Оценены возможности определения структурных и биофизических параметров кожного покрова по спектрам рассеянного света. Рассмотрены схемы измерения коэффициента диффузного отражения, коэффициентов яркости ко- и кроссполяризованного излучения, обратно рассеянного биотканью, и пространственной освещенности на некотором удалении от источника. Предложены алгоритмы восстановления объемных концентраций меланина и кровеносных сосудов, толщины эпидермиса, степени оксигенации крови и среднего диаметра капилляров. Показано, что первые две схемы дают примерно одинаковые характеристики решения обратной задачи, хотя поляризационные измерения несколько устойчивее к экспериментальным погрешностям. Анализ такого подобия продемонстрировал, что оно обусловлено особенностями оптических свойств слоев кожи. Наиболее предпочтительной оказалась третья экспериментальная схема, которая устойчива к погрешностям, обладает существенно более высокой чувствительностью к степени оксигенации крови и среднему диаметру капилляров и позволяет восстанавливать все искомые параметры кожи с приемлемой для практики точностью.

Исследованы закономерности изменения фотолюминесценции в температурном диапазоне 10-300 К графитоподобного нитрида углерода, синтезированного термообработкой меламина в замкнутой воздушной среде, содержащей кислород. Показано, что концентрация кислорода в полученном материале 4-5 ат.% увеличивается с ростом температуры и уменьшается при возрастании продолжительности процесса синтеза. Измерения при пониженных температурах вплоть до 10 К позволили разрешить в спектрах фотолюминесценции графитоподобного нитрида углерода несколько полос, обусловленных процессами излучательной рекомбинации. Установлено, что рост температуры синтеза с 500 до 600 °С, как и увеличение его продолжительности при заданной температуре с 30 до 240 мин, приводит к смещению максимума спектра фотолюминесценции c 2.74 эВ в область меньших энергий до 2.71-2.67 эВ, что связано с возрастанием роли в процессах излучения света молекулярной системы, образованной π-связями атомов углерода и азота с sp²-гибридизацией, характеризующейся меньшей шириной запрещенной зоны. Переходы, связанные с рекомбинацией через обусловленные кислородом уровни в запрещенной зоне полупроводника, способствуют возникновению “хвоста” спектров фотолюминесценции в области низких энергий (2.40-2.33 эВ). Повышение температуры синтеза нитрида углерода до 600 °С приводит к изменению структуры энергетических зон и увеличению энергии излучательных переходов за счет возрастания степени легирования атомами кислорода и термического расслоения.

Изучено влияние электрического поля на пропускание линейно поляризованного света пленками композитов на основе поливинилбутираля с добавками частиц гетерометаллического комплекса (NH₄)₂{[Cu(dien)(H₂O)]₂[α-V₂Mo₆O₂₆]}∙5H₂O (dien - диэтилентриамин). При облучении исследуемых композитов линейно поляризованным светом обнаружено возникновение анизотропии поглощения света, вызванное действием электростатического поля. Обнаруженный электрооптический эффект объяснен возникновением фотоиндуцированной оптической анизотропии под действием линейно поляризованного света, изменяющейся в пространстве из-за переориентации дипольного момента фотогенерированных в композите электронно-дырочных пар под действием внешнего электрического поля.

Развит чисто оптический метод регистрации магнитного резонанса с температурной разверткой, в котором используется зависимость параметров спинового гамильтониана парамагнитных центров окраски в карбиде кремния от температуры. Регистрация основана на природном механизме оптического выстраивания населенностей спиновых уровней в широком диапазоне температур, включая комнатную температуру, и на изменении этих населенностей в областях антипересечения или кросс-релаксации уровней.

Гидротермальным методом синтезированы наночастицы VO₂, легированные молибденом, и исследована их способность вызывать разложение красителя метиленового голубого. Микроструктуру наночастиц контролировали по концентрации молибдена. Обнаружено, что легированные молибденом частицы VO₂ способны вызывать быстрое разложение метиленового голубого за относительно короткое время 5-10 мин. Результаты позволяют предположить, что частицы VO₂, легированные молибденом, можно применять для обесцвечивания красителей при очистке сточных вод.

Изучено влияние температуры вакуумного отжига при давлении 10^-2 Па на структуру и функциональный состав поверхности ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза (УДА). На основании исследования спектров комбинационного рассеяния и ИК поглощения, рентгенодифракционного анализа и электронного парамагнитного резонанса образцов УДА установлено, что вакуумный отжиг при Т £ 750 °С не влияет на структуру алмазных наночастиц, при более высоких температурах отжига на поверхности частиц начинается активное образование аморфного sp²-гибридизированного углерода. Отжиг при температуре 1050 °С приводит к полной графитизации поверхности УДА с сохранением алмазной структуры ядра частиц. При отжиге в интервале 660-750 °С на поверхности УДА наблюдается минимальное количество функциональных групп, при этом поверхность сохраняет высокую активность.

Исследованы физические свойства тонких пленок CdS, полученных методом высокочастотного магнетронного напыления. Определены оптические константы и ширина запрещенной зоны исследуемых пленок (E_g = 2.39 эВ). Спектральные зависимости показателя преломления, поглощения, коэффициента экстинкции получены из спектров пропускания при комнатной температуре. Оптические параметры пленок определены с использованием одноосцилляторной модели, а также уравнений Коши и Селлмейера.

Исследовано лазерное зажигание (1064 нм, 120 мкс) смесевых составов частиц бурого угля размером ≤0.1 мм с добавками тетранитрата пентаэритрита (тэна). Установлено, что при увеличении добавок тэна в диапазоне 0-50 мас.% критическая плотность энергии зажигания смесей монотонно снижается с 2.9 до 2.0 Дж/см². Методом спектральной пирометрии определено, что температура пламени смесевого состава возрастает от 1800 до 2100 К.

Исследовано взаимодействие эмодина, франгулина-А (полученного из Ventilago leiocarpa Benth) с бычьим сывороточным альбумином (БСА) и ДНК тимуса теленка (ct-ДНК). По спектрам УФ-поглощения выявлено взаимодействие между эмодином, франгулином-А и ct-ДНК. Спектры флуоресценции подтверждают, что соединения эмодин-БСА и франгулин-A-БСА демонстрируют тушение флуоресценции и уменьшение максимальной длины волны излучения. Молекулярный докинг показывает стабильные комбинации эмодин-БСА и франгулин-A-БСА. Молекулярные взаимодействия происходят в основном с участием гидрофобных сил и водородных связей. Эмодин и франгулин-А связываются с ct-ДНК посредством электростатического взаимодействия.

Изучены гиперспектральные изображения 480 образцов проса восьми сортов в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. В результате анализа изображений получены спектральные и графические характеристики образцов проса, выявлены особенности текстуры и цвета. На основе полученных характеристик созданы модели опорных векторов (SVM) для идентификации сортов проса. Идентификация сортов проса проведена на основе конволюционной рекуррентной нейронной сети (attention-CRNN), включающей в себя механизм внимания, а также с помощью моделей SVM и attention-CRNN методом слияния изображений и спектральных признаков. Определено, что лучшим методом преобразования является обратно-логарифмический метод. Точность идентификации сортов проса на базе классификационной модели SVM с обратно-логарифмической кривой спектральных характеристик 73.13%. Средняя точность идентификации восьми сортов проса по модели SVM с помощью признаков изображения 61.25%. Точность идентификации по модели SVM с использованием метода слияния изображения и спектральной информации значительно повышает общий показатель точности до 77.5%, а минимальная точность распознавания сортов проса увеличивается с 50 до 65%. Средняя точность идентификации по модели attention-CRNN 87.50%, что на 10% выше, чем у модели SVM, а минимальная точность распознавания сортов проса увеличивается с 65 до 90%. Использование модели attention-CRNN улучшает общую точность идентификации восьми сортов проса и значительно увеличивает минимальную точность идентификации. Модель attention-CRNN представляет большой интерес для неразрушающей идентификации проса и, возможно, других мелких сортов зерна.

Измерены спектральные зависимости коэффициента отражения полога ириса, выросшего на различных грунтах. Экспериментальные результаты показывают, что при разных грунтах водно-болотной растительности спектральные характеристики ее полога различаются и обнаруживают определенную закономерность.

Представлены результаты оценки потоков диоксида углерода (СО₂) через поверхность озера Нарочь за вегетационный сезон (май—сентябрь) 2017 г., полученные методом закрытых камер и ИК спектроскопии. Средние суточные величины стока 0.409 мг С/м² в пелагиали и 0.647 мг С/м² в литорали. Баланс потоков СО₂ свидетельствует о преобладании стока над эмиссией, а суммарный сезонный сток углерода в озеро из атмосферы составил 128.6 т, из них 26.3 т поступило через поверхность литорали, 102.3 т — пелагиали.

Описана модификация спектрофотометрического метода определения хлорофилла а в сестоне (взвешенном веществе), удобная при проведении гидроэкологических наблюдений. Предложено использовать ядерные фильтры, которые обладают рядом преимуществ по отношению к стекловолоконным и насыпным фильтрам. Важное отличие от стандартных методик - применение краткосрочного (до 30 мин) высушивания ядерных фильтров с навеской в сушильном шкафу при температуре 50-55 °С сразу после осаждения сестона на фильтр. Выполнен сравнительный анализ стандартной методики и предложенной модификации для оценки содержания хлорофилла и феопигментов в лабораторных культурах водорослей (Euglena gracilis, Сhlorella vulgaris) и естественном планктоне из природного водоема.

Представлены некоторые результаты съемок и обработки изображений и спектров, зарегистрированных спектрометрической научной аппаратурой с борта МКС в рамках космического эксперимента “Ураган”. Описаны созданная по результатам многолетних измерений с борта МКС с помощью фотоспектральной системы база коэффициентов спектральных яркостей природных объектов и ее использование с соответствующими примерами для поиска различных подстилающих поверхностей на мультиспектральных и гиперспектральных изображениях дистанционного зондирования Земли.

На основе экологического мониторинга с использованием атомно-эмиссионного анализа с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП-анализ) изучено распространение тяжелых металлов и металлоидов (ТМ) в лесопарковых зонах города Твери. Обнаружено содержание 14 ТМ в образцах лишайников двух видов (Hypogymnia physodes, Xanthoria parietina) и 13 ТМ в почвенных пробах. Спектры ТМ у обоих видов на всех изученных модельных территориях сходны. Выявлены различия в уровнях содержания металлов в лишайниках и почве. Они обусловлены спецификой процессов поглощения экотоксикантов живыми объектами. Характер накопления ТМ и индикаторные свойства лишайников зависят от степени антропогенной трансформации территории, особенностей экотопов и специфики химического состава лишайников. Большее индикаторное значение на антропогенно-трансформированных территориях имеет Hypogymnia physodes, а в ненарушенных фитоценозах — Xanthoria parietina. Каждый из этих видов позволяет достоверно выявлять цинк, марганец, медь, кадмий, ванадий, свинец. Олово и хром более активно поглощает Xanthoria parietina, а никель и кобальт — Hypogymnia physodes, что следует учитывать в мониторинговых исследованиях.

Выполнен подбор оптимальных параметров и разработана методика решения обратной задачи определения общего содержания (ОС) фреона R-11 (CCl₃F) по наземным спектрометрическим измерениям солнечного излучения на станции NDACC St. Petersburg с использованием Фурье-интерферометра IFS125HR и программного обеспечения SFIT4. Основные особенности методики: интервал спектра 830—860 см^–1, предварительно измерена функция спектральной чувствительности прибора, учитываются континуальное поглощение излучения водяным паром и ослабление излучения пленкой аморфного льда, осаждающейся на приемнике. При решении обратной задачи для компенсации изменчивости толщины пленки льда форма базовой линии спектра корректируется полиномом второй степени, уточняется вертикальное распределение водяного пара. С помощью методики определено ОС R-11 в период 2009—2019 гг., получены оценки погрешностей измерений: средняя систематическая погрешность 7.4 % и случайная 2.9 % за весь период наблюдений. Оценка долговременного тренда ОС составляет –0.29 ± 0.07 %/год, средней объемной концентрации –0.31 ± 0.07 %/год.

В диапазоне времен лазерного излучения (1–5 с) получены динамические спектры КР красного вина марки (аа) как основного объекта исследования для наблюдения поведения молекул в вине в условиях эксперимента. Путем двумерного корреляционного анализа совмещенных данных построен трехмерный характеристический спектр КР вина. C использованием алгоритма подобия оценены флуктуации трехмерных спектров КР. На основе синхронной и асинхронной двумерной корреляционной спектроскопии КР получены коэффициенты корреляции 0.977±0.011 и 0.990±0.006. Показано, что образцы вина aa схожи и их можно эффективно отличить от двух других марок красного вина (bb и cc) на основании различия спектральных характеристик.

Предложен способ определения оптических характеристик стеклянных пластин после физико-химической обработки поверхностей, основанный на измерении спектральных зависимостей эллипсометрических углов при углах падения, равных углу Брюстера. Установлено, что по координатам минимумов на спектральных зависимостях эллипсометрических углов можно определить дисперсионную зависимость показателя преломления и оценить толщину поверхностных слоев в процессе изготовления пластин. Рассчитанные по формуле Брюстера спектральные зависимости показателей преломления пластин из оптического кварца КУ-1 в области отсутствия поглощения удовлетворительно согласуются со спектральными зависимостями, которые определяются известными численными методами с использованием программного обеспечения DeltaPsi2 спектрального эллипсометра UVISEL 2 (Horiba). Относительная погрешность определения показателей преломления кварцевых пластин предложенным способом <0.1 %.

Проведено моделирование различных конфигураций зондов и проанализированы полученные спектры флуоресценции модели ткани кожи человека. Для моделирования распространения света в ткани и оптическом волокне применяется метод Монте-Карло, реализованный в программном пакете TracePro. В качестве источников флуоресценции используются эндогенные флуорофоры - рибофлавин и протопорфирин IX, которые имеют минимальное пересечение спектров эмиссии и испускают флуоресценцию кожи человека при возбуждении лазерным излучением с λ = 405 нм. Проверено предположение о возможности селектирования сигнала флуоресценции по глубине ткани при использовании конкретных параметров оптоволоконных зондов. Впервые для селективной регистрации автофлуоресценции кожи получены модельные спектры с использованием шести конфигураций оптоволоконных зондов.

Экспериментально продемонстрировано сосуществование различных пространственных распределений интенсивности генерации в многомодовом лазере с вертикальным резонатором для фиксированных значений постоянного тока. Эти структуры характеризуются различной интегральной интенсивностью, состоянием поляризации и набором длин волн. Показано, что наличие пространственной мультистабильности приводит к появлению мультистабильности в интенсивности генерации и поляризационной мультистабильности. Пространственная мультистабильность характеризуется сильной локальной зависимостью в гистерезисном поведении интенсивности генерации от тока накачки. Исследовано влияние температуры лазерного диода на проявление мультистабильности.

Пассивированные ПВА наностержни ZnSe синтезированы с использованием сольвотермального метода. Рентгеноструктурный анализ синтезированных наностержней подтверждает характерную для цинковой обманки кубическую структуру со средним размером частиц 14 нм, исследования с помощью растровой электронной микроскопии (РЭМ) свидетельствуют об образовании стержней с большим диапазоном длин. На РЭМ-изображениях наряду с обычными стержневыми наноструктурами наблюдаются сдвоенные наностержни. Оптические характеристики синтезированных наностержней получены с использованием УФ-видимой и фотолюминесцентной спектроскопии. Запрещенная зона шириной 3.89 эВ смещена в синюю область спектра относительно положения указанной зоны в объемном образце ZnSe. Проведены исследования диэлектрических свойств наностержней ZnSe.

Эллипсометрическим методом исследованы оптические свойства неокисленной поверхности поликристаллической пленки иттербия в спектральном диапазоне 0.4-2.6 мкм. По измеренным показателям преломления и коэффициентам поглощения пленки рассчитаны дисперсионные зависимости световой проводимости s, коэффициенты отражения R, мнимой и действительной частей диэлектрической проницаемости ε₁ и ε₂, функции характеристических потерь энергии электронов Im(ε^-1). С использованием результатов измерений в ИК области спектра по двухполосной модели проводимости рассчитаны электронные характеристики иттербия в твердом и жидком состояниях.

Синтезированы кристаллы сульфата калия с содержанием меди 1.7 % и исследованы их дисперсионные зависимости показателей преломления n_i(λ) и двулучепреломления Δn_i(λ). Установлено, что в спектральном диапазоне 300-700 нм дисперсия ni(λ) является нормальной, а введение примеси приводит к уменьшению n_i и электронной поляризуемости. Рассчитана зонно-энергетическая структура кристалла сульфата калия с примесью Cu²⁺ 1.7 % и установлено, что введение примеси вызывает уменьшение ширины запрещенной зоны (E_g = 5.3 и 4.9 эВ для чистого и примесного кристаллов). Рассчитаны оптические функции примесных кристаллов сульфата калия.

Спектроскопия комбинационного рассеяния света использована для обнаружения бактерии Huanglongbing и классификации заболеваний листьев цитрусовых. С помощью конфокального микрозондового КР-спектрометра SENTERRA получены спектры КР листьев цитрусовых, которые разделены на пять типов: слабое, умеренное, серьезное поражение бактерией Huanglongbing, дефицит питательных веществ и нормальный уровень. Фоновые изображения спектров определены различными методами. Для построения математической модели использованы метод регрессии частных наименьших квадратов (PLS-DA) и глубокое машинное обучение (ELM). Размерность данных уменьшена использованием анализа главных компонент (PCA) и алгоритма последовательного проецирования (SPA) с целью оптимизации и повышения точности классификации модели. Лучшей прогностической способностью обладает модель PLS-DA с числом входных переменных 1850 при двукратной полиномиальной подгонке вычтенных фонов лучше, точность распознавания 100%.

Простые, точные и экологически чистые спектрофотометрические методы, основанные на манипулировании спектрами отношений потоков, использованы для идентификации ацефиллина пиперазина (AC) и бромгексина гидрохлорида (BR) в лекарственных формах в присутствии двух добавок: метилпарабена (MP) и пропилпарабена (PP). Для одновременного определения AC и BR использованы методы двух длин волн (DWRS) и производных спектров двойного деления (DD-RS), для определения BR - метод пересечения кривой первой производной спектра с координатной осью. AC может быть определен с помощью последовательной спектрофотометрии методом вычитания спектров для удаления спектра BR с последующим применением метода двух длин волн. Линейность предложенных методов исследована в диапазоне концентраций 5.00-60.00 и 4.00-60.00 мкг/мл для AC и BR. Селективность разработанных методов изучена путем анализа лабораторно приготов 171-2 ленных смесей, содержащих разные соотношения указанных препаратов и добавок, в дополнение к анализу их фармацевтической лекарственной формы. Обоснованность методов дополнительно оценена с помощью стандартной методики сложения спектров. Существенных различий в точности полученных результатов с известными данными других авторов при p = 0.05 не обнаружено.

Представлен метод прямого и in situ расщепления для электротермического атомно-абсорбционного спектрометрического анализа Cd в молочных продуктах. Методы расщепления in situ отличаются высокой чувствительностью, так как не требуют разбавления образца и характеризуются минимальным риском загрязнения или потери аналита. В оптимизированных условиях калибровочный график линеен в диапазоне 0-5 нг/мл с пределом обнаружения 0.012 нг/мл. Метод успешно применен к образцам молочных продуктов, включая молоко, йогурты и молочные напитки, с результатами восстановления 91-111% от истинных значений. Точность предлагаемого метода подтверждена методом влажного расщепления.

С целью быстрого и целенаправленного изготовления различных мембран создан набор контролируемых прядильных устройств для электроспиннинга с использованием обычного спектрометра УФ-видимого диапазона. Экспериментально подобраны оптимальные условия для получения нановолоконных мембран (PVDF/AMPS) из поливинилиденфторида (PVDF), модифицированного 2-акриламид-2-метил-пропансульфоновой (AMPS) кислотой. Полученные для случая электрофокусной твердофазной экстракции радикалов (REFSPE) результаты подтверждают, что нановолоконные мембраны PVDF/AMPS обладают способностью адсорбировать ионы металлов в оптимальных условиях в воде при вытягивающем напряжении 9 В и времени работы 23 мин. Полученные в УФ-видимом диапазоне спектры ионов тяжелых металлов, извлеченных из абсорбирующих материалов ультра 173-2 звуковой десорбцией, подвергались регрессионному анализу с использованием разработанной модели PLS, что позволило точно рассчитать концентрацию каждого иона. Показано, что предложенный комбинированный способ обеспечивает возможность практического и эффективного определения следовых количеств заряженных компонентов.

Предложен метод определения свинца по резонансному рэлеевскому рассеянию (РРР) и обсужден механизм его действия. В буферном растворе HAc-NaAc с pH 5.0 проведена реакция Pb(II) с ксиленоловым оранжевым с образованием хелатного аниона ([Pb (H₂In)]^2-), который реагирует с кристаллическим фиолетовым с образованием тройных ионных комплексов, что приводит к усилению интенсивности РРР. Интенсивность РРР линейно возрастает с концентрацией Pb(II) в диапазоне 2×10^-3-2×10^-2 мг/л при оптимальных условиях эксперимента, обеспечивая предел обнаружения 9.2×10^-5 мг/л. Метод применен для селективного и чувствительного определения Pb(II) в чае.

Технология гиперспектральной визуализации использована для идентификации восьми пород деревьев на уровне отдельных листьев. Для выбора характерных спектральных полос использованы алгоритм последовательных проекций (SPA), коэффициент усиления информации (IG) и индекс Джини (Gini). Алгоритм оптимизации роя бинарных частиц (BPSO) применен для оптимизации набора характерных полос, выбранных с помощью SPA, IG и Gini. Машинное обучение для оптимизации роя бинарных частиц (PSO-ELM), линейные модели байесовского нормального классификатора (LBNC) и k-ближайшего соседа (KNN) для пород деревьев созданы на основе всех спектральных диапазонов, характерных полос и оптимизированных характерных полос соответственно. Показатели 175-2 распознавания моделями PSO-ELM, LBNC и KNN на основе всех спектральных диапазонов составляют 98.45, 99.10 и 83.67% соответственно. Методы SPA, IG и Gini позволяют эффективно выбирать спектральные полосы для различения пород деревьев и значительно уменьшать размерность необходимых для распознавания спектральных данных. Результаты распознавания моделями, основанными на характерных полосах, выбранных Gini, лучшие, а показатели распознавания моделями PSO-ELM, LBNC и KNN достигали 97.55, 96.53 и 80.5% соответственно. BPSO-SPA, BPSO-IG и BPSO-Gini дополнительно уменьшaют размерность спектральных данных, не снижая точности распознавания. Модели, созданные на основе оптимизированных характерных полос, выбранных с помощью BPSO-Gini, показывают наилучший результат распознавания, а показатели распознавания моделями PSO-ELM, LBNC и KNN составили 96.53, 96.68 и 81.05% соответственно. В целом показатели распознавания модели PSO-ELM лучше, чем моделей LBNC и KNN.

Проведен количественный анализ следов 13 металлов (Li, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Nb и Mo) и двух токсичных металлов (Cd и Pb) в двух сортах чеснока. После дегидратации остатки чеснока перерабатывали с использованием 10.0 мл смеси кислот HNO₃:H₂O₂:HCl (3:1:1). Анализ следов металлов осуществлялся методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). Содержание металлов (Li, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Nb, Мо, Cd и Pb) в луковицах чеснока с пурпурной кожурой в сухом весе составляет 14.5, 1.32, 3.03, 3.88, 13.0, 2.50, 1.00, 64.1, 139.6, 13.6, 18.4, 0.29, 0.11, 1.60 и 0.52 мг/кг, соответственно, в то время как в чесноке с белой кожурой 22.9, 2.70, 3.95, 6.60, 19.7, 3.72, 1.16, 79.9, 149.8, 19.7, 24.0, 0.33, 0.43, 0.84 и 0.30 мг/кг. В целом содержание металлов в обоих сортах явно не превышает максимально допустимых пределов ФАО/ВОЗ. Обнаружено, что чеснок с белой кожурой содержит более высокие количества жизнен 176-2 но необходимых (возможно существенных) металлов и более низкие уровни токсичных металлов, из чего следует, что чеснок с белой кожурой обладает более высокими питательными качествами и является лучшим источником необходимых минералов.