F. C. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 2000, 3855; (b) Aakeröy, C.B.; Beatty, A. M. in Comprehensive Coordination Chemistry-II: From Biology toNanotechnology, Vol. 1, ed. McCleverty, J. A. and Meyer, T. J., vol. ed. Lever, A. B. P. Elsevier, Amsterdam, 2003, pp. 679-688. (c) Burchell, T. J.; Eisler, D. J.; Pudephatt, R. J. Chem. Comm. 2004, 944 and references therein.
Documentación complementaria:
Transparencias y material docente elavorado por el profesorado y colaboradores de la asignatura Recursos:
PLATON A Multipurpose Crystallographic Tool, Speck , A.L. Utrecht University, Utrecht, The Netherlands 1998.
SHELXL-97 A program for Crystal Structure Refinement . Sheldrick , G.M. University of Gotingen, Germany 1997.
Bases de Datos Cristalograficos
Base de Datos Estructurales de Cambridge CSD:
119 CSD System - Database & Access Software
ConQuest
New Interface to the CSD
Mercury CSD
Crystal Structure Visualisation Available for free download
VISTA
Statistical Analysis of Geometric and Other Data
PreQuest
Creation of In-house Databases
CSD System - Knowledge Bases
IsoStar
Knowledge Base of Intermolecular Interactions
Mogul
A Knowledge Base of Molecular Geometry
120 GUÍA DOCENTE PARA ASIGNATURAS
1. Identificación de la asignatura
NOMBRE Cristalización en la industria Farmacéutica,
Agroquímica y de la Alimentación CÓDIGO E03 TITULACIÓN
Master de Cristalografía y Cristalización
CENTRO CSIC-UIMP
TIPO Optativa Nº TOTAL DE
CRÉDITOS 3