|Generate QR code
Open Access
Subscription Access
High-Sensitive Vibrational Spectroscopy Using Nanostructures and Its Application to Art Painting Research
https://doi.org/10.47612/0514-7506-2023-90-2-156-164
Abstract
A brief review is presented on theory of surface enhanced Raman scattering (SERS) with metaldielectric structures and results of its application for cultural heritage studies with paintings as the representative example. Successful SERS application to 20 inorganic pigments detection in microcrystalline form is reported with 10—100-fold sensitivity enhancement using 1 μg probes.
About the Authors
S. V. Gaponenko
B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus
Belarus
Belarus
Minsk
E. V. Shabunya-Klyachkovskaya
Yanka Kupala Grodno State University
Belarus
Belarus
Grodno
M. V. Belkov
B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus
Belarus
Belarus
Minsk
References
1. М. В. Волькенштейн, М. А. Ельяшевич, Б. И. Степанов. Колебания молекул, ГИТТЛ (1949)
2. M. Fleischmann, P. J. Hendra, A. J. McQuilaan. Chem. Phys. Lett., 26 (1974) 163—166
3. K. Kneipp, H. Kneipp, I. Itzkan, R. R. Dasari, M. S. Feld. Chem. Rev., 99 (1999) 2957—2976
4. B. Sharma, R. R. Frontiera, A. I. Henry, E. Ringe, R. P. Van Duyne. Mater. Today, 15 (2012) 16—25
5. N. Strekal, A. Maskevich, S. Maskevich, J. C. Jardillier, I. Nabiev. Biopolymers, 57 (2000) 325—328
6. A. M. Michaels, J. Jiang, L. Brus. J. Phys. Chem. B, 104 (2000) 11965—11971
7. P. A. Mosier-Boss. Nanomaterials, 7 (2017) 142—171
8. J. Langer, D. Jimenez de Aberasturi, J. Aizpurua, R. A. Alvarez-Puebla, B. Auguié, J. J. Baumberg, G. C. Bazan, S. E. Bell, A. Boisen, A. G. Brolo, J. Choo. ACS Nano, 14 (2019) 28—117
9. A. K. Sarychev, A. Sukhanova, A. V. Ivanov, I. V. Bykov, N. V. Bakholdin, D. V. Vasina, V. A. Gushchin, A. P. Tkachuk, G. Nifontova, P.S. Samokhvalov, A. Karaulov, I. Nabiev. Biosensors, 12 (2022) 300—310
10. Y. Liu, Y. Zhang, M. Tardivel, M. Lequeux, X. Chen, W. Liu, J. Huang, H. Tian, Q. Liu, G. Huang, R. Gillibert. Plasmonics, 15 (2020) 743—752
11. A. Y. Panarin, I. A. Khodasevich, O. L. Gladkova, S. N. Terekhov. Appl. Spectr., 68 (2014) 297—306
12. O. S. Kulakovich, E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, A. S. Matsukovich, K. Rasool, K. A. Mahmoud, S. V. Gaponenko. Opt. Exp., 24 (2016) A174—A179
13. Surface-Enhanced Raman Scattering: Physics and Applications, Eds. K. Kneipp, M. Moskovits, H. Kneipp, Springer Science & Business Media (2006)
14. S. V. Gaponenko. Phys. Rev. B, 65 (2002) 140303
15. В. С. Зуев, А. В. Францессон. Опт. и спектр., 93 (2002) 117—127 [V. S. Zuev, A. V. Frantsesson. Opt. and Spectr., 93 (2002) 108—117]
16. E. M. Purcell. Phys. Rev., 69 (1946) 681—681
17. S. V. Gaponenko. J. Nanophotonics, 8 (2014) 087599
18. S. Guddala, S. A. Kamanoor, A. Chiappini, M. Ferrari, N.R. Desai. J. Appl. Phys., 112 (2012) 084303
19. K. Inoue, H. Oda, A. Yamanaka, N. Ikeda, H. Kawashima, Y. Sugimoto, K. Asakawa. Phys. Rev. A, 78 (2008) 011805
20. H. Sumikura, E. Kuramochi, H. Taniyama, M. Notomi. Appl. Phys. Lett., 102 (2013) 231110
21. S. V. Gaponenko, D. V. Guzatov. Proc. IEEE, 108 (2020) 704—720
22. Y. Chen, K. Munechika, I. Jen-La Plante, A. M. Munro, S. E. Skrabalak, Y. Xia, D. S. Ginger, Appl. Phys. Lett., 93 (2008) 053106
23. V. V. Klimov, M. Ducloy, V. S. Letokhov. Euro. Phys. J. D, 20 (2002) 133—148
24. G. D’Aguanno, N. Mattiucci, M. Centini, M. Scalora, M. J. Bloemer. Phys. Rev. E, 69 (2004) 057601
25. P. Bharadwaj, B. Deutsch, L. Novotny. Adv. Opt. Photon., 1 (2009) 438—483
26. A. E. Krasnok, A. E. Miroshnichenko, P. A. Belov, Y. S. Kivshar. Opt. Exp., 20 (2012) 20599—20604
27. S. V. Gaponenko, P. M. Adam, D. V. Guzatov, A. O. Muravitskaya, Sci. Reports, 9 (2019) 7138—7146
28. Д. В. Гузатов. Влияние нанообъектов сложной конфигурации на характеристики спонтанного испускания атомов и молекул, дис. … д-ра физ. мат. наук, Гродно (2019)
29. D. V. Guzatov, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, A. Ya. Lunevich, Y. F. Glukhov, S. V. Gaponenko. J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 10723—10733
30. S. V. Gaponenko, D. V. Guzatov. Chem. Phys. Lett., 477 (2009) 411—414
31. E. V. Klyachkovskaya, D. V. Guzatov, N. D. Strekal, S. V. Vaschenko, A. N. Harbachova, V. Belkov, S. V. Gaponenko. J. Raman Spectr., 43 (2012) 741—744
32. A. Rumyantseva, S. Kostcheev, P. M. Adam, S. V. Gaponenko, S. V. Vaschenko, O. S. Kulakovich, A. A. Ramanenka, D. V. Guzatov, D. Korbutyak, V. Dzhagan, A. Stroyuk. ACS Nano, 7 (2013) 3420—3426
33. В. В. Климов. Наноплазмоника, Москва, Физ-мат. лит. (2009)
34. S. V. Gaponenko, D. V. Guzatov, N. D. Strekal. J. Phys. Chem. C, 125 (2021) 27654—27660
35. Y. C. Chen, G. Bahl. Optica, 2 (2015) 893—899
36. Технология, исследование и хранение произведений станковой и настенной живописи, под ред. Ю. И. Гренберга, Москва, Изобразительное искусство (1987)
37. J. M. Madariaga. Anal. Meth., 7 (2015) 4848—4876
38. P. Vandenabeele, H. G. Edwards, L. Moens. Chem. Rev., 107 (2007) 675—686
39. K. Chen, K.-C. Vo-Dinh, F. Yan, M. B. Wabuyele, T. Vo-Dinh. Anal. Chim. Acta, 569 (2006) 234—237
40. K. L. Wustholz, C. L. Brosseau, F. Casadio, R. P. Van Duyne. Phys. Chem. Chem. Phys., 11 (2009) 7350—7359
41. C. L. Brosseau, K. S. Rayner, F. Casadio, C. M. Grzywacz, R. P. Van Duyne. Anal. Chem., 81 (2009) 7443—7447
42. A. G. Milekhin, L. L. Sveshnikova, T. A. Duda, N. V. Surovtsev, S. V. Adichtchev, Yu. M. Azhniuk, C. Himcinschi, M. Kehr, D. R. T. Zahn. J. Phys., Conf. Ser., 245 (2010) 012045
43. J. T. Hugall, J. J. Baumberg, S. Mahajan. Appl. Phys. Lett., 95 (2009) 141111
44. M. V. Chursanova, V. M. Dzhagan, V. O. Yukhymchuk, O. S. Lytvyn, M. Ya. Valakh, I. A. Khodasevich, D. Lehmann, D. R. T. Zahn, C. Waurisch, S. G. Hickey. Nanoscale Res. Lett., 5 (2010) 403—409
45. A. Rumyantseva, S. Kostcheev, P. M. Adam, S. V. Gaponenko, S. V. Vaschenko, O. S. Kulakovich, A. A. Ramanenka, D. V. Guzatov, D. Korbutyak, V. Dzhagan, A. Stroyuk. ACS Nano, 7 (2013) 3420—3426
46. E. Klyachkovskaya, N. Strekal, I. Motevich, S. Vaschenko, A. Harbachova, M. Belkov, S. Gaponenko, Ch. Dais, H. Sigg, T. Stoica, D. Grutzmacher. Plasmonics, 6 (2011) 413—418
47. Е. В. Клячковская, Н. Д. Стрекаль, И. Г. Мотевич, С. В. Ващенко, М. Я. Валах, А. Н. Горбачева, М. В. Бельков, С. В. Гапоненко. Опт. и спектр., 110 (2011) 53—59 [E. V. Klyachkovskaya, D. Strekal, I. G. Motevich, S. V. Vashchenko, M. Ya. Valakh, A. N. Gorbacheva, M. V. Belkov, S. V. Gaponenko. Opt. and Spectr., 110 (2011) 48—54]
48. Е. В. Шабуня-Клячковская, С. В. Гапоненко, С. В. Ващенко, В. В. Станкевич, Н. П. Степина, А. С. Мацукович. Журн. прикл. спектр., 81 (2014) 378—382 [E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, S. V. Gaponenko, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, N. P. Stepina, A. S. Matsukovich. J. Appl. Spectr., 81 (2014) 399—403]
49. E. Shabunya-Klyachkovskaya, O. Kulakovich, S. Vaschenko, D. Guzatov, S. Gaponenko. Eur. J. Sci. Theol., 12, N 3 (2016) 211—220
50. Е. В. Шабуня-Клячковская, Е. В. Корза, Л. Л. Троцюк, А. С. Мацукович, О. С. Кулакович. Опт. и спектр., 122, N 1 (2017) 66—70
51. E.V. Shabunya-Klyachkovskaya, O. S. Kulakovich, S. V. Gaponenko. Spectrochim. Acta A: Mol. Biomol. Spectr., 222 (2019) 117235
52. O. Kulakovich, E. Shabunya‐Klyachkovskaya, L. Trotsiuk, A. Matsukovich, Y. Korza. J. Raman Spectr., 50, N 7 (2019) 936—944
53. О. С. Кулакович, Е. В. Шабуня-Клячковская, А. С. Мацукович, Л. Л. Троцюк, С. В. Гапоненко. Журн. прикл. спектр., 83, № 5 (2016) 824—828 [O. S. Kulakovich, E. V. ShabunyaKlyachkovskaya, A. S. Matsukovich, L. L. Trotsiuk, S. V. Gaponenko. J. Appl. Spectr., 83 (2016) 860—863]
54. E.V. Shabunya-Klyachkovskaya, O. S. Kulakovich, A. G. Mitskevich, Y. F. Moiseev, V. V. Kiris, A. S. Matsukovich, A. G. Karoza, L. L. Sysoeva, M. V. Belkov. J. Cult. Heritage, 28 (2017) 158—163
55. Е. В. Клячковская, Н. М. Кожух, В. А. Розанцев, С. В. Гапоненко. Журн. прикл. спектр., 72, № 3 (2005) 348—351 [E. V. Klyachkovskaya, N. M. Kozhukh, V. A. Rozantsev, S. V. Gaponenko. J. Appl. Spectr., 72 (2005) 371—375]
56. Е. В. Шабуня-Клячковская, В. В. Кирис, А. Н. Шимко, М. В. Бельков, С. Н. Райков. Журн. прикл. спектр., 80 (2014) 920—927 [E. V. Shabunya-Klyachkovskaya, V. V. Kiris, A. N. Shimko, M. V. Belkov, S. N. Raikov. J. Appl. Spectr., 80 (2014) 922—929]
Review
For citations:
Gaponenko S.V., Shabunya-Klyachkovskaya E.V., Belkov M.V. High-Sensitive Vibrational Spectroscopy Using Nanostructures and Its Application to Art Painting Research. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2023;90(2):156-164. (In Russ.) https://doi.org/10.47612/0514-7506-2023-90-2-156-164
Views: 150
Email this article 