Приведен обзор работ, которые инициировали и обеспечили создание гибридной ИК-лазерной системы, основанной на преобразовании в различных нелинейных кристаллах излучения щелевых  CO- и CO₂-лазеров с накачкой высокочастотным газовым разрядом и модуляцией добротности  резонатора. Разработанная широкополосная лазерная система действует в спектральном диапазоне от ~2 до ~20 мкм за счет генерации в этих кристаллах излучения на разностных и суммарных частотах.

Для cвободных оснований двух корролов с различной архитектурой периферического замещения определены сольватохромные сдвиги полос поглощения в серии растворителей различной природы и проанализирована природа сольватохромных эффектов по методу Валентайна. Обнаружено, что сольватохромия свободных оснований корролов обусловлена универсальными неспецифическими взаимодействиями, при этом коротковолновый таутомер Т2 испытывает более сильную сольватацию. Показано, что в полярных апротонных растворителях (ацетоне, ацетонитриле, диметилформамиде и диметилсульфоксиде) одновременно протекают специфические кислотно-основные взаимодействия, приводящие к образованию депротонированной формы. Депротонированная и протонированная формы корролов также обнаруживают неспецифическую сольватацию, приводящую к сольватохромным сдвигам, которые выше, чем для свободных оснований. Предположено, что это вызвано избыточным (отрицательным либо положительным) электронным зарядом макроцикла.

Отношение Mn/Fe, служащее маркером содержания редкоземельных элементов и элементов платиновой группы в железомарганцевых конкрециях, определено в образцах, отобранных в ходе экспедиций в Карское море и море Лаптевых, а также в наборе стандартных образцов (ООПЕ 601—604). Анализ проведен методом лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии без построения градуировочного графика, основанном на использовании только параметров плазмы и интенсивностей аналитических линий марганца и железа (Mn I 542.04 нм и Fe I 539.71 нм). Температура плазмы определена по графику Больцмана, ее электронная плотность — по штарковскому уширению линии Fe I 538.34 нм. Показана возможность определения отношения Mn/Fe в диапазоне от 0.2 до 4.2 в конкрециях различного географического происхождения. Достигнут высокий коэффициент линейной детерминации (R² = 0.938) и пропорциональности между результатами лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии и атомно-эмиссионного анализа с индуктивно-связанной плазмой (1:0.99).

Теоретически рассчитаны и исследованы зависимости факторов эффективности поглощения излучения сферическими наночастицами системы ядро–оболочка c материалами золото–кварц и кварц–золото с радиусами ядра r₀ = 40, 50, 60, 70 нм и толщиной оболочки Δr₁ = 10, 20, 30 нм в диапазоне длин волн 300—3000 нм при температурах частиц и окружающего кварца Т = 300, 1173 К. Установлено значительное изменение поглощения излучения наночастицей при возрастании температур наночастиц и окружающей среды. Изменение оптических характеристик наночастиц оказывает определяющее влияние на эффективность поглощения энергии солнечного или оптического излучения наночастицами, температуру нагрева наночастиц и окружающей среды и последующие тепловые процессы. Результаты представляют интерес для целей создания высокотемпературных твердотельных наноструктурированных абсорберов солнечного излучения, содержащих поглощающие излучение наночастицы, а также при создании новых материалов для высокотемпературной нанофотоники.

Методами инфракрасной (ИК) спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР) охарактеризованы особенности поверхностного состояния слоистых материалов Ti₃C₂Т_х (Т — ОН^–, О^2–, F^–), полученных в виде порошка и двумерных (2D) частиц, формирующих стабильный коллоидный раствор. Порошкообразный образец Ti₃C₂Т_х получен путем удаления алюминия  из Ti₃AlC₂ обработкой в растворе HF, 2D-частицы Ti₃C₂Т_х — обработкой Ti₃AlC₂ в растворе HCl+LiF с последующей обработкой ультразвуком. Фазовый состав и морфология образцов исследованы методами рентгенографии и электронной микроскопии. Методы ИК- и КР-спектроскопии позволили дифференцировать наличие терминальных групп (O^2–, OH^–, F^–) различной природы с количественным преобладанием ОН-формы в порошкообразном образце Ti₃C₂Т_х и ОН- и фторид-ионов  в 2D-частицах Ti₃C₂Т_х, а также выявить наличие примеси TiO_x.

Легированные азотом люминофоры Zn₂GeO₄ (ZGO:N) синтезированы с использованием химического гидротермального подхода. Исследовано влияние легирования азотом на структурные и оптические свойства люминофоров ZGO. Показано, что ионы азота успешно заменяют ионы кислорода и легирование азота распространяется по всей элементарной ячейке кристаллической решетки. Небольшое синее смещение энергии запрещенной зоны указывает на слабое квантовое удержание полученных наночастиц ZGO. При длине волны возбуждения 260 нм по сравнению со спектром фотолюминесценции люминофоров ZGO положение максимума излучения люминофоров ZGO, легированных азотом, смещается в синюю область. В колебательных режимах ZGO из-за включения азота водород замещается в O-сайте, что вызывает пассивацию в наночастицах ZGO:N. Концентрация ионов азота в ZGO:N играет важную роль в эволюции интенсивности фотолюминесценции и качества нанокристаллов. Результат способствует оптимизации легированных азотом люминофоров с содержанием 5 мол.%. Обсуждается возможный механизм люминесценции люминофоров ZGO:N.

Процесс образования таумазита изучен с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света и термодинамического анализа для выявления изменений таумазита в растворе соли аммония при температуре окружающей среды 25 °C. Показаны ускорение реакции в присутствии ионов NH₄⁺ при температуре окружающей среды и усиление этой тенденции в присутствии анионов SO₄²⁻.  Это усиление больше, чем при низкой температуре. Изменение свободной энергии Гиббса образования таумазита в присутствии и в отсутствие ионов NH₄⁺ изучено с использованием термодинамических методов. Объяснен механизм ускорения образования таумазита в присутствии ионов NH₄⁺.

Методами нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) и времяпролетной массспектрометрии вторичных ионов изучено поведение азота в пленках диоксида кремния на подложках монокристаллического кремния. Азот вводился в диэлектрик, сформированный методом пирогенного окисления при температуре 850 ºС в атмосфере влажного кислорода, имплантацией ионов N⁺ энергией 40 кэВ дозами 2.5 · 10¹⁴ и 1.0 · 10¹⁵ см^–2 с последующим быстрым термическим отжигом при температуре 1000 либо 1050 ºС длительностью 15 с на воздухе. Азотирование части образцов осуществлялось при термическом отжиге в атмосфере азота с добавлением малого количества кислорода при температуре 1200 ºС в течение 120 мин. Установлено, что при термообработке основная часть атомов азота диффундирует к границе раздела SiО2/Si и накапливается в приграничной области оксида. В спектрах НПВО наблюдается полоса поглощения с максимумами при ~2320 и 2360 см^–1, обусловленная колебаниями двойных кумулятивных связей типа О=Si=N–. Формирование данных связей обусловлено взаимодействием азота с оборванными связями на границе раздела кремний-диэлектрик, вследствие чего нескомпенсированные или напряженные связи заменяются на более устойчивые.

Изучены спектры возбуждения и фотолюминесценции нанолюминофоров CaAl₂O₄:Eu³⁺ в широком интервале температур 10—300 К и уровней лазерного возбуждения от 40 до 2.3 · 10³ кВт/см². Спектры фотолюминесценции CaAl₂O₄:Eu³⁺ имеют форму узких линий и расположены в диапазоне 550—750 нм видимого спектра. Установлена чрезвычайно высокая устойчивость положения и формы спектров фотолюминесценции исследуемых нанопорошков при высоких уровнях лазерного возбуждения до 2.3 · 10³ кВт/см² при постоянной эффективности люминесценции до 60 кВт/см². Дальнейшее увеличение уровня возбуждения приводит к обратимому падению эффективности фотолюминесценции. Порог необратимого падения эффективности люминесценции не достигнут.

Методом селективного лазерного отжига сформированы периодические структуры Si/SiO₂/Si₃N₄/Si с островковым поверхностным слоем. Исследование методом ИК-Фурье-спектрометрии показало уменьшение коэффициента пропускания островковой структуры, сформированной методом селективного лазерного отжига, по сравнению со структурой без отжига практически во всем исследуемом диапазоне (2—25 мкм). Уменьшение коэффициента пропускания может быть связано с наличием в поверхностном слое высоколегированных областей рекристаллизованного кремния. Анализ дисперсионных кривых, полученных методом конечных разностей во временной области, показал, что колебания в диапазоне 5—20 ТГц могут поддерживаться в слое периодических высоколегированных островков кремния в слое нелегированного кремния. Результаты исследования интерпретированы с учетом предположения о возникновении в структуре с островковым поверхностным слоем плазмоноподобных колебаний (“мнимых” поверхностных плазмонов). 

Проведено исследование взаимодействия бисбензимодазольного соединения Hoechst 33258  с бычьим сывороточным альбумином крови и ДНК тимуса теленка методом флуоресцентной спектроскопии и получены спектры флуоресценции комплексов. На основании их максимумов построены зависимости интенсивностей флуоресценции комплексов этого лиганда с белком и ДНК от соотношения r = макромолекула/лиганд. Показано, что кривая в случае альбумина уменьшается при низких концентрациях белка и возрастает при его больших концентрациях; в случае ДНК кривая существенно возрастает, что обусловлено связыванием лиганда и с ДНК, и с альбумином. 

Проведен спектральный анализ эмали, эмалево-дентинного соединения, дентина зубов человека при дисплазии соединительной ткани и без нее. Установлено, что при дисплазии соединительной ткани в твердых тканях зубов наблюдается четкая неоднородность спектров. Максимальные изменения ИК-спектров в группе с дисплазией соединительной ткани наблюдаются в коллагеновых и неколлагеновых белках органического матрикса эмали и дентина, в группе без дисплазии соединительной ткани в дентине наблюдается большая однородность. Биохимические отклонения в дентине нижних зубов “мудрости” объясняются диспластикозависимыми нарушениями коллагенообразования в твердых тканях зубов, что при агрессивном воздействии ротовой жидкости приводит к выраженным сдвигам в эмалевом слое. В группе без дисплазии соединительной ткани дисбаланс  в структуре белкового матрикса эмали зубов связывают с минерализующим действием ротовой жидкости на нее.

Рассчитаны термодинамические константы устойчивости координационных соединений ионов кальция(II) и магния(II) с аминокислотами в водных растворах при 298 К методом спектрофотометрии с применением математической обработки экспериментальных данных. Показаны основные принципы и подходы математической обработки. Указаны различия ионов кальция(II)  и магния(II) как комплексообразователей аминокислот в качестве лигандов, установлена закономерность в комплексообразовании аминокислот различного строения. 

С помощью лазерной атомно-эмиссионной спектроскопии (LIBS) проведен количественный анализ концентрации азота в сложных удобрениях. Тридцать два образца использованы в качестве калибровочного набора, восемь образцов — в качестве проверочного набора. Для построения моделей и устранения матричного эффекта использованы частичная регрессия методом наименьших квадратов и регрессия опорных векторов методом наименьших квадратов (LS-SVR). Для модели частичной регрессии методом наименьших квадратов коэффициенты корреляции для наборов калибровки  и прогнозирования составили 0.837 и 0.794. С использованием метода LS-SVR коэффициенты корреляции для наборов калибровки и прогнозирования улучшены до 0.994 и 0.993. Таким образом, метод  LS-SVR повышает точность анализа. Средняя абсолютная ошибка прогноза 0.023%. Показано, что LIBS в сочетании с LS-SVR является надежным и точным методом определения концентрации азота в сложных удобрениях.

С использованием метода наименьших квадратов (PLS) проведены сравнение и анализ влияния различных точек сглаживания и различных методов предварительной обработки на точность модели PLS. Показано, что количественная модель PLS дает наилучший эффект при использовании  11-точечного сглаживания в сочетании со стандартными нормальными переменными (SNVs) в качестве метода предварительной обработки. Коэффициенты детерминации R_c² и R_p² обучающего набора модели и набора прогнозирования составляют 0.9900 и 0.9996. Среднеквадратичные ошибки RMSECV = 11.7 и RMSEP = 5.23, средняя относительная ошибка прогнозирования 2.96% указывает на высокий уровень точности и точности прогнозирования. Продемонстрированы перспективы применения лазерной атомно-эмиссионной спектроскопии для количественного определения конкретных ингредиентов в мучных изделиях в качестве основы для мониторинга и оценки безопасности пищевых продуктов в режиме реального времени.

Терагерцовая спектроскопия во временной области объединена с многомерным статистическим анализом для выявления различных видов угля и пустой породы. Измерены терагерцовый спектр и спектр мощности образца, показатель преломления и коэффициент поглощения образца рассчитаны по терагерцовому спектру образца во временной области. Обнаружены значительные различия в спектре мощности, показателе преломления и коэффициенте поглощения для разных видов угля и пустой породы. После объединения многомерных статистических методов – кластерного анализа (CA) и анализа главных компонент (PCA) – создана модель, основанная на параметрах ТГц, и исследованы различные типы угля и пустой породы. При кластерном анализе евклидово расстояние между образцами двух типов и оценка первой главной компоненты при анализе главных компонент отражают сходство и различие между образцами угля и породы. Результаты, полученные этими методами, согласуются между собой. Показано, что сочетание терагерцовой технологии  и многомерных статистических методов дает точный подход к различению угля и пустой породы.

Рассмотрена возможность реализации логических операций для изображений с использованием аккумулированной эхо-голограммы при наличии или в отсутствие разности фаз между парами возбуждающих импульсов. Показана возможность осуществления ряда логических операций с изображениями в нановременной области (объединения множеств, разности множеств, пересечения множеств, симметрической разности), что приводит к соответствующей фильтрации и обработке изображений.

Проанализированы возможности тепловизионной и спектральной техники при организации контроля лазерных технологических процессов высокотемпературной модификации конструкционных материалов. Показано, что применение тепловизионной техники целесообразно при наладке этих процессов. Для непрерывного контроля более перспективно применение малогабаритной спектральной техники. Предложены решения, которые позволяют с ее помощью вести непрерывный контроль на основе определения двух параметров — эффективной температуры нагрева обрабатываемой поверхности в области воздействия лазерного излучения и параметра, связанного с эффективной площадью нагрева. Показана перспективность внедрения малогабаритных спектральных устройств непрерывного контроля в петлю обратной связи системы управления лазерными установками.

Рассматриваются режимы генерации квантово-каскадных лазеров для оптико-акустических сенсоров метана и аммиака, приводятся перестроечные и выходные характеристики данных лазеров в зависимости от тока и температуры. Представлены результаты экспериментов по исследованию концентрационной чувствительности разработанных на основе этих лазеров рабочих образцов приборов, готовых к испытаниям. Показано, что линейный динамический диапазон измерения концентрации метана с помощью исследуемого оптико-акустического газоанализатора составляет приблизительно четыре декады: от ~0.3 до ~2000—3000 ppm CH₄.

На однородных монокристаллах твердых растворов (FeIn₂S₄)_х·(In₂S₃)_1–х, выращенных методом направленной кристаллизации расплава (вертикальным методом Бриджмена), исследованы  ИК-спектры отражения в области 50—450 см^–1. Определены частоты поперечных (ω_ТO) и продольных (ω_LO) оптических фононов, а также их коэффициенты затухания. Построены концентрационные зависимости указанных параметров и установлен характер их поведения.

Методами нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) и времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов (TOF-SIMS) изучено поведение азота в пленках диоксида кремния на подложках монокристаллического кремния. Азот в диэлектрик, сформированный методом пирогенного окисления при температуре 850 ^oС в атмосфере влажного кислорода, вводился имплантацией ионов N⁺ энергией 40 кэВ дозами 2,5‧10¹⁴ и 1,0‧10¹⁵ см^-2 с последующим быстрым термическим отжигом при температуре 1000 ^oС либо 1050 ^oС длительностью 15 с на воздухе. Азотирование части образцов осуществлялось при термическом отжиге в атмосфере азота с добавлением малого количества кислорода при температуре 1200 ^oС в течении 120 минут. Установлено, что при проведении термообработок основная часть атомов азота диффундирует к границе раздела SiО₂/Si и накапливается в приграничной области оксида. В спектрах НПВО наблюдалась полоса поглощения с двумя максимумами при ~ 2320 и 2360 см^-1, которая, вероятно, обусловлена колебаниями двойных кумулятивных связей типа О=Si=N−. Формирование данных связей обусловлено взаимодействием азота с оборванными связями на границе раздела кремний-диэлектрик, вследствие чего не скомпенсированные или напряженные связи заменяются на более устойчивые.

Рассчитаны термодинамические константы устойчивости координационных соединений ионов кальция (II) и магния (II) с аминокислотами в водных растворах при 298 К методом спектрофотометрии с применением математической обработки экспериментальных данных. Показаны основные принципы и подходы математической обработки. Указаны различия ионов кальция (II) и магния (II) как комплексообразователей аминокислот в качестве лигандов, установлена закономерность в комплексообразовании аминокислот различного строения. 

Предложена модель иерархической сверточной нейронной сети (CNN) для инверсии концентрации смешанного газа. Проанализированы смеси SO₂, NO₂ и NH₃, где SO₂ и NO₂ — исследуемые газы, NH₃ — “мешающий” газ. Для образцов моделирования получены средние абсолютные ошибки 0.5  и 0.9 ppm для SO₂ и NO₂. Модель хорошо зарекомендовала себя при различиях интенсивности поглощения компонентов не более чем на порядок. По сравнению с одномодульной моделью результаты CNN без иерархической структуры демонстрируют, что иерархическая структура значительно снижает перекрестные помехи и повышает точность прогнозирования.

С использованием гидролизованных листьев оливы в качестве источника углерода и тиомочевины в качестве легирующей примеси синтезированы углеродные квантовые точки, легированные азотом и серой (NS-CQDs). Продемонстрирована квазисферическая морфология полученных NS-CQDS со средним размером частиц 2—5 нм. Предположено, что функциональные группы (карбоксильные и гидроксильные), распределенные на поверхности NS-CQDs, способствуют хорошей растворимости в воде, биосовместимости и сильной флуоресценции. Обнаружено, что амфотерицин B (AMB) усиливает интенсивность флуоресценции NS-CQDs, в то время как Fe(III) подавляет их флуоресценцию. Разработан количественный метод измерения содержания AMB и Fe³⁺ в воде с пределами обнаружения 10.0 и 7.4 мкм.

Разработан чувствительный, воспроизводимый и экономичный спектрофлуориметрический метод для количественного определения сукцината солифенацина в нефасованной и таблетированной формах. Метод проверен в соответствии с рекомендациями Международной конференции по гармонизации на линейность, точность, предел обнаружения, предел количественного определения и надежность. В области концентраций 15.0—95.0 мкг/мл отмечена отличная линейность с коэффициентом корреляции (r²) 0.9961. Пределы обнаружения и количественного определения 1.19 и 3.62 мкг/мл. С помощью предложенного метода показана хорошая извлекаемость лекарственного средства  из выпускаемой таблетированной формы.

Наночастицы ZnO, MgO, NiO, AlO и сложные оксиды Zn-Al и Mg-Ni синтезированы экологически безопасным методом из экстракта листьев Prunus persica и охарактеризованы с помощью  ИК-Фурье-спектроскопии, рентгеновской дифракции, сканирующей электронной и просвечивающей электронной микроскопии. Для определения наличия различных функциональных групп в наночастицах проведено ИК-Фурье-спектроскопическое исследование. Размер частиц 19—29 нм определен методом рентгеновской дифракции, морфология изучена с помощью сканирующей электронной микроскопии и дополнительно подтверждена с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Синтезированные наночастицы протестированы на антибактериальную активность. В частности, показан хороший ингибирующий эффект ZnO (зона ингибирования 22.31 мм) в отношении  P. aeruginosa.

Элементный состав монет достоинством в одну и две рупии, выпущенных в разные годы  Резервным банком Индии (RBI), исследован с помощью лазерной атомно-эмиссионной спектроскопии (LIBS). С помощью LIBS можно выполнять анализ скрытых отпечатков пальцев образцов в режиме реального времени. Отмечены определенные различия в элементном составе монет, которые не упоминаются RBI. Результаты могут быть использованы в качестве справочного документа для выявления и предотвращения обращения поддельных монет. Концентрации компонентов, присутствующих в монетах, определены методом LIBS без калибровки. Статистические методы – анализ главных компонент и частичная регрессия наименьших квадратов – использованы для интерпретации сложных данных, полученных в результате экспериментов LIBS. Методы имеют высокую точность и надежность.

Классификация образцов пластмасс выполнена на основе объединения КР-спектроскопии с машинным обучением. Конфокальная КР-система с длиной волны возбуждения 532 нм использована для сбора КР-спектральных данных образцов, анализ главных компонент применен для выделения их признаков. Проведено сравнение прогностических моделей классификации пластмасс на основе трех алгоритмов машинного обучения. Показана удовлетворительная классификация 11 видов пластмасс  с помощью рассматриваемых моделей. 

Ba₂Be₂B₂O₇, легированный ионами Dy³⁺, получен методом сжигания и охарактеризован с использованием рентгенодифракционного анализа. Фотолюминесцентные свойства синтезированных боратов проанализированы с помощью флуоресцентного спектрометра. Ba₂Be₂B₂O₇:Dy³⁺ излучает свет длин волн 483, 575 и 667 нм при возбуждении УФ-излучением с длиной волны 351 нм. Изучены фотолюминесцентные свойства образцов Ba₂Be₂B₂O₇:Dy³⁺ с различными мольными соотношениями.

Установлено, что оптимальная концентрация ионов Dy³⁺ в Ba₂Be₂B₂O₇ составляет 0.05 моль.

Легированные ионами Tb³⁺ гидротальциты Zn-Al (ZnAlTb) с перестраиваемым сине-зеленым излучением синтезированы путем совместного осаждения. Состав и свойства образцов охарактеризованы с помощью рентгеновской дифракции, ИК-Фурье-спектроскопии и фотолюминесценции. Результаты рентгенографии и ИК-Фурье-спектроскопии свидетельствуют о том, что образцы находятся в чистой гидротальцитоподобной фазе. Показано, что гидротальцит ZnAl проявляет синюю флуоресценцию при 350—450 нм. При возбуждении с  = 231 нм для гидротальцита ZnAlTb наблюдается характерное зеленое излучение Tb³⁺ на переходе ⁵D₀–⁷F_J с временем жизни флуоресценции 0.8442 мс. При различных длинах волн возбуждения гидротальциты ZnAlTb могут проявлять излучение от зеленых до синих длин волн. Подтверждено, что гидротальциты ZnAlTb являются потенциальными многоцветными функциональными материалами.

Для анализа варденафила в фармацевтических препаратах разработаны и оптимизированы  три спектрофотометрических метода. Варденафил окисляется небольшим избытком N-бромсукцинимида (NBS), и непрореагировавший оксидант оценивается путем определения количества неизрасходованного NBS в реакциях с фиксированным количеством сафранина (метод A), кристаллического фиолетового (метод B) и анилинового синего (метод C) в кислой среде по измерениям оптической плотности при 530, 600 и 610 нм соответственно. Для всех методов количество потребляемого NBS соответствует количеству лекарственного препарата. Рассчитаны диапазон выполнимости закона Бера, чувствительность Сэнделла и коэффициенты молярной экстинкции 1.1104×10⁴, 1.0305×10⁴ и 6.217×10³ л/моль · см для методов А, В и С соответственно. Оценены пределы обнаружения и количественного определения. Методы также оценены статистически с помощью  t-критерия Стьюдента и F-критерия. Результаты показывают отличное совпадение и незначительное различие между эталонным и предложенными методами. Разработанные методы успешно применены для анализа варденафила в чистом виде и лекарственных формах.