Конденсацией бис-азометинов (N¹,N⁵-ди-R-бензилиденнафталин-1,5-диаминов) с димедоном в бутаноле-1 синтезированы производные октагидроакридино[4,3-c]акридин-1,9(2H,5H)диона . Строение полученных соединений доказано методами ЯМР и ИК спектроскопии. Спектрально-люминесцентные исследования синтезированных соединений в этаноле и диметилформамиде при 293 и 77 К показывают, что спектры поглощения формируются тремя электронными переходами S_nS₀ (n = 1- 3), а частоты 0-0-переходов из синглетного (S₁) и триплетного (Т₁) состояний находятся при 24400 и 20800 см^-1. Тушение флуоресценции этанолом происходит в результате формирования комплекса с водородными связями, продолжительность жизни которого <10^-9 с. Фосфоресценция в исследуемых соединениях обусловлена наличием нафталинового фрагмента.

Исследованы спектрально-кинетические особенности тушения флуоресценции молекул родамина 6Ж в гетерогенной системе с макропористым кремнеземом (силохромом) и водой при комбинированном воздействии внешнего тяжелого атома (соль KI) и резонансно-возбужденных поверхностных плазмонов в наночастицах серебра цитратного гидрозоля. Наблюдается тушение поверхностных плазмонов при донорно-акцепторном взаимодействии в комплексах с анионами иода и наночастицами серебра. В гетерогенной среде обнаружен минимум энергии активации тушения флуоресценции молекул красителя в среде, что связано с диффузионным торможением при образовании кластеров наночастиц серебра.

Теоретически исследовано поглощение света и безызлучательный обмен энергией электронного возбуждения между металлической нанопроволокой круглого сечения и окружающими ее молекулами люминофора. В случае не взаимодействующих друг с другом молекул проведены расчеты скорости передачи энергии от одиночной возбужденной молекулы к нанопроволоке и кинетики распада возбужденного состояния люминофора. Для молекул, объединенных в J-агрегатные комплексы, рассчитана скорость энергопереноса от коаксиального монослоя, образованного J-агрегатами, к нанопроволоке и показана возможность возникновения гибридного экситон-плазмонного состояния. Выявлено существенное влияние геометрических характеристик рассмотренных систем на скорость трансформации энергии электронного возбуждения.

Предлагается новый подход к классификации текстильных волокон с помощью метода главных компонент (МГК) на основе спектроскопии диффузного отражения в УФ и видимой областях. Исследованы различные натуральные и синтетические волокна: хлопок, шерсть, шелк, лен, вискоза и полиэстер. Спектр каждого вида волокна регистрировался спектрометром, снабженным интегрирующей сферой. Проанализированы особенности спектров диффузного отражения в УФ и видимой областях. Три первые главные компоненты покрывают 99.17% общей изменчивости в УФ области спектра. График рассеяния (PC1×PC2) каждого волокна характеризует точность классификации указанных разновидностей волокон. Показано, что УФ спектроскопия диффузного отражения может быть использована в качестве нового подхода к идентификации волокна в режиме реального времени.

На базе формализма объемного интегрального уравнения проведено численное моделирование индикатрис рассеяния света димерами диэлектрических цилиндров конечной длины. Изучена зависимость индикатрис рассеяния от оптико-геометрических параметров отдельных цилиндров и характеристик их взаимного расположения. Установлено, что электродинамическое взаимодействие между цилиндрами приводит к существенному отличию углового распределения излучения, рассеянного этой системой, от углового распределения излучения, рассеянного двумя электродинамически не связанными цилиндрами.

Разработан простой фотоакустический метод для быстрого детектирования ионов свинца в водных растворах. Вследствие высокой степени сродства ионов Pb²⁺ и глутатиона наличие Pb²⁺ приводит к агрегированию наночастиц золота, покрытых глутатионом (GSH-GNPs). Следовательно, при измерении вариации фотоакустического сигнала, генерируемого лазерно-индуцированными нанопузырями (ФА-ЛИНП), после агрегатирования GSH-GNPs может быть определено количество ионов Pb²⁺ . Достигнуты низкий предел детектирования Pb²⁺ (42 нМ) и широкий линейный рабочий диапазон (~42-1000 нМ). Предложенный метод показал хорошую селективность в отношении других металлов. Доказано, что ФА-ЛИНП является чувствительным инструментом для мониторинга агрегирования наночастиц золота.

На границе раздела вода-воздух получена пленка, образованная плотноупакованными модифицированными тиолированным полиэтиленгликолем (ТЭГ) наночастицами золота, которые могут использоваться для воспроизводимого гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). ТЭГ-модифицированные наночастицы золота могут выдержать жесткие условия (например, 3 М раствор NaCl) и после их отделения от коллоидов и сушки могут вновь диспергироваться в воде, образуя коллоиды. Обнаружено, что ТЭГ-модифицированные наночастицы золота, полученные из их концентрированных коллоидов, могут спонтанно собираться в двумерную плотноупакованную пленку на границе раздела вода-воздух. Частицы 2D-пленки дают большой воспроизводимый сигнал ГКР при использовании 4-меркаптобензойной кислоты в качестве молекулы зонда, достигая предела обнаружения 1´10^{- 11} M. На основе этих результатов возможны разработка способа хранения наночастиц золота и изготовление активного субстрата ГКР с высокой воспроизводимостью.

Исследованы закономерности оптоакустических явлений, инициируемых импульсным излучением второй гармоники YAG:Nd ³⁺ -лазера (532 нм) в растворе метиленового синего в смеси вода/глицерин (1:1 по исходному объему), содержащей наночастицы диоксида титана в качестве светорассеивающего компонента. Методом стационарной спектроскопии поглощения показано, что степень димеризации метиленового синего в таком растворителе значительно ниже, чем в воде. Получены зависимости амплитуды сигнала, нормированной на плотность энергии импульса, и эффективной константы роста сигнала от концентраций метиленового синего и диоксида титана. Показано, что амплитуда сигнала практически не зависит, а эффективная константа роста сигнала линейно зависит от концентрации наночастиц диоксида титана. Предложен способ одновременного оптоакустического определения концентраций обоих компонентов. Погрешность определения концентраций метиленового синего в контрольных образцах £5 %, диоксида титана <37 %.

Исследовано влияние температуры в диапазоне 20-40 °С на основные колебательно-вращательные полосы n₁, n₂,n₃, 2n₂ и 2n₄ спектра комбинационного рассеяния (КР) метана. Показано, что с ростом температуры частотные сдвиги Q-ветвей данных полос увеличиваются в разной степени, при этом относительные интенсивности обертонов 2n₂ и 2n₄, которые находятся в резонансе Ферми с n₁, падают. Предложена методика определения температуры метансодержащих газовых сред. Дана оценка влияния флуктуаций температуры природного газа на результаты измерения его состава методом спектроскопии КР.

Предложен спектрофотометрический метод определения концентрации гепарина в образцах плазмы крови человека, основанный на повышении интенсивности экстинкции наночастицами золота, покрытыми бромидом цетилтриметиламмония (БЦТА), в присутствии молекул гепарина. Сильное электростатическое взаимодействие положительно заряженных наночастиц золота с отрицательно заряженными молекулами гепарина вызывает заметное увеличение размера наночастиц золота, что приводит к резкому росту интенсивности в спектре поглощения наночастиц золота. При повышении концентрации гепарина растет интенсивность при l = 528 нм, поэтому возможно количественное определение содержания гепарина. При оптимальных условиях интенсивность поглощения линейно зависит от концентрации гепарина в диапазоне 0.18-11.98 ед./мл с пределом обнаружения 0.08 ед./мл.

C помощью традиционной, а также синхронной флуоресцентной спектроскопии исследован механизм взаимодействия цефоницида натрия с бычьим сывороточным альбумином (БСА). Показано, что цефоницид натрия вызывает сильное тушение флуоресценции БСА посредством статического механизма, при котором электростатическая сила играет доминирующую роль и число мест связывания в системе близко к единице. Основное место связывания для цефоницида натрия - вблизи остатков триптофана, расположенных в субгидрофобном домене IIA. Спектроскопия циркулярного дихроизма показывает, что вторичная структура БСА изменяется. Донорно-акцепторное расстояние r < 8 нм свидетельствует о том, что статическое тушение флуоресценции БСА представляет собой безызлучательный перенос энергии. Согласно результатам для Δl = 60 нм и l_ex= 295 нм, синхронная флуоресцентная спектроскопия обладает более высокой чувствительностью и точностью по сравнению с традиционной.

Разработана новая технология улучшения видимости кровеносных сосудов на изображениях тканей полых органов человека (пищеварительного тракта и дыхательной системы), использующая связь цветовых компонент изображения с рассеивающими свойствами ткани и содержанием в ней гемоглобина. Предложен статистический оператор преобразования трехцветного изображения ткани в параметрическую карту, объективно характеризующую концентрацию гемоглобина в ткани независимо от условий освещения и съемки. Приведен алгоритм получения параметров преобразования для съемочных систем с известными спектральными характеристиками. Синтезировано изображение многослойной многократно рассеивающей среды, моделирующей бронхиальную ткань, и на его основе оценена эффективность предложенного преобразования. Показано, что оно позволяет почти на два порядка повысить контраст сосудов и существенно улучшить четкость отображения их границ, практически полностью устранить влияние фона и неравномерной освещенности среды по сравнению с исходным изображением.

Изучено влияние терапевтических доз оптического излучения на гематологические показатели крови, облучаемой in vivo: концентрацию гемоглобина, гематокрит и количество эритроцитов в периферической крови пациентов во время курсов экстракорпорального, надвенного и внутривенного облучения крови и после их окончания. Показано, что обратимые изменения во время процедур отличаются от изменений, полученных после окончания курса. В конце курса гематологические показатели изменяются разнонаправлено и становятся как выше, так и ниже исходных в зависимости от исходных значений и фотоиндуцированных изменений характеристик оксигенации крови. Продемонстрировано регуляторное влияние фотогемотерапии на кислородзависимые процессы, изменяющие поступление О₂ в клетки, генерацию активных форм кислорода и их ингибирование антиоксидантными системами.

С использованием уравнений Штерна-Фольмера выполнен анализ процессов динамического и статического тушения флуоресценции молекул 6-(2',7'-диметокси-4',5'-дихлор)карбоксифлуоресцеина (JOE) нуклеозидами дезоксиаденозином, дезоксицитидином, дезоксигуанозином, тимидином и дезоксиуридином в растворе трис-ацетатного буфера. Из пяти нуклеозидов лишь для дезоксигуанозина выявлен преимущественно статический механизм тушения флуоресценции. Показано, что квантовые выходы флуоресценции в растворе буфера для 5- и 6-карбоксифлуоресцеина (FAM), а также 5- и 6-JOE, ковалентно связанных жестким (4-транс-аминоциклогексанол) линкером с олигонуклеотидом, больше, чем в случае их аналогов с гибким (6-аминогексанол) линкером. Полученные данные свидетельствуют о том, что тушение флуоресценции в системах с гибким линкером осуществляется преимущественно вследствие ван-дер-ваальсова взаимодействия между флуорофором и гуанином. Увеличение количества последовательно расположенных гуанинов, связанных линкером с красителем в составе олигонуклеотидов и их дуплексов, приводит к снижению квантового выхода флуоресценции. На основании квантово-химических расчетов с использованием программы Gaussian 09 дана интерпретация смещения спектров поглощения и флуоресценции 5-FAM и 5-JOE в низкочастотную область относительно 6-изомеров.

Представлен колориметрический сенсор на основе наночастиц золота (Au-НЧ) для обнаружения остатка карбендазима - одного из самых популярных бензимидазольных бактерицидов, которые широко используются при производстве пищевых продуктов. Его остаток представляет большую угрозу для здоровья человека и окружающей среды. Стабилизированные лимонной кислотой Au-НЧ диаметром ~13 нм синтезированы с помощью хлорауриновой кислоты и цитрата натрия. При взаимодействии с карбендазимом сенсор показывает четкое изменение цвета, видимое невооруженным глазом, и демонстрирует значительные изменения при облучении УФ и видимым излучением, что свидетельствует о возможности его использования для быстрого определения карбендазима. После оптимизации условий обнаружения сенсор дает возможность определения концентраций карбендазима от 10 до 600 нг/г с низким пределом обнаружения до 3.4 нг/г (S/N = 3) и представляет значительный интерес для эспресс-анализа карбендазимов.

С помощью спектрофотометрии, ИК спектроскопии, рентгенофазового анализа и термогравиметрии установлено образование новых супрамолекулярных структур в системе β-циклодекстрин-β-резорциловая кислота в результате протекания самопроизвольного экзотермического процесса. Доказано, что комплексы включения типа хозяин-гость состава 1:1 между β-циклодекстрином и молекулярной формой β-резорциловой кислоты (или ее одновалентным анионом) образуются благодаря ван-дер-ваальсовым взаимодействиям ароматического кольца β-резорциловой кислоты с внутренней гидрофобной полостью β-циклодекстрина. Показано, что при этом происходят частичное вытеснение молекул воды из внутренней полости циклического олигосахарида, полное погружение в нее молекулы β-резорциловой кислоты и повышение ее термостабильности.

На примере образца мультивитаминной таблетки изучена возможность композиционного анализа лекарственных средств с помощью лазерно-индуцированной эмиссионной спектроскопии (LIBS). Плазма генерировалась YAG:Nd-лазером на удвоенной частоте, генерирующим УФ импульсы длительностью 5 нс, энергией 12 мДж, частотой повторения 10 Гц. Относительные доли элементов, составляющих поливитаминный препарат, определены путем сравнения спектра излучения полученного факела со спектром, вычисленным для плазмы, находящейся в локальном термодинамическом равновесии. Согласие измеренных фракций с данными, заявленными производителем, отмечено для всех элементов, указанных в описании лекарственного средства. Обнаружены и количественно определены дополнительные элементы, такие как Ca, Na, Sr, Al, Li, K и Si. Показано, что LIBS является перспективной методикой контроля качества лекарственных средств.

Для измерения числа изотопов углерода, разбавленных азотом, разработан лазерный абсорбционный спектрометр с многопроходной ячейкой, основанный на использовании лазера с распределенной обратной связью, излучающего в ближней ИК области спектра (l = 1.658 мкм). С точностью ±11 мК и ±3.2 Пa измерены температура и давление в системе. Спектрометр имеет малый объем, надежен и компактен. Для минимизации влияния температуры на результаты измерений предложено использовать две пары линий поглощения с подобной температурной зависимостью. Абсорбционный спектрометр продемонстрировал высокую точность (концентрации измеряемых изотопов ~0.9‰ в метане, концентрация которого 300 м.д. по объему). Данное соотношение концентраций удовлетворяет исследованию большинства источников CH₄.

Представлена статистическая модель аппроксимации экспериментальных данных по ИК-фурье-спектроскопии образцов краски с картин разного возраста, в которой используются случайные изменения некоторых параметров (начальные скорости старения, момент и степень изменения скорости старения). Определены параметры, характеризующие разброс состава красок и условий хранения картин. Результат численного расчета качественно согласуется с экспериментальными данными. В предложенной модели изменения начального состава краски и условий хранения дают примерно одинаковый вклад в наблюдаемый в эксперименте разброс точек.

Экспериментально исследовано влияние температуры среды на характеристики наночастиц ZnO, полученных методом лазерной абляции металлической мишени из цинка в дистиллированной воде при различных температурах. Характеристики синтезированных наночастиц ZnO определены методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Полученные образцы являются кристаллическими с гексагональной вюрцитной фазой. Данные ПЭМ показывают, что наночастицы ZnO сферическиe. Напряжение и размер кристаллитов наночастиц изучены по уширению рентгеновских пиков. Средний размер кристаллитов наночастиц ZnO, оцененный по ПЭМ-изображениям, хорошо согласуется с тремя моделями метода Вильямсона-Холла. Согласно результатам, распределение размеров полученных наночастиц ZnO сильно зависит от температуры среды, в которой происходит абляция.

Методом аддитивного моделирования спектров низкого разрешения (НР) молекул по микроволновым спектрам высокого разрешения проведены расчеты частот спектров НР для транс- и гош-конформаций молекулы этилового спирта (СН₃СН₂ОН) и транс-конформации молекулы дейтерозамещенного изопропилового спирта ((СD₃)₂CDOH) в диапазоне 0-2 ТГц. Установлены участки частот спектров НР, в которых максимально поглощение света обеими молекулами: 660-680 и 1120-1160 ГГц для гош- и транс-конформаций молекулы этилового спирта и 480-500 ГГц для транс-конформации молекулы дейтерозамещенного изопропилового спирта. Проведен сравнительный анализ областей спектров, в которых происходит максимальное поглощение света молекулами этанола, н-пропанола, изопропанола и дейтерированного изопропанола. Сделан вывод, что при переходе к более тяжелым соединениям результирующие максимумы огибающих спектров НР соответствующих молекул смещаются в сторону более низких частот, что весьма существенно для их спектральной идентификации при проведении спектрального анализа с целью экологического мониторинга и контроля качества производственных процессов.

Представлены ИК-фурье-спектры отражения керамик ZnSe, полученных методом одноосного горячего прессования (HP), физического осаждения (PVD) и сочетания физического осаждения и изостатического горячего прессования (HIP). Сравниваются оптические постоянные полированных и подвергнутых сухой шлифовке образцов. Шлифовка имитировала эрозию наружной поверхности оптических элементов из селенида цинка под воздействием твердых пылевых частиц и осадков. В полированных образцах остаточные напряжения проявились в ИК спектрах отражения керамик ZnSe^PVD и ZnSe^HIP, имеющих выраженную ориентированную структуру зерен, но отсутствовали в ZnSe^HP вследствие взаимной компенсации напряжений в случайно ориентированных зернах материала. Напряжения, проявившиеся в сдвиге полос поглощения, рассчитанных методом Крамерса-Кронига, значительно возросли в образцах, подвергнутых абразивной обработке. Для всех обработанных керамик многократно увеличилась интенсивность полос поглощения, возникающих вследствие ангармонизма колебаний в поврежденной кристаллической решетке. Величина последнего эффекта также зависит от технологической предыстории получения керамик.

Определен обширный спектральный комплекс оптических функций политипа 6H-SiC в области 0-35 эВ. Спектры ε₂(E), - Imε^{- 1} , - Im(1+ε)^{- 1} разложены на 15 простых полос с установлением их основных параметров, в том числе энергии максимума и силы осциллятора. Расчеты выполнены на основе экспериментального спектра отражения с использованием соотношения Крамерса-Кронига и усовершенствованного беспараметрического метода диаграмм Арганда.

Исследована возможность использования трехмерной флуоресцентной спектроскопии для контроля содержания азота в бионефти из водорослей. Исследуемые образцы бионефти обладают сильной флуоресценцией с максимумами при l_ex/l_em = 240/375 (A), 290/380 (B) и 330/395 нм (C). Синий сдвиг максимума C в спектре флуоресценции после обогащения показывает, что в процессе переработки флуоресцирующие молекулы могут потерять часть функциональных групп. Установлена сильная линейная зависимость между отношением интенсивностей максимумов флуоресценции С к В и содержанием азота. Показано, что использование трехмерной флуоресцентной спектроскопии может обеспечить чувствительный, недорогой, интуитивный и быстрый способ контроля содержания азота в бионефти из водорослей.

Рассмотрена реализация логических операций над множествами, представленными в виде изображений, с помощью стимулированной эхо-голограммы. Показано, что стимулированная эхо-голограмма может быть использована для реализации логической операции пересечения множеств.

На примере исследования 153 промышленно выпускаемых сортов водочной продукции показана возможность решения задачи выявления контрафактных образцов с помощью введения унифицированной добавки с минимально допустимой для приборного обнаружения концентрацией и многопараметрического анализа измеренных в УФ и видимом диапазонах спектров пропускания. Путем применения иерархической кластеризации или метода С-средних в двумерном пространстве главных компонент достигнута 100 %-ная вероятность обнаружения контрафактной продукции.

Стекла, синтезированные из расплава с последующей закалкой, исследованы методом рентгеновской дифракции, а также спектроскопическими методами оптического поглощения и люминесценции. Данные дифракции рентгеновских лучей подтверждают полностью аморфную природу образцов. Спектры оптического поглощения интерпретированы с помощью теории Джадда-Офельта. Радиационные параметры, такие как вероятности переходов, коэффициент ветвления, радиационное время жизни и сечение вынужденного излучения, оценены с использованием параметров интенсивности Джадда-Офельта. Спектры люминесценции стекол, легированных ионами Dy³⁺ и Sm³⁺ , зарегистрированы при возбуждении линией 476 нм Ar⁺ -лазера. Сечения стимулированной эмиссии, скорости радиационных переходов и коэффициент ветвления перехода⁴F_9/2→⁶H_13/2 иона Dy³⁺ позволяют сделать вывод о том, что стекла LiCaB, содержащие 2 мол.% Dy³⁺ , являются перспективным люминесцентным материалом для получения генерации.

При создании модели для анализа методом спектрометрии в видимом и ближнем ИК диапазонах содержания органических веществ (OMC) в черноземе с известковыми включениями использованы 130 образцов поверхностного слоя почвы, взятых в графстве Гуоян провинции Аньхой, Китай. Для минимизации несоответствующей и бесполезной информации в полученных из спектров данных и повышения степени их корреляции с измеряемыми величинами проведена предварительная обработка спектров. Для выбора обучающего набора использованы метод Кеннарда-Стоуна (KS) и разбиение набора образцов с совместным учетом расстояний по x-y (SPXY). C помощью алгоритма последовательных проекций (SPA) и генетического алгоритма (GA) осуществлена оптимизация длин волн. В итоге построена модель регрессии на главные компоненты (PCR), в которой оптимальное число главных компонент определено с помощью методики перекрестной проверки с исключением по одному. Показано, что комбинация фильтра Савицкого-Голея (SG) для сглаживания и мультипликативной поправки на рассеяние (MSC) может исключить влияние шума и дрейфа базовой линии; метод SPXY имеет преимущество перед KS при выборе образцов; SPA и GA могут значительно уменьшить число переменных по длинам волн и эффективно повысить точность GA и анализа OMC в почве до коэффициентов корреляции (R_cc), среднеквадратичной ошибки предсказания (RMSEP) и остаточной погрешности прогноза (RPD) 0.9316, 0.2142 и 2.3195 соответственно.

Разработан классификатор для автоматического обнаружения загрязняющих веществ на куриных тушках, основанный на алгоритме последовательных проекций (АПП) и многомерной линейной регрессии (МЛР) и использующий пороговое значение оптимальной производительности. Гиперспектральные изображения для калибровки и проверки получены с помощью гиперспектральных систем визуализации. Регрессионная модель классификатора создана на основе 12 характерных длин волн (505, 537, 561, 562, 564, 575, 604, 627, 656, 665, 670 и 689 нм), выбранных с помощью АПП. Оптимальный порог Т = 1 получен из анализа рабочей характеристики приемника. Классификатор АПП-МЛР показывает лучшие результаты в обнаружении загрязнений по сравнению с классификатором, основанным на АПП и частичной регрессии с использованием метода наименьших квадратов, и с классификатором на основе векторной машины, использующей метод наименьших квадратов. Количество истинно положительных решений, приближающееся к 100%, при ложных срабатываниях (0.392%) указывает на то, что классификатор АПП-МЛР может использоваться для эффективного обнаружения загрязняющих веществ на куриных тушках.