Исследованы спектрально-люминесцентные характеристики 21-тио-5,10,15,20-тетрафенилпорфирина и 21,23-дитио-5,10,15,20-тетрафенилпорфирина в растворах при температуре 293 К. На основании четырехорбитальной модели Гоутермана обсуждена природа спектральных сдвигов полос поглощения при гетерозамещении. Показано, что тушение флуоресценции гетеропорфиринов обусловлено эффектом внутреннего тяжелого атома, в качестве которого выступает гетероатом тиофенового кольца.

Представлены результаты исследования люминесценции диоксида кремния в процессе его реактивного ионно-плазменного травления, имеющего наибольшую интенсивность в плазме фторсодержащих газов. Установлено, что свечение сопровождается интерференцией. Рассматриваются вероятные механизмы данного явления. Показана возможность использования люминесценции для контроля травления пленки SiO₂, а также слоев других материалов, лежащих на ней.

Исследована фотолюминесценция в объеме и с поверхности конгруэнтного и стехиометрических кристаллов ниобата лития, полученных по разным технологиям. Установлено, что интенсивность люминесценции стехиометрического кристалла ниже, чем конгруэнтного. Люминесценция в объеме кристаллов в основном обусловлена дефектами Nb_Li, в то время как для приповерхностного слоя наблюдается тушение люминесценции в длинноволновой ( ˃ 500 нм) области спектра за счет рассеяния энергии на колебаниях кристаллической решетки и увеличения интенсивности свечения пары Nb_Nb⁴⁺-O^–. Показано, что полосы люминесценции с максимумами при 426 и 446 нм обусловлены наличием комплексных дефектов в виде электронно-дырочных пар Nb_Nb⁴⁺-O^–, в которых атом ниобия связан с атомами кислорода ковалентной и электростатической связью. Увеличение отношения Li/Nb приводит к смещению полос люминесценции в коротковолновую область спектра и изменению края фундаментального поглощения исследованных кристаллов.

Теоретически проанализирована зависимость эффективности резонансного вынужденного комбинационного рассеяния света от параметров излучения накачки и рассеивающих центров среды. Показано, что эта эффективность в силу высокого поглощения излучения накачки и стоксовой компоненты не может быть значительной.

Выведено новое интегро-функциональное уравнение для четырехмерного преобразования Фурье четырехточечной функции когерентности пучка лазерного излучения в турбулентной среде и найдены два семейства точных аналитических решений данного уравнения. Эти решения имеют место для любого уровня флуктуаций показателя преломления воздуха. На их основе получены точные аналитические представления интегральных характеристик четырехточечной функции когерентности. В частности, найдены усеченные спектральные характеристики пространственной корреляционной функции интенсивностей. Эти представления могут использоваться для тестирования асимптотических, численных и иных методов нахождения данной функции и для описания ее интегральных свойств.

Исследованы фотовольтаические и фотопроводящие свойства пленочных композитов сополимера стирола с нонилметакрилатом, поли-N-эпоксипропилкарбазола с добавками тетраядерного металлокомплекса Cu₄L₄(OCH₃)₄  (L^– = N, N' - дибензил-N"-рихлороацетилтриамидофосфат) и сенсибилизатора — органического соединения с внутримолекулярным переносом заряда. Установлено, что в видимой области спектра эти композиты имеют дырочный тип фотопроводимости, а внутренний фотоэффект определяется фотогенерацией носителей заряда из молекул металлокомплекса и сенсибилизатора. Методом ЭПР исследована кинетика образования и релаксации фотогенерированных носителей заряда. Сделан вывод, что молекулы металлокомплекса в составе полимерного композита способствуют увеличению эффективности фотогенерации неравновесных носителей заряда и влияют на фотовольтаические свойства композитов.

С помощью вертикального метода Бриджмена выращены монокристаллы Mn_1.5AgIn_8.0S₁₄, определены их состав и кристаллическая структура. Установлено, что монокристаллы кристаллизуются в кубической структуре шпинели с постоянной решетки a = 10.765 ± 0.005 Å. По спектрам пропускания в области края собственного поглощения в интервале температур 10—320 К оценена ширина запрещенной зоны монокристаллов Mn_1.5AgIn_8.0S₁₄, установлено ее уменьшение с ростом температуры и найдена функциональная аппроксимация этой зависимости.

В классическом приближении исследованы оптические свойства наночастиц типа ядро—металлическая оболочка и композитов на их основе. Рассчитаны частотные зависимости действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости двухслойных частиц, а также коэффициента поглощения композита на их основе. Установлено существование мелкомасштабных осцилляций действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости и коэффициента поглощения в низкочастотной области спектра. Проанализировано поведение диэлектрической проницаемости двухслойных наночастиц для предельных случаев тонкой и толстой оболочек. Рассмотрено влияние эффективной длины свободного пробега электронов на оптические характеристики двухслойных наночастиц. Продемонстрировано наличие двух максимумов коэффициента поглощения композита, обусловленных гибридизацией полярных мод.

Гибкие ГКР-подложки получены фотоактивированным синтезом наночастиц серебра в тонком (10—170 нм) слое полиакриловой кислоты, химически привитой к поверхности пленки полипропилена. Плазмонное поглощение и ГКР-активность подложек исследованы в зависимости от толщины привитого слоя для фиксированного времени синтеза наночастиц. Полученные результаты указывают на плотную трехмерную упаковку плазмонных наночастиц в привитом полимере. Подложки имеют устойчивую к хранению и равномерную по поверхности ГКР-активность.

Выполнены экспериментальные исследования люминесценции постоянного тлеющего электрического разряда в парах цитозина. Получены спектры свечения разряда в области 200—500 нм. В спектре люминесценции обнаружены более 25 полос. Для наиболее интенсивных молекулярных полос предложена их идентификация.

Предлагается новый метод выбора спектральных переменных для ближней ИК спектроскопии — алгоритм индуцированных генетических мутаций (IMGA). Основываясь на генетическом алгоритме (GA), IMGA значительно упрощает процесс биологической эволюции, которая не только наследует преимущества глобальной оптимизации GA, но и эффективно улучшает скорость конвергенции. IMGA применен для выбора характерных спектральных переменных для идентификации происхождения зеленого чая. После пяти серий генетических эволюций из 156 спектральных переменных выбраны 11 характерных спектральных переменных, на основе которых с помощью метода частичных наименьших квадратов (PLS) построена классификационная модель, при этом для набора прогнозирования чувствительность и определенность классификационной модели повышаются до единицы. Показано, что IMGA можно использовать для выбора характеристических спектральных переменных и существенно улучшить точность прогнозирования и скорость расчета модели для ближней ИК области.

С использованием спектроскопии ЯМР ³¹P изучен состав смесей фосфорномолибденовых кислот (ФМК), образующихся при взаимодействии MoO₃ с водными растворами ортофосфорной кислоты при мольном отношении Mo/P = 12. При разбавлении реакционной смеси возрастает степень превращения оксида молибдена. Основным продуктом во всем диапазоне является кислота H₇PMo₁₁O₃₉. Концентрация кислоты H₃PMo₁₂O₄₀ проходит через максимум при массовом соотношении H₂O/MoO₃ = 10, что оптимально для препаративного синтеза ФМК (выход 84 %).

Методами ЯМР 1Н- и ИК спектроскопии, хромато-масс-спектрометрии, данными балансовых опытов и высокоэффективной жидкостной хроматографии установлены структуры образующихся продуктов реакций 2,2-ди(4-нитрофенил)-1-хлорэтена и 2,2-ди(4-нитрофенил)-1,1-дихлорэтена с нитритом натрия и их соотношение. Показано, что в реакции 2,2-ди(4-нитрофенил)-1-хлорэтена с нитрит-ионом в диметилформамиде образуются 4,4'-динитробензофенон, оксим 4,4'-динитробензофенона и 4,4'-динитробензанилид в соотношении 50, 30 и 20 % соответственно. Продуктами взаимодействия 2,2-ди(4-нитрофенил)-1,1-дихлорэтена с NaNO₂ в ДМФА являются 4,4'-динитробензофенон (95—97 %) и оксим 4,4'-динитробензофенона (2.5—3.0 %).

Метод химического отбеливания с помощью пероксида водорода применен к почечным камням двух различных типов. После процесса отбеливания осуществлена характеризация. Камни идентифицированы как фосфат кальция и моногидрат оксалата кальция. Образцы проанализированы с помощью дисперсионной КР-спектроскопии с λ _возб = 532 нм. Для сравнения результатов образцы измерены с помощью ИК-Фурье- и КР-Фурье-спектроскопии. Отношение минерал/матрица для полос КР изменилось для обоих образцов, однако без каких-либо заметных сдвигов частоты в спектрах КР.

Разработан быстрый и чувствительный спектрофотометрический метод для количественного анализа трех противовирусных и антипаркинсоновых препаратов — амантадина (AMA), мемантина (MET) и ремантадина (RIM). Метод основан на использовании 1,3-индандиона (IDO) в качестве хромогенного реагента для образования комплексов с переносом заряда с исследуемыми препаратами и получения цветных продуктов реакции с максимумом поглощения на λ = 522 нм, что позволяет проводить количественный анализ этих препаратов. Подтверждено соответствие метода официальным рекомендациям, что дает возможность его использования в лабораториях контроля качества. Изучен и оптимизирован ряд факторов (объем реагента, разбавляющий растворитель, температура, время реакции и стабильность), влияющих на протекание реакций. Метод дает возможность обнаруживать AMA, MET или RIM в линейном диапазоне концентраций 10—140 мкг/мл с высокой селективностью и надежностью. Результаты применены для анализа этих лекарственных средств в фармацевтическом составе с приемлемой точностью и воспроизводимостью.

Исследована гиперспектральная система визуализации (400–800 нм) в сочетании с многомерным анализом для различения видов говядины, свинины и баранины на основе характерных длин волн интактных и измельченных образцов. Проведено сравнение характеристик классификационных моделей, построенных путем объединения линейного дискриминантного анализа (LDA), дискриминантного анализа с проекцией на латентные структуры (PLS-DA) или метода опорных векторов (SVM), с методами выбора переменных, такими, как алгоритм последовательного проецирования (SPA), анализ коэффициента регрессии (RCA) или метод реверсивных скачков (RF). Показано, что при идентификации видов сырого мяса линейный классификатор предпочтительнее нелинейного. Путем всестороннего сравнения трех схем, в том числе синтеза переменных, слияния данных и перекрестного моделирования, определен только один набор оптимальных длин волн, включающий в себя пять диапазонов (567, 579, 595, 624 и 732 нм) в качестве универсальных и характерных, вместо выбора различных наборов характеристических длин волн для образцов различных видов мяса. На основе выбранных длин волн создана упрощенная модель LDA, позволяющая получить точность классификации 94.20 и 98.36% в валидационном наборе образцов интактного мяса и фарша. Интегрирование гиперспектральной визуализации и многомерного анализа обладает большим потенциалом в решении проблемы быстрой и неразрушающей дифференциации распространенных видов сырого мяса.

Изучена возможность использования магнитных наночастиц в качестве адсорбента для эффективного удаления анионных красителей из водных растворов. Методом спектроскопии в видимой области проведено исследование связывания эозина, тартразина и зеленого стойкого с суперпарамагнитными наночастицами Fe₃O₄. Параметры взаимодействия (константа и место связывания) получены из данных спектрофотометрического титрования с использованием модели Ленгмюра для равновесного связывания. Высокие константы связывания (~10⁵ М^–1) свидетельствуют о перспективности применения магнитных наночастиц для выведения анионных красителей из загрязненных вод.

Создана гиперспектральная система дистанционного зондирования с беспилотного летательного аппарата для исследования пустынных пастбищ Внутренней Монголии (Китай) при естественном освещении в полевых условиях. На основе машинного обучения предложена модель трехмерной сверточной нейронной сети (3D-CNN) для классификации пустынных пастбищ. Для уменьшения объема данных использована парадигма F-norm² при обеспечении целостности пространственной информации. Благодаря оптимизации структуры и параметров модели ее точность дополнительно повышается на 9.8%, при этом общая точность распознавания оптимизированной модели >96.16%. Соответственно достигается высокоточная классификация признаков пустынных пастбищ, что способствует повышению эффективности исследований по дистанционному зондированию пастбищ.

Рассмотрены методические аспекты определения общего содержания нитрата хлора (ClONO₂) из наземных измерений спектров солнечного излучения с помощью Фурье-спектрометра Bruker 125HR на станции международной измерительной сети NDACC St. Petersburg (59.88° с.ш., 29.82° в.д., 20 м над уровнем моря). Разработанная методика применена к спектрам, измеренным в период с 2009 по 2019 гг., результаты сопоставлены с расчетами химико-климатической модели ЕМАС. Получено хорошее качественное и количественное согласие экспериментальных данных с результатами численного моделирования. За период 2009—2017 гг. среднее рассогласование между модельным и экспериментальным ансамблями составило 3%, среднеквадратическое 43 %, коэффициент корреляции 0.79±0.02, что свидетельствует об адекватном описании моделью изменчивости общего содержания ClONO₂. Оценка линейного тренда общего содержания ClONO₂ показала достоверное уменьшение общего содержания нитрата хлора в атмосфере над Санкт-Петербургом как по данным наземных измерений (–2.3±1.9 % в год), так и по результатам моделирования (–1.2±0.4 % в год).

Разработан метод определения скандия (Sc) в образцах алюминиевого сплава с помощью оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Метод оптимизирован с помощью конструкции Бокса—Бенкена, в которой оценивались рабочие условия (мощность ВЧ-сигнала, расход газа распылителя и расход пробы). Определены оптимальные условия, в том числе мощность ВЧ-сигнала 1300 Вт, расход газа распылителя 0.83 л/мин и расход пробы 0.9 мл/мин. При этих условиях получены удовлетворительные рабочие характеристики, включающие в себя фоновую эквивалентную концентрацию, пределы обнаружения и количественного определения. В результате оптимизации метод позволяет определить содержание Sc с пределами обнаружения и количественного определения 0.15 и 0.48 мкг/л, его точность подтверждена путем анализа сертифицированного эталонного материала из алюминиевого сплава и использования метода стандартных добавок. Эксперименты со стандартными добавками приводят к восстановлению в пределах 96.5–105.0%. Разработанный метод применен для определения Sc в образцах алюминиевых сплавов Пекинского института авиационных материалов. Полученные данные восстановления находятся в интервале 98.0–100.5%.

Предложен метод обработки больших наборов кинетических кривых затухания флуоресценции молекул с использованием алгоритмов интеллектуального анализа данных, позволяющий определить параметры биофизических и оптических процессов, протекающих в молекулярных системах. Идея разработанного метода состоит в разбиении исходного набора кривых затухания флуоресценции на кластеры по степени близости в некоторой мере сходства, нахождении медоидов кластеров, применении метода снижения размерности данных и отображении экспериментальных данных в пространстве двух-, трехмерной размерности, анализе кривых затуханий медоидов с использованием аналитических или имитационных моделей. Применимость метода рассматривается на примере анализа наборов данных, представляющих собой системы флуорофоров. Разработанный метод требует существенно меньше времени и вычислений аналитической функции аппроксимации, а точность оцененных параметров выше, чем в случае применения классического подхода.

Предлагается простой, пригодный для массового практического применения алгоритм расчета электронно-колебательных уровней энергии многоатомной молекулы. Подход основан на использовании естественных координат и усреднении матрицы кинематических коэффициентов в операторе кинетической энергии, что позволяет исключить из данного оператора недифференциальное слагаемое, сильно усложняющее математическую процедуру.

Представлены результаты теоретических исследований зависимости дифракционной эффективности пропускающих голограмм, сформированных в образце фоторефрактивного кристалла Bi₁₂SiO₂₀, от ориентационного угла, удельного вращения кристалла и его толщины. В теоретической модели учтены линейный электрооптический, обратный пьезоэлектрический и фотоупругий эффекты. Показано, что при изменении знака оптической активности кристалла может иметь место смещение максимумов дифракционной эффективности относительно значений ориентационного угла.

Представлен простой и чувствительный метод определения содержания 6-тиогуанина (6-TG). Метод основан на резонансном переносе энергии флуоресценции, при котором донором служит акридиновый оранжевый (АО), акцептором — стабилизированные цитратом наночастицы серебра (Ag-НЧ). Обнаружена нековалентная связь между поверхностями Ag-НЧ и АО, наблюдается эффект тушения флуоресценции. Спектры флуоресценции АО, регистрируемые после дальнейшего добавления 6-TG, свидетельствуют об агрегации Ag-НЧ. В идеальных условиях линейная зависимость имеет место в диапазоне концентраций 0.005—0.04 мкм, предел обнаружения 6-TG 5.3 нмоль. Метод дает возможность проведения экспресс-анализа содержания 6-TG в образцах сыворотки, крови и мочи человека.

На основании метода гиперспектральной визуализации путем объединения информации о спектральных характеристиках и особенностях изображения для идентификации зрелости груш Nanguo предложены модель нейронной сети с обратным распространением и модель опорных векторов. Результаты идентификации с помощью метода опорных векторов оказались лучше, степень распознавания зрелости ˃95%, в том числе степень распознавания незрелых и зрелых образцов достигает 100%.

Разработан инновационный подход к определению бензотриазола в водных растворах. Метод основан на явлении поверхностного плазмонного резонанса на наночастицах золота. Сначала происходит реакция между наночастицами золота и бензотриазолом. Затем содержание бензотриазола определяется спектрофотометрическим методом. С помощью просвечивающей электронной микроскопии показано, что в присутствии бензотриазола происходит агрегация наночастиц золота. Исследовано влияние различных параметров, таких как pН, время контакта, концентрация наночастиц золота, количество буфера и поверхностно-активных веществ, на результат измерения бензотриазола. Предложенный способ позволяет определять содержание бензотриазола в диапазоне концентраций 10–100 мкг/л с пределом обнаружения 5 мкг/л и пределом количественного определения 16 мкг/л. Относительное стандартное отклонение метода 2.5 и 1%. Предлагаемый метод применен для измерения содержания бензотриазола в реальных образцах воды.

Предложен метод непосредственного определения Ca, Fe, K и Mg и качественного анализа образцов двух типов почв различной глубины (0–20 и 20–40 см) методом лазерно-индуцированной искровой спектроскопии (LIBS). Инструментальные параметры LIBS оценены с использованием центрально-композитного плана с центральной точкой. Оценены следующие переменные: время задержки на пяти уровнях (0.5, 0.7, 1.2, 1.7 и 1.9 мкс) и флюенс на пяти уровнях (1448, 1811, 2659, 3514 и 3820 Дж/см²). Наилучшие результаты получены при времени задержки 1.2 мкс и плотности потока 2659 Дж/см². Предложенная калибровочная модель для Ca, Fe, K и Mg, полученная с использованием данных LIBS, дает хорошую корреляцию с эталонными значениями, полученными с помощью атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP OES). Проведен многомерный анализ данных из спектров LIBS в области 186—1042 нм с использованием метода главных компонент (PCA). По спектрам LIBS можно выделить анализируемые образцы. Показано, что комбинация LIBS с PCA является отличным вариантом для различения почв.

Изучены характеристики оптического излучения лазерно-индуцированной воздушной плазмы и создание помех в работе видеодетекторов на ПЗС-структурах. Оптические эмиссионные спектры плазмы воздуха в диапазоне 400—700 нм состоят из суперпозиции отдельных спектральных линий и континуума. Континуум состоит в основном из тормозного и рекомбинационного излучений. Порог подавления изображения ПЗС-видеодетектора под действием оптического излучения лазерной воздушной плазмы 3.98 · 10¹⁰ Вт/см². С увеличением интенсивности излучения лазера объем лазерно-индуцированной плазмы и спектральная интенсивность возрастают, качество изображения ПЗС-видеодетектора ухудшается и площадь помех на видеоизображении ПЗС-детектора расширяется. Результаты эксперимента показывают, что подавляющее действие излучения лазерно-индуцированной плазмы на ПЗС-видеодетекторы выше, чем в случае монохромного лазерного излучения, что важно для повышения эффективности создания оптоэлектронных помех.

Предлагается алгоритм согласования кривой степенного спектрального распределения, основанный на характеристиках компонентов космической цели. Средняя точность предложенного алгоритма выше, чем алгоритмов Харсаньи–Фарранда–Чанга и Хайсима. Эксперименты проводились для случая, когда число смешиваемых спектральных полос достаточно мало. Результаты показывают, что число конечных спектральных элементов может быть оценено точно в пределах от трех до восьми. Алгоритм пригоден для оценки числа конечных спектральных элементов космической цели.