Обзор посвящен изучению состояния и тенденций развития электротермической атомно-абсорбционной спектрофотомерии на протяжении последних 25 лет (с 1990 по 2016 гг.) при прямом определении Cu, Zn, Pb, Cd, Mn, Se, As, Cr, Co, Ni, Al и Hg в биологических жидкостях: крови, моче, слюне и грудном молоке.

Исследована температурно-фазовая зависимость спектров комбинационного рассеяния и рассчитаны молекулярно-релаксационные характеристики колебаний нитрат-иона в композите (1-x)RbNO₃ + xAl₂O₃ при различных концентрациях нанопорошка Al₂O₃. Показано, что при концентрации наполнителя x = 0.6 время колебательной релаксации n₁(А) в высокотемпературной фазе RbNO₃-II существенно не изменяется по сравнению с фазой RbNO₃-III, что свидетельствует о стабилизации кубической фазы RbNO₃-III. При больших концентрациях наполнителя солевая подсистема находится в сильно разупорядоченном состоянии и на макроуровне трудно фиксировать структурно различимые состояния.

Изучены особенности формирования наночастиц серебра (Ag-НЧ), полученных в результате внутримолекулярного редокс-превращения комплекса Ag(I) с 4,6-ди-трет-бутил-2,3-дигидроксибензальдегидизоникотиноилгидразоном в органических растворителях с донорными числами DN > 19. Стабильность органозолей зависит от природы дисперсионной среды и присутствия в ней кислорода и воды. Проведено физико-химическое и морфологическое исследование Ag-НЧ в органозоле методами молекулярной абсорбционной спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Золь серебра состоит из сферических НЧ размером 5-20 нм, для которых характерна полоса поглощения в области 440 нм. Установлено, что комплекс серебра с валентным таутомеризмом является перспективным предшественником Ag-НЧ. Показана высокая антимикробная активность синтезированных Ag-НЧ в сравнении со стандартными антибиотиками и серебросодержащими агентами (МИК = 0.007 мкмоль/мл).

Изучена вращательная деполяризация флуоресценции ковалентно связанных посредством линкера олигонуклеотидов и флуоресцеина. Измерена зависимость анизотропии флуоресценции двух нуклеиновых кислот от отношения температуры к вязкости в буферных растворах с различной концентрацией глицерина. Показано, что экспериментальные данные могут быть удовлетворительно объяснены в диффузионной модели вытянутого молекулярного волчка с внутренним вращением. Найдено, что коэффициент внутренней вращательной диффузии во всех случаях в 1.5-2 раза выше, чем для вращения вокруг оси олигонуклеотида.

Представлены методика синтеза и спектральные характеристики нового флуоресцентного сенсора N-аллил-4-иминоди(N-бензилацетамид)-1,8-нафталамида (Забе). Его способность детектировать анионы оценена путем определения изменений интенсивности флуоресценции в растворе N,N-диметилформамида. Из всех исследованных анионов только пикрат (Pic^-) генерирует заметное тушение флуоресценции на длине волны 516 нм. В присутствии других анионов существенных изменений флуоресценции не наблюдается. Эмиссионное тушение обусловлено усилением фотоиндуцированного перехода электронов флуорофора в возбужденное состояние в присутствии пикрата. Хемосенсор может быть использован для численной оценки содержания пикрата в широких пределах (4.97×10^-6-6.82×10^-5 M) с порогом детектирования 6.6×10^-7 M. Наиболее важна возможность применения сенсора для обнаружения пикрата спектроскопическими методами в присутствии других анионов. Хемосенсор характеризуется быстрым откликом на наличие пикрата (<1 мин).

Изучены спектральные и люминесцентные характеристики трех лазерных красителей для области излучения 600-700 нм, инкорпорированных в матрицы из ксерогеля, предварительно отожженного при температуре 700 °С. Выявлено существенное стабилизирующее действие матриц на молекулы красителей в возбужденном состоянии S₁, которое проявилось в уменьшении безызлучательных потерь из этого состояния и увеличении квантового выхода люминесценции красителей в отожженном ксерогеле по сравнению с метанолом.

Плазма образовывалась при фокусировке длинного импульса (80 мкс) YAG:Nd-лазера на образцы почвы, обогащенные хромом. Для построения калибровочной кривой использовано отношение интенсивностей спектральных линий Cr 425.435 и Fe 425.079 нм, взятой в качестве эталона. Получены коэффициент регрессии калибровочной кривой 0.993, предел обнаружения 16 мг/кг, что на 19% меньше, чем при использовании лазера с модулированной добротностью. Метод длинно-импульсной лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии позволяет получать лазерно-индуцированную плазму с температурой 15795.907 К и электронной плотностью 2.988´10¹⁷ cм^-3, что превышает соответствующие параметры плазмы, образованной лазером с модулированной добротностью, на 75 и 24 %.

Показано, что при активной модуляции потерь форма многомодового стоксова импульса безопасного для глаз KGd(WO₄)₂:Nd-лазера с ВКР-самопреобразованием частоты зависит от степени неоднородности накачки активной среды. При умеренной неоднородной накачке, характеризующейся более высокой инверсной населенностью в центре активного элемента, лазер генерирует короткий не искаженный по форме стоксов импульс длительностью ~2.5 нс, возрастающей с увеличением длины резонатора лазера. Энергия стоксова импульса (~11.5 мДж) при вариациях коэффициента отражения выходного зеркала в пределах 5-45 % изменяется достаточно слабо. Существенное увеличение неоднородности накачки приводит к искажению формы ВКР-импульса. В режиме селекции основной моды TEM₀₀ степень неоднородности накачки несущественна и лазер генерирует стоксовы импульсы субнаносекундной длительности с пиковой мощностью в единицы мегаватт.

Исследованы спектры фотолюминесценции и фотовозбуждения тонких пленок b-Ga₂O₃, полученных высокочастотным ионно-плазменным распылением в атмосфере аргона. Методом Аленцева-Фока проведено разложение спектров фотолюминесценции на элементарные составляющие. Рассмотрена природа двух интенсивных полос с максимумами 2.95 и 3.14 эВ, а также двух слабоинтенсивных полос с максимумами 3.90 и 4.25 эВ. Две интенсивные полосы связываются с ассоциатом, обусловленным взаимодействием вакансий кислорода и галлия, слабоинтенсивные - с рекомбинацией экситонов на квантовых ямах, сформированных акцепторными кластерами. Установлено, что постоянная времени затухании для полосы с максимумом 3.14 эВ составляет 105 мкс, а для полосы с максимумом 2.95 эВ - 114 мкс. Близость постоянных времени затухания этих полос подтверждает их связь с общим ассоциатом.

Методом фрактального анализа исследованы картины рэлеевского фотоиндуцированного рассеяния света (ФИРС) в серии монокристаллов LiNbO₃:Zn(0.018-0.88 мас.%), выращенных из конгруэнтного расплава, перспективных в качестве нелинейно-оптических материалов с низкими значениями эффекта фоторефракции и коэрцитивного поля. Проведен сравнительный анализ результатов, полученных методом фрактального анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния света. Обнаружены экстремумы на временной зависимости фрактальной размерности различных слоев спекл-структуры картины ФИРС, свидетельствующие об изменении концентрации лазерно-индуцированных дефектов в фоторефрактивном кристалле. Обнаружена нелинейная зависимость скорости изменения концентрации лазерно-индуцированных дефектов от концентрации Zn в кристалле. Среди конгруэнтных кристаллов ниобата лития, легированных цинком, выявлена форма с наиболее упорядоченной структурой.

Определен полный комплекс из 18 фундаментальных оптических функций кристалла селенида бария в области 0-40 эВ. Установлены их основные особенности и общие закономерности. Расчеты выполнены с помощью серии компьютерных программ, составленных с использованием интегральных соотношений Крамерса-Кронига, модели экстраполяции Тафта-Филиппа и экспериментальных спектров отражения в областях 3.0-5.5 эВ при 2 К и 3-40 эВ при 77 К.

Методом электрохимического осаждения на поверхности пористого кремния выращены оптически прозрачные в видимой области спектра массивы наноструктур ZnO. Изучены спектры возбуждения и излучения фотолюминесценции полученных гибридных структур в диапазонах 220-450 и 400-800 нм. Установлено, что многоцветная фотоэмиссия образуется сочетанием полос люминесценции наноструктур пористого кремния и оксида цинка. Показана возможность управления спектром фотолюминесценции за счет изменения энергии возбуждения. Обнаружено влияние термического отжига на люминесцентные свойства гибридных структур пористый кремний-оксид цинка. Термообработка при температуре 500^оС приводит к резкому ослаблению люминесценции в длинноволновой части спектра, ассоциируемой с пористым кремнием, и увеличению интенсивности люминесценции в коротковолновой области, связанной с излучением оксида цинка.

Теоретически рассчитаны и исследованы зависимости поперечных сечений и факторов эффективности поглощения, рассеяния и ослабления лазерного излучения с λ = 532 нм и в диапазоне 475-625 нм для двухслойных сферических наночастиц золота радиусами r₀₀= 10, 25, 50, 75 и 100 нм при изменении радиуса твердого и жидкого ядра в интервале 0-r₀₀. Установлено, что изменение оптических параметров наночастицы при изменении агрегатного состояния материала (плавлении) оказывает определяющее влияние на динамику нагрева наночастицы выше температуры плавления и последующие тепловые процессы.

Спектроскопия поверхностного гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) в сочетании с хемометрическими методами, такими как метод адаптивных итеративно взвешенных наименьших квадратов (AIR-PLS), вейвлет-преобразование и метод наименьших квадратов опорных векторов (LSSVM), применена для быстрого обнаружения и идентификации следов рактопамина (RAC) и кленбутерола гидрохлорида (CL) в свинине. Интенсивности первых вейвлет-сигналов на 1168 см^-1 использованы для создания стандартной кривой остатков RАС в свинине (линейное уравнение регрессии у = -4.3683x - 11.059, коэффициент корреляции -0.9726), а интенсивности вторых сигналов на 1258 см^-1 - остатков CL (линейное уравнение регрессии у = 33.595x + 36,538, коэффициент корреляции 0.9842). Вторые вейвлет-сигналы спектров ГКР выбраны в качестве входов модели классификации LSSVM для идентификации остатков RАС и CL в свинине со степенью точности, достигающей 100%. Экспериментальные результаты показывают, что предложенный метод, основанный на ГКР, является хорошей схемой быстрого обнаружения и идентификации остатков RAC и CL в свинине.

Выполнены многокомпонентный анализ состава эмали зубов и ее кариесных участков, а также количественная оценка деминерализации эмали методом лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии. Для эмали каждого зуба осуществлялось сравнение интенсивностей линий излучения Ca и P, Ca и Zn в здоровой и кариесной частях. Установлено, что потеря этих элементов для кариесных участков различна. В наибольшей степени для кариесной области наблюдается потеря кальция. Также уменьшается количество цинка, но уровень его потерь ниже. Спектральные линии получены в результате взаимодействия генерируемой лазерным излучением плазмы с веществом зубной эмали.

Проведены исследования холестериновых желчных камней методами электронного парамагнитного резонанса(ЭПР), рентгенофазового анализа (РФА) и ядерного магнитного резонанса (¹Н ЯМР). Полученные результаты свидетельствуют об идентичности спектров холестериновых желчных камней. Методом ЭПР установлено наличие в желчных камнях частиц, содержащих открытые спин-орбитали, которые выступают центрами коллоидных частиц. Спектры¹Н ЯМР и данные РФА указывают на наличие в желчных камнях холестерина и структур перехода десмостерола, которые образуют оболочки вокруг спиновых центров.

Показано, что эффективность фототерапии гипербилирубинемии новорожденных детей при использовании узкополосных светодиодных источников зависит не только от положения максимума спектра испускания светодиодов в пределах полосы поглощения билирубина, но и от ширины спектра воздействующего излучения. Установлено, что расширение спектрального диапазона излучения за счет добавления к свету синего диапазона с l_max » 462 нм зеленой компоненты с l_max » 505 нм (в условиях одинаковой интегральной плотности мощности) приводит к повышению эффективности снижения уровня общего билирубина в крови новорожденных детей. Предполагается, что эффект обусловлен гетерогенностью спектральных характеристик билирубина в условиях различного микроокружения, а также зависимостью оптимальной длины волны излучения для фотоизомеризации пигмента от глубины залегания кровеносных сосудов, являющихся местом протекания реакций фототрансформации билирубина. Кроме того, расширение спектрального диапазона воздействующего излучения за счет добавления зеленой компоненты приводит к увеличению облучаемых объемов крови, в которых инициируются реакции фотоизомеризации с повышенным квантовым выходом люмирубина, лежащие в основе терапевтического действия света при лечении гипербилирубинемии.

С помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (ЛИЭС) измерены спектральные характеристики и проведен количественный анализ содержания марганца в почве, что представляет большой интерес для точного земледелия. Для проведения анализа образцы почвы спрессованы в виде таблеток. Для создания плазмы в воздухе при атмосферном давлении использован импульсный Nd:YAG-лазер. В этих условиях проанализированы временная эволюция спектральных характеристик и их зависимость от энергии лазерного импульса. Калибровочная кривая построена с помощью эталонных образцов песчаной почвы, взятых на местности. Для повышения точности анализа методом ЛИЭС использована кривая внутреннего стандарта. Полученные результаты показывают применимость метода ЛИЭС для анализа концентрации марганца в почве.

Представлены аппаратура и результаты дистанционных спектроскопических измерений атмосферного содержания NO₂ на основе регистрации спектров рассеянного из зенита видимого солнечного излучения, выполнявшейся в центральной части Санкт-Петербурга в 2009-2016 гг. Полученные данные качественно согласуются с результатами одновременных аналогичных измерений в пригороде Санкт-Петербурга (Петродворец), а также с данными ближайших спутниковых измерений.

Определены сигнальные характеристики электронных абсорбционных спектров растворов в толуоле товарной и пластовой нефти, такие как дисперсия, математическое ожидание, автоковариационная и автокорреляционная функции. На примере нефти месторождений Южный Сургут и Южный Балык показано, что данные характеристики различаются для нефтей различного состава, свойств и степени подготовки. На основании предполагаемой характеристичности рассматриваемых параметров предлагается метод идентификации объектов исследования.

Предложен алгоритм для мониторинга динамических объектов с использованием интегрального оптического потока, основанный на построении зоны интереса для движения и определения структур векторов, которые позволяют найти состояние подвижных объектов при изменении характера движения. С использованием алгоритма можно анализировать не только движение объекта целиком, но и его внутренние изменения. Определение этапов развития динамического объекта с помощью интегрального оптического потока обеспечивает повышение точности прогноза эволюции таких объектов и улучшение качества решений многих задач для автоматизации мониторинга сложного движения динамических объектов.

Спектрально-люминесцентными методами изучено взаимодействие кумарина-6 и эозина-Y c частицами полититаната калия протонированного (ПТКП). Установлено, что анизотропия флуоресценции кумарина-6 и эозина-Y в суспензии ПТКП выше, чем в этаноле. Это можно объяснить связыванием красителей с частицами ПТКП. По спектрам поглощения красителей определены коэффициенты экстинкции кумарина-6 (l= 460 нм) e= 25000 М^{- 1} ·см^{- 1} и эозина-Y (525 нм) 36000 М^{- 1} ·см^{- 1} . Показано, что кумарин-6 и эозин-Y могут использоваться для сенсибилизации ПТКП.

Исследованы спектры пропускания в диапазоне 200-1100 нм пленок титаната стронция толщиной до 200 нм, сформированных золь-гель методом на подложках кварцевого стекла. Золь приготовлен на основе ацетата стронция, тетраизопропоксида титана, уксусной кислоты и монометилового эфира этиленгликоля. Пленки титаната стронция формировались последовательным нанесением пяти слоев с промежуточной сушкой каждого слоя и окончательной термообработкой в диапазоне температур 500-750 °С. Из анализа спектров пропускания установлено, что полученные пленки характеризуются шириной запрещенной зоны, уменьшающейся от 4.46 до 3.84 эВ при переходе от рентгеноаморфных пленок к кристаллическим с показателем преломления 1.996 (l= 620нм), обусловленным высокой плотностью упаковки 81.5 % от плотности монокристаллического титаната стронция.

Исследовано влияние примесей Nd на механизм фотопроводимости и поглощения света в монокристалле GeS. Изучена структура спектров, исследованы экситонные состояния, энергия прямых и непрямых зона-зонных переходов.

Для стеклообразных сплавов системы As-S по разрезу As_хS_100-х (0<х<40) в спектральном интервале 1-5 мкм при температурах 77-400 К определен температурный коэффициент показателя преломления dn/dT. Установлено, что в зависимости от состава и длины волны исследуемые стекла имеют отрицательные, нулевое и положительные значения dn/dT. С помощью одноосцилляторной модели проведен анализ спектральной и температурной зависимостей данного коэффициента.

Проведен термолюминесцентный анализ чувствительности и величины отклика оптического волокна из плавленого кварца, допированного элементами Yb-Tb, на его гамма-облучение. Результаты сравниваются с данными для коммерчески доступного оптоволокна LiF:Mg,Ti (TLD-100). Исследуемое и TLD-100 волокна подверглись облучению гамма-фотонами с энергией 1.25 MэВ дозой 1-10 Гр. Результаты показывают превосходство TLD-100 над оптическим волокном из плавленого кварца, допированного элементами Yb-Tb, как по величине формируемого отклика, так и по уровню облучения, индуцирующего люминесценцию. Чувствительности Yb-Tb-допированного оптоволокна и TLD-100 составляют 45.25 и 768.85 нc/(мг × Гр).

C использованием модели поляризуемого континуума методом MPW1PW91 рассчитаны структура, стабильность,¹⁴N ЯКР-параметры и гиперполяризуемость изомеров Fe(CO)₄py в различных растворителях. Установлено, что изомер Fe(CO)₄py_axial более стабилен, чем Fe(CO)₄py_equatorial, относительные энергии уменьшаются для более полярных растворителей. Молекулярный орбитальный анализ показывает, что наивысшая молекулярная орбиталь изомера Fe(CO)₄py относится к связи Fe(CO)₄, а самая низкая незанятая молекулярная орбиталь локализована на лиганде пиридина. Предполагается, что нелинейные оптические свойства зависят от полярности растворителя.

С использованием парааминобензойной кислоты, нитрата европия и изопропилата титана синтезированы два новых люминесцирующих гибридных вещества. Исследование их характеристик с использованием ИК спектроскопии и элементного CHN-анализа выявило места связывания и состав гибридных материалов. Однородность структуры гибридных материалов подтверждена методом сканирующей электронной микроскопии. Оптические свойства синтезированных материалов исследованы с помощью абсорбционной спектроскопии в УФ и видимой областях спектра и фотолюминесцентной спектроскопии. Термогравиметрический анализ показал, что полученные гибридные материалы термически стабильны .

Свинцовые и висмутовые стекла, допированные ионами переходных металлов (TiO₂, V₂O₅, Cr₂O₃, и MnO₂) и имеющие низкое содержание традиционного стеклоформирователя (B₂O₃, SiO₂ или P₂O₅), получены традиционным способом отжига в расплаве. Измерено поглощение в УФ и видимой областях спектра и определены фотолюминесцентные характеристики стекловидных образцов. В спектрах поглощения TiO₂ и V₂O₅ имеются три полосы с максимумами 240, 305 и 380 нм и широкая асимметричная полоса 425-432 нм, а в спектрах поглощения Cr₂O₃ и MnO₂ - только одна широкая полоса в видимой области 517-548 нм. Интенсивность люминесценции различна для разных оксидов переходных металлов. Оптическая ширина запрещенной зоны и энергии Урбаха вычислены из данных 168-2 по краю поглощения. Рассчитанные значения оптической ширины запрещенной зоны зависят от состава стекла. Изменяющиеся значения оптической ширины запрещенной зоны и ее хвоста могут быть связаны со структурными изменениями, происходящими в образцах стекла. Вариации интенсивности люминесценции, оптической ширины запрещенной зоны и ее хвоста, а также показателя преломления свидетельствуют о возможности использования полученных стекол для разработки новых оптических функциональных материалов с более высокими оптическими характеристиками.

Методами спектроскопии флуоресценции и поглощения в УФ и видимом диапазонах исследовано взаимодействие бычьего сывороточного альбумина (БСА) с двумя комплексами Cu(II)-фенантролина. Полученные результаты подтверждают, что лиганд 1,10-фенантролин (Фен) диссоциирует из обоих комплексов и перемещается в гидрофобную полость БСА, а M-L комплексы (M = Co²⁺, Cu²⁺; L = Hlact, imda, где Hlact - молочная кислота, H₂imda - иминодиуксусная кислота) координируют с аминокислотами на поверхности пептида в растворе. Такое взаимодействие существенно препятствует денатурации БСА. Расчет расстояния между БСА и обоими комплексами показывает, что перенос энергии от возбужденного состояния БСА к комплексам происходит с высокой эффективностью.

Флавониды являются основными биоактивными компонентами солодки, а связь типа C¢-4 - их основная структурная особенность, определяющая биологическую активность. С помощью мультиспектроскопических методов и методов молекулярного докинга в условиях, близких к физиологическим, изучена способность связывания бычьего сывороточного альбумина (БСА) с тремя выделенными флавонидами (ликвиритигенином, ликвиритином и ликвиритином апиозида) с различными заместителями (гидроксильными группами, глюкозой и остатком глюкозы - сахаром апиозой) в положении C¢-4, а также хальконом (изоликвиритигенином - изомером ликвиритигенина). Механизм связывания флавонидов с БСА обусловлен формированием комплекса флавонид-БСА, причем сродство связывания оказывается самым сильным для изоликвиритигенина, далее следуют ликвиритин апиозид, ликвиритин и ликвиритигенин. Термодинамический анализ и молекулярный докинг показали, что во взаимодействии между флавонидами и БСА доминирующими являются гидрофобная сила и водородные связи. Эксперименты и результаты молекулярного докинга подтвердили, что наиболее возможное место связывания флавонидов солодки с БСА - субдомен IIA. Основная структура и заместители в положении C¢-4 флавонидов существенно влияют на особенности их связывания с БСА.

Проведено сравнение данных количественного анализа содержания токсичного тяжелого металла свинца (Pb) в образцах чайного листа Pu’er, полученных методом спектроскопии лазерно-индуцированной плазмы при атмосферном давлении с использованием трех способов калибровки: внешним стандартным образцом, внутренним стандартным образцом и множественной линейной регрессией. Для выполнения калибровки в качестве аналитической выбрана линия Pb I 405.78 нм. Коэффициенты линейной корреляции (R²) концентраций, полученных с использованием указанных калибровок, и данных стандартных образцов составляют 0.97916, 0.98462 и 0.99647 соответственно. По данным определения Pb в восьми образцах метод множественной регрессии обладает наилучшими характеристиками в сравнении с остальными двумя методами по средней относительной погрешности (ARE = 2.69%), максимальной относительной погрешности (MRE = 4.94%), среднему относительному стандартному отклонению (ARSD = 9.69%) и максимальному относительному стандартному отклонению (MRSD = 24.44%). Показано, что при определении Pb в образцах чайного листа Pu’er метод множественной линейной регрессии имеет преимущество по точности и воспроизводимости.

Прозрачные оксифторидные германатно-силикатные стеклокерамики, содержащие нанокристаллы PbF₂:Er, синтезированы на основе исходных стекол системы SiO₂-GeO₂-PbO-PbF₂, допированных Er₂O₃. Они характеризуются интенсивной желто-зеленой люминесценцией, которая усиливается в ~12 раз по отношению к исходному стеклу. Перераспределение интенсивности между полосами люминесценции в зеленой и красной областях спектра после термической обработки стекла интерпретировано на основе измерения времен жизни ионов Er³⁺ в возбужденных состояниях от⁴I_11/2 до²H_11/2. Обнаружено существенное увеличение времени жизни для состояния⁴F_9/2, от 0.6 мкс для исходного стекла до 71 мкс для стеклокерамики. Для стеклокерамики зарегистрирована УФ up-конверсионная люминесценция. Обсуждаются механизмы up-конверсии для 11 переходов в УФ, синей, красной и ИК областях спектра.